化工裝置鋼結構防火涂裝淺析

(中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223)

鋼結構常用于空間高大、有較大振動、施工進度要求高的建、構筑物中，其具有質量輕、強度高、可塑性好、抗震佳、可工廠化生產、建設速度快等顯著優點。化工裝置因其行業特點，常大量使用鋼結構，例如合成氨壓縮廠房、備品備件庫、氣化框架、管廊架等建構筑物。

與鋼筋混凝土結構相比，鋼結構存在耐火性和防腐性能較差等問題。無防火保護的鋼構件，耐火極限通常為15min，難以達到規范要求，基本上都需進行防火保護。在各類鋼結構耐火保護材料中，防火涂料具有防火性能較好、施工方便、造價適中、工期短等優勢，廣泛應用于化工行業。

筆者結合實際工程中遇到的問題，從鋼構件耐火保護、防火涂料分類、防火涂層構造做法等三個方面，對化工裝置鋼結構的防火涂裝設計進行探討和總結。

1 常用設計規范和標準

目前，國內項目嚴格按照國家相關規范和標準執行，涉外項目則按照合同約定的規范標準或業主認可的定量風險分析報告(Quantitative Risk Assessment)中的相關內容執行。本文針對國內項目進行探討。

(1)國內項目常用規范標準如下：GB 50016—2014(2018年版)建筑設計防火規范，以下簡稱《建規》；GB 50160—2008(2018年版)石油化工企業設計防火標準，以下簡稱《石化標》；GB 51283—2020精細化工企業工程設計防火標準，以下簡稱《精化標》；GB 50229—2019火力發電廠與變電站設計防火標準，以下簡稱《火標》；GB 51428—2021煤化工工程設計防火標準，以下簡稱《煤化標》；SH/T 3017—2013石油化工建筑設計規范；SH/T 3196—2017石油化工企業建筑物分類標準

(2)常用鋼結構防火涂裝技術規范如下：GB 51249—2017建筑鋼結構防火技術規范；GB/T 51082—2015工業建筑涂裝設計規范；GB/T 50046—2018工業建筑防腐蝕設計標準；GB 14907—2018鋼結構防火涂料；T/CECS 24—2020鋼結構防火涂料應用技術規程。

因SH3137—2013石油化工鋼結構防火保護技術規范尚未及時更新，某些地方與現行國家規范存在差異，目前僅作參考。

2 鋼構件防火涂料分類

鋼構件防火涂料種類劃分見表1。

表1 鋼構件防火涂料分類

在實際工程中，通常按防火機理選用膨脹型和非膨脹型防火涂料，也是常說的薄涂型和厚涂型。采用膨脹型或非膨脹型防火涂料時，其涂層厚度、耐火時間的設計和驗收均采用國家檢測部門出具的型式檢驗報告作為依據。

耐火時間不超過2h的鋼構件，多選用膨脹型防火涂料，其具有隔熱性能好、輕薄美觀、施工靈活、環境友好等優點，但防火性能會隨使用年限的增長而衰減，需定期檢查、維護，及時補刷。

值得注意的是，石油化工企業的火災絕大多數是烴類火災，存在噴射火(Jet Fire)或爆炸風險。在鋼結構防火設計時，甲、乙類工業建構筑物，通常按Ft特種鋼結構防火涂料選用。

膨脹型防火涂料依據成膜物質，又可分為環氧類和非環氧類。其中，環氧類膨脹型防火涂料也可用于耐火極限>2h的鋼構件，多用在烴類火災場所。海洋工程及石化工程鋼結構建筑，應選用室外非膨脹型鋼結構防火涂料或室外環氧類膨脹型鋼結構防火涂料。

3 鋼結構構件的耐火保護

3.1 建、構筑物劃分

做防火設計時，建筑物按照《建規》執行，構筑物則按《石化標》的相關規定執行，這種做法目前基本得到各地圖審機構的認可。但長期以來，從業者對建筑物、構筑物如何劃分比較困惑。例如，出現構架局部做圍護或者建筑物與構架疊加共建等情況，往往難以界定其類別。遇到這種情況，筆者的做法是，先按《石油化工企業建筑物分類標準》執行，再具體情況具體分析。建、構筑物分類標準見表2。

