鋼鐵企業(yè)焦?fàn)t區(qū)域封閉通廊消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王晨光

（上海梅山工業(yè)民用工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，南京 210039）

1 引言

隨著我國(guó)鋼鐵行業(yè)的迅猛發(fā)展，鋼鐵企業(yè)的規(guī)模也在逐年上升，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)能常年占據(jù)世界鋼鐵產(chǎn)能的一半以上。伴隨著鋼鐵行業(yè)的蓬勃發(fā)展，鋼鐵企業(yè)管理者的消防安全意識(shí)也在隨之增強(qiáng)。筆者結(jié)合國(guó)內(nèi)某鋼鐵企業(yè)“焦?fàn)t皮帶通廊封閉及破碎工藝無組織排放治理”項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以該鋼鐵企業(yè)焦?fàn)t區(qū)域封閉的供煤及供焦皮帶通廊為例，介紹封閉通廊消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及難點(diǎn)。

2 增設(shè)消防系統(tǒng)的必要性

現(xiàn)行的國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)除了GB 50414—2018《鋼鐵冶金企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》中要求“焦化廠的煤和焦炭的粉碎機(jī)室、破碎機(jī)室、出焦臺(tái)的第1 個(gè)焦轉(zhuǎn)站，運(yùn)輸或處理煤調(diào)濕后的煤或干熄后焦炭的建筑物”應(yīng)設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)外，其余規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)運(yùn)輸煤、 焦炭和礦石的皮帶通廊并沒有強(qiáng)制要求設(shè)置其他室內(nèi)消防滅火系統(tǒng)（滅火器系統(tǒng)除外），但最近幾年國(guó)內(nèi)皮帶通廊失火的情況卻屢有發(fā)生。

2018 年4 月2 日，天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠二高爐運(yùn)轉(zhuǎn)工段傳送焦炭的皮帶著火。皮帶距地面約30 m，中間部位部分坍塌，過火面積約100 m2，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

2019 年10 月24 日，河北興華鋼鐵燒結(jié)車間輸料皮帶通廊突發(fā)冒煙起火，引發(fā)火災(zāi)，造成7 人死亡。

2021 年3 月31 日，遼寧凌源鋼鐵股份有限公司正在年修期間的5 號(hào)高爐原料輸送通廊發(fā)生火災(zāi)，雖未帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失，但影響了正常的生產(chǎn)秩序，給皮帶通廊的消防安全敲了一記警鐘。

結(jié)合上述實(shí)際著火案例不難發(fā)現(xiàn)，皮帶通廊的火災(zāi)事故頻繁發(fā)生，往往會(huì)給鋼鐵企業(yè)帶來一系列的生產(chǎn)安全事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至人身傷害。

2019 年，國(guó)務(wù)院生態(tài)環(huán)境部主導(dǎo)發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，全國(guó)各大鋼鐵企業(yè)均遵循該意見進(jìn)行了大規(guī)模的環(huán)保改造，皮帶通廊封閉便是其中重要的組成部分之一。皮帶通廊由敞開式、半敞開式改為全封閉后，可以有效解決皮帶通廊區(qū)域大氣粉塵污染問題，但是伴隨而來的消防安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)卻也成倍增加。

設(shè)置合適的消防滅火系統(tǒng)是預(yù)防火災(zāi)、 及時(shí)撲救初期火災(zāi)的有效措施。為盡可能規(guī)避消防風(fēng)險(xiǎn)、減少火災(zāi)損失，封閉通廊內(nèi)考慮增設(shè)相應(yīng)的消防系統(tǒng)是很有必要的。

3 火災(zāi)的成因及特點(diǎn)

3.1 火災(zāi)的成因

皮帶輸送機(jī)主要由機(jī)架、輸送帶、滾筒、托輥、驅(qū)動(dòng)裝置等組成。皮帶輸送機(jī)發(fā)生火災(zāi)最常見的原因主要包括皮帶打滑以及外界火源，其中外界火源往往可以通過合理的管控進(jìn)行杜絕，但皮帶打滑暫無有效手段可以完全避免。皮帶打滑根據(jù)打滑位置分，又可分為托輥打滑及滾筒打滑。

