電站輸煤棧橋消防設計的研究

虞啟義，何雨航，徐良斌

（中國聯合工程有限公司，浙江 杭州 310052）

近年電站輸煤系統火災頻發，據有關資料統計，輸煤系統火災次數占電站火災第三位，已成為重要的火災危險源之一。閉式輸煤棧橋橫向通道受輸煤皮帶的阻斷，很難快速地從一側抵達到另一側進行消防操作。一旦輸煤皮帶起火，火源隨著皮帶移動，滅火難以捕捉，形成火災面積擴大；同時，封閉棧橋內易形成抽風或煙筒效應，火勢形成的上升氣流，快速向通廊的高處蔓延，致使燃燒根據快速和猛烈，直至燒毀棧橋；此外，封閉式輸煤棧橋，因其工作空間狹小，火災援救及滅火出入口有限，極不利消防操作，逐漸成為防火規范設計的難點和關注點。

1 消防設計規范的要求和加強

電站封閉棧橋火災的特殊性，為此《火力發電廠與變電站設計防火規范》（GB50229）規范對此也不斷更新，表1為GB50229不同版本消防設施對比。

從表1看，隨著我國經濟發展水平提高，消防設施總體要求在不斷加強，同時，消防設施更貼近實際情況。

1.1 取消了棧橋消火栓設置

2006版和2019版規范，根據棧橋的空間狹小，且中間受阻于皮帶隔離，不利消火栓取用和操作，故合理地取消消火栓設置。

1.2 防火水幕全覆蓋

從規范更新看出，新版規范加強水幕設置范圍，考慮到火災的危險性及防火分區，調整為不論機組大小，是否為鋼棧橋，要求運轉棧橋與轉運站、筒倉、碎煤機室、主廠房連接處應設置防火分隔水幕，全覆蓋所有新建電站。

1.3 提高固定消防要求

鋼制棧橋可以地面拼裝，高空吊裝，相比傳統的混凝土，達到降低高空支模架、提高施工速度等優點，近年開始得到廣泛使用；但鋼棧橋在火災中易變形軟化，相對傳統的混凝土棧橋耐火性差，因此，在2006版規范中，對鋼棧橋提出了增設自噴或水噴霧的要求。2019版規范，進一步考慮棧橋風筒效應，對固定消防系統提出了反應更迅速的開式滅火系統（雨淋系統），提高初期滅火的可靠性。

1.4 提升消防水量

隨著電廠規模的擴大，有些電廠廠區面積已符合《消防給水及消火栓系統技術規范》GB50974的2處火災的要求，故在2006版規范取消廠區同一時間內火災次數按一次確定的規定。在新版規范中，進一步提高消防水量，取消2006版規范中當建筑物內有自動噴水、水噴霧等時，可疊加室外消火栓水量的50%的減量值，提高室外消防用水量。

表1 不同版本消防設施對比

2 新版規范的設計及探討

2.1 小機組的鋼棧橋設計

2006版規范的7.1.10條明確規定，封閉式運煤系統建筑物為鋼結構時，應設置自動噴水滅火系統或水噴霧滅火系統。此次更新對單臺機組≥50MW規模提出要求設置開式滅火系統，但對單臺機組＜50MW的電站未做明確要求。

目前，因環保要求，很多園區的撤銷自備小鍋爐，新建集中供熱電站，往往單臺鍋爐可以達到300t/h的蒸發量（按照鍋爐蒸發量，遠超過50MW機組），但單臺機組卻很難滿足50MW的發電量。根據最新規，棧橋可不設置固定自動滅火系統，故一旦該處發生火災，將很難有效滅火或撲救。

建立小鼠肝轉移模型［11］，動物實驗結果顯示，在miR-454-3p mimics轉染組中，小鼠的肝轉移灶數量顯著高于陰性對照組。小鼠的肝轉移灶為箭頭所指示處，統計發現組間差異顯著，具有統計學意義（P＜0.05，圖5）。

新建熱電站肩負園區供熱，重要性較高，故建議未來規范或技術人員進一步擴大對鋼結構輸煤棧橋的固定自動滅火系統要求。

2.2 鋼棧橋固定自動滅火方式

新規7.1.6條和7.1.7條明確≥50MW且＜300MW機組的鋼棧橋應設置開式滅火系統；但對應條文說明：針對鋼結構的傳統防火措施涂刷防火涂料，從電廠全局出發，為降低防火措施的造價，采用主動滅火措施（如自動噴水或水噴霧的系統）是必要的；而在7.1.8條提出≥300M機組易自然燃煤種的電廠，設置水噴霧或自動噴水滅火系統。這就在是否設置自噴，在鋼棧橋上規范的前后及條文說明的不一致。

此外，開式滅火系統包含的系統比較多，如雨淋系統、水噴霧系統等，根據《水噴霧滅火系統技術規范》的3.1.6條及條文說明，水噴霧系統更傾向于棧橋內輸煤皮帶消防保護，這與GB50229規范的保護對象鋼棧橋不符。

