焦丁焦末料場(chǎng)封閉改造工程水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉志剛 鐘振興

(1.北京首鋼礦山建設(shè)工程有限責(zé)任公司 河北遷安 064404; 2.武漢紡織大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院 武漢 430200)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展，近40年積累的大氣污染問題逐漸爆發(fā)，全國(guó)多個(gè)省市持續(xù)出現(xiàn)重度霧霾事件，特別是重工業(yè)聚集的京津冀地區(qū)，已連續(xù)多年成為我國(guó)空氣污染最嚴(yán)重、霧霾爆發(fā)最頻繁的地區(qū)之一，對(duì)民眾健康造成極大危害。

首鋼礦業(yè)燒結(jié)廠位于重工業(yè)匯聚的河北省唐山市，唐山市也是我國(guó)大氣污染治理的重點(diǎn)區(qū)域。針對(duì)當(dāng)?shù)卮髿馕廴緡?yán)重的基本情況，近幾年地方政府密集出臺(tái)了一系列環(huán)保政策，主要包括煤改氣、工業(yè)企業(yè)料場(chǎng)“露天改封閉”等。露天焦丁焦末料場(chǎng)由于風(fēng)刮、雨沖等自然原因造成年物料損失達(dá)0.3%，且料場(chǎng)附近空氣中粉塵質(zhì)量濃度最高可達(dá)100 mg/m3，是造成大氣污染的重要原因之一[1-3]。為了切實(shí)執(zhí)行 “棚化、倉化”密閉儲(chǔ)存要求和空氣質(zhì)量治理行動(dòng)，對(duì)首鋼礦業(yè)燒結(jié)廠露天焦丁焦末料場(chǎng)進(jìn)行封閉改造，將對(duì)當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量改善、霧霾治理和民眾健康具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

首鋼礦業(yè)公司自建礦以來陸續(xù)建設(shè)配套料場(chǎng)14座，其中燒結(jié)廠室外露天焦丁焦末料場(chǎng)于1992年建設(shè)完成并投入使用，最高存儲(chǔ)量為2萬t?，F(xiàn)對(duì)該料場(chǎng)進(jìn)行重新規(guī)劃并封閉改造，在滿足環(huán)保要求的前提下，同時(shí)滿足公司生產(chǎn)流程物料需求，合理壓縮儲(chǔ)料數(shù)量，優(yōu)化物料管理，減少企業(yè)資金占用。封閉料場(chǎng)為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，周圍為2 m高鋼筋混凝土擋墻，料場(chǎng)封閉后斷面示意如圖1所示，尺寸如表1所示。

圖1 封閉料場(chǎng)斷面示意(單位：m)

表1 焦丁焦末封閉料場(chǎng)尺寸

在封閉料場(chǎng)內(nèi)運(yùn)卸物料的過程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵并懸浮在空氣中，作業(yè)環(huán)境差，易誘發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，同時(shí)空氣中粉塵達(dá)到一定濃度時(shí)遇火星易爆炸。因此，在封閉料場(chǎng)內(nèi)，有必要設(shè)置水抑塵和水消防設(shè)施。該封閉料場(chǎng)特點(diǎn)是大空間、大跨度，焦丁焦末儲(chǔ)料集中量大且內(nèi)部空間無法進(jìn)行分隔，國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范對(duì)其消防設(shè)計(jì)尚無明確規(guī)定[4]，但國(guó)內(nèi)相關(guān)研究表明，消防水炮是大空間場(chǎng)所比較理想的滅火設(shè)施[5-7]。

2 水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括水抑塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)和水消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，料場(chǎng)封閉后為密閉空間，其特性類似于倉庫，設(shè)計(jì)中建筑性質(zhì)按照工業(yè)建筑倉庫執(zhí)行。

2.1 水抑塵系統(tǒng)

2.1.1 抑塵設(shè)備選型

改造前的露天料場(chǎng)周邊設(shè)有抑塵噴槍，采用的是美國(guó)尼爾森SR系列大噴槍，該類型噴槍具有連接拆卸快速方便、獨(dú)特水力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴射和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是耗水量大且對(duì)水源水壓要求高。考慮到節(jié)水和抑塵效果，對(duì)抑塵系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)，采用固定式遠(yuǎn)程射霧器，該設(shè)備是目前世界上最新、最有效的抑塵設(shè)備。根據(jù)料場(chǎng)封閉后的平面尺寸，選擇FCF-60型射霧器，在料場(chǎng)兩長(zhǎng)邊各設(shè)2臺(tái)，共4臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全面積覆蓋，具體平面布置如圖2所示。改造前后抑塵設(shè)備型號(hào)及性能參數(shù)對(duì)比如表2所示，相同射程時(shí)射霧器較噴槍用水量少，水源水壓要求低，且抑塵水滴粒徑更小。水源接自料場(chǎng)附近生產(chǎn)水管，水量水壓滿足抑塵設(shè)備使用要求。

a—固定式遠(yuǎn)程射霧器；b—消防水炮；c—室內(nèi)消火栓圖2 抑塵消防平面布置(單位：m)