3.1.1 托輥打滑

皮帶輸送機(jī)一般所處環(huán)境條件較差，長(zhǎng)時(shí)間使用后，托輥軸承內(nèi)很容易被物料粉塵侵入，進(jìn)而導(dǎo)致軸承損壞卡死。皮帶在托輥表面持續(xù)摩擦，使托輥積累大量的熱量，托輥溫度升至很高。皮帶輸送機(jī)停機(jī)后，皮帶禁止不動(dòng)，若此時(shí)托輥溫度超過皮帶或物料的燃點(diǎn)，皮帶或物料便會(huì)被點(diǎn)燃，從而引發(fā)火災(zāi)。

托輥打滑引起的皮帶輸送機(jī)著火事故主要發(fā)生在停機(jī)之后，停機(jī)前皮帶以額定速度運(yùn)行，與高溫托輥表面一擦而過，反而不太容易著火。

3.1.2 滾筒打滑

正常運(yùn)行情況下，皮帶相對(duì)于滾筒表面的滑差率一般不超過3%，超過此數(shù)據(jù)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。打滑現(xiàn)象若不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，皮帶與滾筒的打滑接觸點(diǎn)便會(huì)不斷摩擦升溫。當(dāng)溫度升至皮帶燃點(diǎn)時(shí)，滾筒便會(huì)點(diǎn)燃皮帶，從而導(dǎo)致火災(zāi)。根據(jù)徐州礦務(wù)局試驗(yàn)站實(shí)驗(yàn)，皮帶持續(xù)完全打滑40 min，滾筒表面溫度就可以達(dá)到300 ℃左右，因此，滾筒打滑是極其危險(xiǎn)的[1]。

3.2 火災(zāi)的特點(diǎn)

鋼鐵企業(yè)皮帶通廊一旦發(fā)生火災(zāi)，往往具有以下兩個(gè)特點(diǎn)。

1）發(fā)現(xiàn)不及時(shí)。皮帶通廊區(qū)域大部分都屬于無人值守區(qū)域，平時(shí)也僅有巡檢人員進(jìn)行定期巡檢。發(fā)生火情時(shí)，很難被人發(fā)現(xiàn)。待現(xiàn)場(chǎng)人員察覺火情時(shí)，火災(zāi)往往已經(jīng)出現(xiàn)轟燃現(xiàn)象，進(jìn)入了充分發(fā)展階段。

2）撲救難度大。皮帶通廊往往長(zhǎng)度很長(zhǎng)、安裝高度很高，發(fā)生火情后，救火人員從地面至火災(zāi)層所耗時(shí)間較長(zhǎng)、撲救難度極大。

4 工程概況

某鋼鐵企業(yè)焦?fàn)t區(qū)域共有12 條供煤通廊 （13 條皮帶）、10條供焦通廊（13 條皮帶），供煤通廊尺寸詳見表1，供焦通廊尺寸詳見表2。通廊最高點(diǎn)為B204 與2#煤塔連接處，相對(duì)地面標(biāo)高約56.00 m。

表1 供煤通廊尺寸表

表2 供焦通廊尺寸表

焦?fàn)t區(qū)域現(xiàn)有消防用水均采用穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)流量為120 L/s，系統(tǒng)壓力≥0.7 MPa。穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)管路在焦?fàn)t區(qū)域成環(huán)狀布置，主管管徑為DN250。

焦?fàn)t區(qū)域西南角設(shè)有消防泵房一座，供焦?fàn)t西側(cè)煤場(chǎng)及筒倉(cāng)消防用水。泵房?jī)?nèi)設(shè)有噴淋供水泵3 臺(tái)（兩用一備），單泵參數(shù)：流量Q=50 L/s，揚(yáng)程H=110 m，功率N=90 kW。設(shè)有噴淋系統(tǒng)穩(wěn)壓裝置1 套，包含穩(wěn)壓罐1 個(gè)，穩(wěn)壓泵2 臺(tái)（一用一備），單泵參數(shù)：Q=5 L/s，H=126 m，N=15 kW。噴淋系統(tǒng)管路在煤場(chǎng)及筒倉(cāng)區(qū)域成環(huán)狀布置，主管管徑為DN250。噴淋系統(tǒng)未設(shè)置高位消防水箱。