為消除設計的疑惑，考慮到封閉棧橋的特殊性，消除閉式噴頭反應時間，起到快速撲滅初期火災，宜統一采用開式自動噴水系統（雨淋系統）。

2.3 給水管網的布置

一般電站輸煤棧橋消防給水管網懸吊在屋頂鋼架上，順著棧橋的傾斜角度敷設。管網敷設方式有上行式給水（圖1）或下行式給水（圖2）。

圖1 上行式給水

圖2 下行式給水

上行式給水，供水至高處的噴頭，除克服管網的水力損失外，還需要克服噴頭的高差，為滿足高處最不利點噴頭的工作壓力，低處噴頭富裕水壓較多，噴水量偏大，導致上下水量不均和浪費；下行式給水，可利用噴頭位置高差克服系統水力損失，有利于平衡系統水量。因此，在供水管網設置時，宜采用下行式給水。

針對下行式給水，最不點區域和最大水量區，需要進行綜合水力計算才能確定；以5.3m寬度的鋼棧橋，設置三個噴頭，同一個濕式報警閥系統為例進行分析。一般來說，當棧橋傾向角度不超過5°時，管道阻力損失與管道高差相近，具體詳見表2。

表2 不利點和最大流量與棧橋傾向角度關系

2.4 開式系統分區及雨淋閥

根據新規鋼棧橋設置開式滅火系統，可為雨淋系統；根據《自動噴水滅火系統設計規范》5.0.10條：雨淋系統的噴水強度和作用面積應于閉式自動系統的相同，且每個雨淋報警閥控制的噴水面積不宜大于作用面，這就要求超過作用面積的鋼棧橋必須進行分區設置。

以常規50MW熱電站雙路皮帶，寬帶為5.3m長度為150m的棧橋為例，需要設置5個雨淋閥組（總面積795m2，單個作用面積160m2），再加上棧橋末端1套水幕系統，匯集成6個雨淋閥組；若棧橋寬度加大、加長，雨淋閥組數量將會更多，因此，需要足夠的空間放置這些閥組。但電站棧橋接口在主廠房、破碎樓或轉運站接口處，空間十分有限，如何合適地布置這些閥組，需要在設計前期做好相關規劃，否則，后續難以布置。

2.5 開式系統操作

受制于雨淋閥的160m2作用面積限制，對于一段棧橋多個雨淋閥時，對運動火源存在如何啟動幾個雨淋閥進行滅火問題，目前，GB50229規范還未于明確。

考慮棧橋煙囪效應及皮帶帶火向上運行情況，建議實際中除開啟本段雨淋閥組外，還需開啟相鄰下一段雨淋閥組，這也與《水噴霧滅火系統技術規范》6.06條（分段保護輸煤皮帶的系統，在啟動起火區段的雨淋報警閥的同時，應能啟動起火區下游相鄰區段的雨淋報警閥）的理念相同。

2.6 噴淋水量及壓力

由于棧橋是一個狹長的走道型面積，其消防噴水量不能簡單通過作用面160m2與噴水強度8L/min·m2簡單相乘計算，其實際用水量大大超過上述的理論水量。以雙皮帶5.3m棧橋為例，選用ZST-15直立式開式噴頭，取最不利工作為0.12MPa，根據噴頭布水曲線圖和安裝高度為2.7m時，可知噴頭的保護半徑為3.20m，具體詳細的布置圖如圖3和圖4，參數如表3。

表3 開式噴頭詳細數據表

圖3 噴頭平面布置圖

圖4 噴頭剖面圖

根據上述布置，為滿足棧橋平面上任何一處噴水強度，針對5.3m棧橋，至少需要3個噴頭覆蓋才能滿足設計強度要求，具體詳見附圖5噴頭保護包絡線。

圖5 噴頭保護包絡線

經水力計算，一個作用面積需要消防水高達35L/s左右，這與理論計算結果21.33L/s（8×160÷60=21.33L/s），相差較大。究其原因，棧橋可視為走道通廊型自噴消防，為實現區域I的設計噴水強度8L/min.m2（3個噴頭覆蓋），需要較多的噴頭，同時，周邊大量消防用水（區域II）噴到棧橋側墻而無法有效利用，從而導致一個作業面積的消防水量劇增。

因此，針對棧橋這類走道通廊型消防自噴，為實現全覆蓋設計噴水強度。

（1）最不利處的噴頭壓力應根據棧橋的寬度、噴頭布置和噴淋強度綜合考慮，宜選擇高一些，故消防水泵選型時，水泵揚程適當留有余量。

（2）由于棧橋狹長走道通廊效應，噴頭布置及兩側大量消防用水未有效利用，一個作用區內的消防水量大大超過理論計算水量，配置消防泵流量需要有足夠的余量。

此外，由于棧橋煙囪效應的特殊性，開式自動噴水系統，需要開啟兩個雨淋閥，要求在消防泵流量計算時，按照兩個作用面積的消防水量核算。

3 結語

封閉式輸煤棧橋，作為電站燃料營養供給系統一個重要環節，因其工作空間特殊性和風筒效應，已逐漸成為電站消防設計控制點。本次新版規范更新，更貼近實際，提升設施配置要求，但也帶來了一些新的問題，考慮到鋼棧橋的重要性，建議小型機組鋼棧橋的亦配置自動噴水滅火系統；在開式滅火系統雨淋系統設計中，考慮棧橋分區雨淋閥組多的布置、開啟數量等問題，通過實際水力計算確定最不利點、最大水量和工作壓力，校核消防泵水量和揚程。