表2 噴槍與射霧器性能參數(shù)對(duì)比

2.1.2 抑塵設(shè)備安裝高度

固定式遠(yuǎn)程射霧器設(shè)置高度應(yīng)能滿足其射出的水霧滴不受料棚上部建筑構(gòu)件的影響，保證水霧滴對(duì)揚(yáng)塵的捕捉及覆蓋，以達(dá)到較好的抑塵效果?；谠摿吓飪?nèi)部大空間、大跨度的特點(diǎn)，內(nèi)部無任何遮擋物，因此根據(jù)工藝設(shè)計(jì)和料棚結(jié)構(gòu)形式，固定式遠(yuǎn)程射霧器設(shè)置高度只需保證其射出的水霧滴能覆蓋整個(gè)料堆即可，具體立面布置形式如圖3所示。

圖3 固定式遠(yuǎn)程射霧器立面布置(單位：m)

2.1.3 控制運(yùn)行機(jī)制及抑塵效果

4臺(tái)射霧器可同時(shí)運(yùn)行，也可單獨(dú)或分組輪流作業(yè)，每臺(tái)射霧器啟?？刂品绞接校孩佻F(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制；②遙控器就地遙控；③集中控制室遠(yuǎn)程手動(dòng)控制。改造前后從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果來看，射霧器的抑塵效果比噴槍更加理想。

2.2 水消防系統(tǒng)

2.2.1 消防用水量

該封閉料場(chǎng)為大空間場(chǎng)所，凈高15 m，內(nèi)部空間無法分隔且屋頂不具備安裝自動(dòng)噴水灑水噴頭的條件，因此室內(nèi)設(shè)置消防水炮主滅火系統(tǒng)，同時(shí)考慮到消防水炮由于射程和俯仰角在使用過程中可能存在消防盲區(qū)，設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)作為輔助滅火系統(tǒng)，消防水炮和室內(nèi)消火栓布置形式如圖2所示。封閉料場(chǎng)外設(shè)置室外消火栓系統(tǒng)。各消防給水系統(tǒng)用水量如表3所示。

表3 消防用水量

2.2.2 消防水源及泵房

室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)采用常高壓消防給水系統(tǒng)，消防水源由生產(chǎn)水供給，持續(xù)供水量滿足消火栓系統(tǒng)要求，水壓不小于0.45 MPa，滿足消火栓出口水壓要求。室內(nèi)消防水炮系統(tǒng)采用臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)，水源由消防水池及消防水泵房獨(dú)立供給，水池利用料場(chǎng)附近現(xiàn)有水池，長(zhǎng)×寬×高=12 m×8 m×3 m；消防水泵房利用現(xiàn)有循環(huán)冷卻水泵房，長(zhǎng)×寬×高=35 m×15 m×4 m，泵房?jī)?nèi)重新考慮消防水炮泵基礎(chǔ)。

2.2.3 消防供水管網(wǎng)

本工程共設(shè)兩套消防供水管網(wǎng)：①室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)合用一套供水管網(wǎng)，環(huán)狀布置，管徑DN200，管材選用焊接鋼管，地埋敷設(shè)，環(huán)氧煤瀝青漆加強(qiáng)防腐；②消防水炮系統(tǒng)設(shè)獨(dú)立供水管網(wǎng)，環(huán)狀布置，管徑DN200，管材選用無縫鋼管，地埋敷設(shè)，環(huán)氧煤瀝青漆加強(qiáng)防腐。

2.2.4 消火栓及消防水炮布置

本工程為鏟車上料，汽車卸料，料場(chǎng)中間無設(shè)置室內(nèi)消火栓和消防水炮的位置，在保證消火栓水柱和消防水炮射流不受堆料及上部建筑構(gòu)件影響的前提下，沿封閉料場(chǎng)周邊均勻布置室內(nèi)消火栓和消防水炮[5]，使消防水炮滿足兩股水柱同時(shí)到達(dá)室內(nèi)任意一點(diǎn)，室內(nèi)消火栓布置間距不大于30 m，消防水炮的立面布置形式如圖4所示。沿封閉料場(chǎng)室外道路均勻布置室外消火栓，間距不大于120 m，距路邊0.5～2.0 m。