5 消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)“三同時(shí)”原則，皮帶通廊進(jìn)行封閉的同時(shí)，通廊就應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的消防滅火系統(tǒng)。

焦?fàn)t封閉通廊內(nèi)設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、滅火器系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，通廊外設(shè)置室外消火栓系統(tǒng)，通廊與轉(zhuǎn)運(yùn)站、生產(chǎn)性廠房連接洞口處設(shè)置防火分隔水幕系統(tǒng)[2]。

5.1 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是全世界公認(rèn)的最有效、 最可靠的自動(dòng)滅火設(shè)施之一，是應(yīng)用最廣泛、用量最大的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外應(yīng)用實(shí)踐證明，該系統(tǒng)具有安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、滅火成功率高等優(yōu)點(diǎn)[3]。

5.1.1 系統(tǒng)的選擇

自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)根據(jù)所使用灑水噴頭的形式不同分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)，其中閉式系統(tǒng)包括濕式系統(tǒng)、 干式系統(tǒng)、預(yù)作用系統(tǒng)、防護(hù)冷卻系統(tǒng)等。開式系統(tǒng)包括雨淋系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)等[4]。

預(yù)作用系統(tǒng)（不充氣單連鎖）、預(yù)作用系統(tǒng)（充氣雙連鎖）、水噴霧系統(tǒng)、 雨淋系統(tǒng)及濕式系統(tǒng)均可用于封閉通廊的自動(dòng)噴水滅火。上述滅火系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，詳細(xì)對(duì)比見表3。

表3 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)方案對(duì)比

結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)及封閉通廊的情況，以經(jīng)濟(jì)合理、對(duì)生產(chǎn)影響最小為原則，綜合考慮上述優(yōu)缺點(diǎn)，筆者建議封閉通廊內(nèi)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)采用預(yù)作用系統(tǒng)（不充氣單連鎖）。

預(yù)作用系統(tǒng)（不充氣單連鎖）的自動(dòng)控制方式：消防聯(lián)動(dòng)控制器處于自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)接收到報(bào)警信號(hào)時(shí)，作為觸發(fā)信號(hào)，消防聯(lián)動(dòng)控制器自動(dòng)啟動(dòng)預(yù)作用裝置的電磁閥，從而控制預(yù)作用裝置的開啟，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)消防泵，使預(yù)作用系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闈袷较到y(tǒng)。當(dāng)噴頭受熱爆破后，系統(tǒng)開始噴水滅火。

5.1.2 火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)確定

GB 50084—2017 《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《噴規(guī)》）附錄A“設(shè)置場(chǎng)所火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)分類”中，并沒有給出供煤和供焦通廊的火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)。

GB 50016—2014（2018 年版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《建規(guī)》）要求，“煤、焦炭的轉(zhuǎn)運(yùn)工段”的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為丙類，煤和焦炭均屬于可燃固體。結(jié)合《建規(guī)》要求并對(duì)照《噴規(guī)》附錄A，可燃固體基本均歸屬于中危險(xiǎn)Ⅱ級(jí)工業(yè)建筑類別，因此，筆者更傾向于封閉通廊區(qū)域火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)采用中危險(xiǎn)Ⅱ級(jí)。

5.1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

供煤及供焦封閉通廊火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)為中危險(xiǎn)Ⅱ級(jí)，噴水強(qiáng)度為8 L/（min·m2），作用面積為160 m2，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為1 h，噴淋水量為40 L/s。設(shè)置12 套預(yù)作用裝置（每個(gè)通廊對(duì)應(yīng)1 套）、4 套消防水泵接合器（與水幕系統(tǒng)合用）。考慮到供煤及供焦通廊內(nèi)環(huán)境溫度的不同，供煤通廊（B 開頭）內(nèi)設(shè)置的噴頭均選用68 ℃噴頭，供焦通廊（D 開頭）內(nèi)設(shè)置的噴頭均選用93 ℃噴頭。

預(yù)作用系統(tǒng)采用取水制，水源取自焦?fàn)t區(qū)域西南角現(xiàn)有消防泵房噴淋環(huán)狀管網(wǎng)，引入管采用兩條DN250 管道，在焦?fàn)t區(qū)域內(nèi)成環(huán)狀布置。由于現(xiàn)有消防泵房所處的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)未設(shè)置高位消防水箱，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范要求，在焦?fàn)t通廊區(qū)域最高點(diǎn)2#煤塔屋頂（相對(duì)地面標(biāo)高約61.50 m）增設(shè)高位消防水箱1 座，有效容積為18 m3。

5.2 防火分隔水幕系統(tǒng)

基于通廊火災(zāi)發(fā)展快、難撲滅的特點(diǎn)，為保證通廊兩端的轉(zhuǎn)運(yùn)站及生產(chǎn)性廠房的消防安全，本工程在通廊與轉(zhuǎn)運(yùn)站及生產(chǎn)性廠房連接洞口處設(shè)置防火分隔水幕系統(tǒng)。

防火分隔水幕噴水強(qiáng)度為2.0 L/（s·m），火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為1.5 h（同甲級(jí)防火門耐火極限要求），噴淋水量為40 L/s。設(shè)置10 套雨淋閥組（每個(gè)通廊對(duì)應(yīng)1 套）、4 套消防水泵接合器（與預(yù)作用系統(tǒng)合用）。水幕系統(tǒng)采用取水制，水源取自焦?fàn)t區(qū)域新增DN250 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)環(huán)狀管網(wǎng)。

5.3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是火災(zāi)探測(cè)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，是以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)早期探測(cè)和報(bào)警、向各類消防設(shè)備發(fā)出控制信號(hào)并接收設(shè)備反饋信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)預(yù)定消防功能為基本任務(wù)的一種自動(dòng)消防設(shè)施[5]。為了確保封閉通廊發(fā)生火災(zāi)時(shí)能及時(shí)準(zhǔn)確地報(bào)警，保證預(yù)作用系統(tǒng)與防火分隔水幕系統(tǒng)的正常使用，合理選用火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是很有必要的。

GB 50116—2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求，預(yù)作用系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)應(yīng)由 “同一報(bào)警區(qū)域內(nèi)兩只及以上獨(dú)立的感煙火災(zāi)探測(cè)器或一只感煙火災(zāi)探測(cè)器與一只手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕”提供[6]?？紤]到封閉通廊在生產(chǎn)過程中會(huì)滯留大量粉塵，若采用感煙火災(zāi)探測(cè)器，后期運(yùn)行時(shí)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)誤報(bào)率較高，因此，封閉通廊內(nèi)火災(zāi)探測(cè)器建議采用感溫型。

本工程在中控室內(nèi)設(shè)置一套分布式光纖測(cè)溫火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要設(shè)備有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警主機(jī)柜、分布式光纖測(cè)溫主機(jī)柜、配線機(jī)柜。在供煤、供焦所有皮帶機(jī)兩側(cè)托輥側(cè)新增分布式光纖火災(zāi)探測(cè)器，所有信號(hào)均送至中控室分布式光纖測(cè)溫主機(jī)。

5.4 室外消火栓系統(tǒng)

室外消火栓主要用于供消防車從室外消防給水管網(wǎng)取水實(shí)施滅火，是配合消防人員滅火、提供水源的重要輔助設(shè)施[7]。

封閉通廊室外消火栓設(shè)計(jì)流量為40 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為3 h，一次滅火用水量為432 m3?，F(xiàn)有室外消火栓系統(tǒng)的室外消火栓及管路布置均滿足需求。

5.5 滅火器系統(tǒng)

滅火器是一種平時(shí)往往被人冷落，急需時(shí)大顯身手的消防必備之物。其具有輕便靈活、操作簡(jiǎn)易的優(yōu)點(diǎn)，著火時(shí)可手提或推拉至著火點(diǎn)附近，屬于消防實(shí)戰(zhàn)滅火過程中較為理想的第一線滅火裝備[8]。