圖4 消防水炮立面布置(單位：m)

2.2.5 設(shè)備選型

(1)消防水炮：ZDMS0.8/30SEx防爆型自動(dòng)消防水炮8臺(tái)；性能參數(shù)：額定流量30 L/s，額定壓力1.0 MPa，最大保護(hù)半徑55 m，水平旋轉(zhuǎn)角度360°，俯角-90°，仰角+30°。

(2)消防水炮泵：XBD10/60G立式消防泵；性能參數(shù)：額定流量60 L/s，額定壓力1.0 MPa，轉(zhuǎn)速2 980 r/min，功率110 kW·h。

(3)增壓穩(wěn)壓設(shè)備：25LGW3-10×13穩(wěn)壓泵2臺(tái)，1用1備，配SQL1200×1.5立式隔膜式氣壓罐。

2.2.6 控制及運(yùn)行機(jī)制

消火栓系統(tǒng)為手動(dòng)控制，閥門開啟時(shí)立即出水，閥門關(guān)閉時(shí)停水，為常高壓消防給水系統(tǒng)。自動(dòng)消防水炮兼具手動(dòng)、自動(dòng)及遠(yuǎn)程控制功能，滅火及時(shí)且可靠性高。

(1)手動(dòng)控制：現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)火情，人工操作水炮現(xiàn)場(chǎng)控制箱，打開水炮前電動(dòng)閥和啟動(dòng)水泵，并可通過方向鍵調(diào)整水炮噴射方位實(shí)現(xiàn)有效滅火。

(2)自動(dòng)控制：自動(dòng)水炮探測(cè)到火源時(shí)報(bào)警，聯(lián)動(dòng)控制器顯示動(dòng)作水炮的地址信息，打開電動(dòng)閥并啟動(dòng)水泵進(jìn)行滅火。

(3)遠(yuǎn)程控制：根據(jù)消控室主機(jī)上視頻圖像定位并打開相應(yīng)水炮，啟動(dòng)的同時(shí)通過主機(jī)上的搖柄控制水炮噴射方位進(jìn)行滅火。

3 結(jié)論

(1)從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果看，固定式遠(yuǎn)程射霧器抑塵效果優(yōu)異，在滿足露天料場(chǎng)揚(yáng)塵污染治理要求的同時(shí)，相較于噴槍，更加節(jié)水且便于運(yùn)行管理。料場(chǎng)封閉后不僅減小了自然因素造成的物料損失，而且解決了惡劣天氣對(duì)燒結(jié)廠日常運(yùn)行的影響，優(yōu)化了生產(chǎn)組織，保障公司正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。

(2)改造完成后，水消防系統(tǒng)運(yùn)行良好，消防水炮實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，能實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)火災(zāi)并有效進(jìn)行控火滅火，確保不適合設(shè)噴淋系統(tǒng)的大空間封閉式焦丁焦末料場(chǎng)消防安全，運(yùn)行維護(hù)管理方便。實(shí)踐證明，消防水炮是大空間封閉料場(chǎng)理想的消防設(shè)施。

(3)室內(nèi)消火栓布置雖不能全面覆蓋整個(gè)料堆，但其對(duì)消防水炮的消防盲區(qū)具有很好的輔助防控作用；同時(shí)，固定式遠(yuǎn)程射霧器在火災(zāi)時(shí)也可作為消防設(shè)施使用，均有較好的防護(hù)冷卻作用。因此，整個(gè)料棚以消防水炮為主滅火設(shè)施，兼以室內(nèi)消火栓和固定式遠(yuǎn)程射霧器作為輔助滅火設(shè)施，多方位保證整個(gè)料棚的消防安全。

(4)鑒于當(dāng)前國(guó)內(nèi)露天料場(chǎng)的改造工程和水系統(tǒng)設(shè)計(jì)均沒有明確的規(guī)定和規(guī)范，因此，該項(xiàng)焦丁焦末露天料場(chǎng)封閉改造工程的成功應(yīng)用，可為國(guó)內(nèi)類似工程設(shè)計(jì)提供重要參考，具有很好的借鑒意義。