封閉通廊內(nèi)按中危險(xiǎn)級(jí)配置4 kg 手提式磷酸銨鹽干粉滅火器，設(shè)置于落地式滅火器箱內(nèi)。

6 設(shè)計(jì)難點(diǎn)與爭(zhēng)議點(diǎn)

1）自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)盡管具有良好的滅火、控火效果，撲滅火災(zāi)迅速及時(shí)，但同室內(nèi)消火栓系統(tǒng)相比，工程造價(jià)高。因此，從節(jié)省投資的角度考慮，建構(gòu)筑物選用室內(nèi)消防滅火系統(tǒng)時(shí)往往優(yōu)先采用室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。

結(jié)合通廊高度較高、長(zhǎng)度較長(zhǎng)的特點(diǎn)，考慮到對(duì)消防和生產(chǎn)人員安全的影響，封閉通廊發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員進(jìn)入通廊采用消火栓系統(tǒng)滅火的可能性較小，因此，封閉通廊設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的作用并不大。本著“生命至上、安全第一”的原則，封閉通廊內(nèi)采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是最安全、最合適的方案。

2）雨淋系統(tǒng)和預(yù)作用系統(tǒng)（單連鎖）的配水管道充水時(shí)間不宜大于2 min，工程實(shí)際中一個(gè)報(bào)警閥控制的配水管道容積一般控制在1 500 L（以DN 150 計(jì)，長(zhǎng)度約85 m）以內(nèi)。

最長(zhǎng)皮帶（B203）約191 m，折合報(bào)警閥后的所有配水管道，總長(zhǎng)約210 m（以DN150 計(jì)），折合容積約3 711 L，若按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)布置，至少布置3 組報(bào)警閥組。本著經(jīng)濟(jì)合理的原則，對(duì)配水管道充水時(shí)間進(jìn)行核算：t=3 711/40=92.775 s＜120 s，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。因此，單個(gè)封閉通廊預(yù)作用系統(tǒng)均僅需設(shè)置一組預(yù)作用閥組。

7 結(jié)語

隨著我國(guó)鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展，作為鋼鐵企業(yè)的重要轉(zhuǎn)運(yùn)樞紐，皮帶通廊的數(shù)量始終在不斷增長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)國(guó)家2030年“碳達(dá)峰”、2060 年“碳中和”的目標(biāo)，鋼鐵企業(yè)皮帶通廊的封閉任務(wù)是刻不容緩的，但是在確保環(huán)保要求的同時(shí)，消防安全也是不容忽視的。消防滅火系統(tǒng)是消防安全的重要組成部分，以下幾點(diǎn)總結(jié)可為封閉通廊各消防滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

1）針對(duì)鋼鐵企業(yè)的封閉通廊，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)宜選用預(yù)作用系統(tǒng)（單連鎖），當(dāng)誤噴對(duì)生產(chǎn)影響不大時(shí)，可選用濕式系統(tǒng)。

2）封閉通廊運(yùn)輸丙類可燃固體時(shí)，火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)宜取中危險(xiǎn)Ⅱ級(jí)。

3）封閉通廊內(nèi)火災(zāi)探測(cè)器建議采用感溫型?？紤]到誤報(bào)率較高，不宜采用感煙型。

4）本著“生命至上、安全第一”的原則，封閉皮帶通廊內(nèi)不建議設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。如確需設(shè)置室內(nèi)消火栓，可在通廊兩端轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)增設(shè)室內(nèi)消火栓，以作為封閉通廊輔助滅火的設(shè)施。

5）計(jì)算管道充水時(shí)間時(shí)，1 500 L 的配水管道容積僅為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中往往發(fā)現(xiàn)1 500 L 容積偏小，若按此設(shè)計(jì)，往往設(shè)計(jì)冗余度過高。因此，在進(jìn)行雨淋系統(tǒng)和預(yù)作用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，報(bào)警閥后配水管道充水時(shí)間需根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)流量進(jìn)行計(jì)算校核。