表2 建、構筑物分類標準

3.2 建筑物鋼結構構件

鋼構建筑物的構件設計耐火極限應根據建筑的耐火等級，按現行建規GB 50016的規定確定(見表3)。鋼結構節點的防火保護應與被連接構件中防火保護要求最高者相同。

表3 鋼構件的設計耐火極限 h

建筑物的耐火等級一般不低于二級。

表3中“墻”不是作為單一墻體材料考慮，而指整套鋼構墻體體系，包括墻板、墻檁及墻檁支撐構件三部分，所以“墻”的耐火極限，這三部分都應達到要求。

(1)甲、乙類倉庫和高層倉庫，一、二級耐火等級的建筑，當采用鋼結構輕型板外墻時，墻板、外露的墻檁及墻檁支撐構件的耐火極限，均按本表“非承重外墻”執行。

(2)除甲、乙類倉庫和高層倉庫外，一、二級耐火等級的建筑，當采用鋼結構輕型板外墻時，可采用單層壓型鋼板或巖棉夾芯板的金屬外墻體系，其墻檁及墻檁支撐構件，無需防火保護。

(3)樓梯間的隔墻和前室、防護門斗的墻，當采用鋼結構輕型墻板時，墻板、外露的墻檁及墻檁支撐構件，均按本表“樓梯間隔墻”的2.00h執行，且墻體不宜采用泄爆板材。

表3中的“樓板”指建筑物內各樓層之間封閉的鋼樓板、壓型鋼板組合樓板等，但不包括設備平臺的樓板。對鏤空的鋼格柵板(格柵板透空率不應低于50%)，耐火極限不作要求。

表3中“疏散樓梯”指建筑物的室內疏散用鋼梯，如封閉梯間或開敞梯間里的鋼梯。室外疏散鋼梯則按《建規》相關條款執行。但以下鋼梯可不做耐火保護：①設備平臺間的鋼梯；②用作丁、戊類廠房的第二安全出口的鋼梯；③丁、戊類高層廠房，每層工作平臺上人數不超過2人，且各層工作平臺同時工作人數總和不超過10人時，疏散采用敞開鋼梯。

需要防火保護的鋼板，如樓板、上人屋面板、樓梯平臺板和踏步板等，為防止踩踏磨損，一般在鋼板底部涂刷防火涂料。室外鋼梯平臺也可采用在鋼板上澆筑40mm厚的細石混凝土做防火保護。

3.3 構筑物鋼結構構件

石油化工類的構筑物嚴格按《石化標》執行。

以煤為原料的煤化工，除煤的運輸、儲存、處理等(按《火標》執行)外，后續加工過程與石油化工相同，按照《石化標》和新發布的《煤化標》相關條款執行，需采取覆蓋防火保護的鋼構件，其耐火極限不應低于2h。

精細化工按《精化標》8.1.6條規定，廠房內設備構架的承重結構構件應采用不燃燒體。當可燃氣體、助燃氣體和甲、乙、丙類液體的設備承重構架、支架、裙座及管廊(架)采用鋼結構時，應采取耐火極限不低于2h的保護措施。

在判定構筑物鋼構件具體涂刷部件和范圍時，還需安全、工藝、管道布置與結構等專業通力配合，并最終反饋到結構圖中，以便施工。

3.4 建、構筑物合建

對于主體結構相對獨立的建、構筑物，建筑物的鋼構件防火，按《建規》相關要求執行；建筑物內部的設備平臺和設備支撐鋼構件、與建筑物貼臨的外部鋼構架，因其受火災影響而破壞時，不會導致建筑物倒塌，防火涂刷范圍按《石化標》相關規定執行。其中，封閉樓面、屋面視同規范條款中的“地面”。

對于主體結構一體化的合建型建、構筑物，則需要具體分析，原則上從嚴執行。

4 防火涂層構造做法

鋼結構防火涂料不應含有石棉及甲醛，不用苯類溶劑，施工干燥后應無刺激氣味，燃燒時不應產生濃煙和有害人身健康的氣體。

4.1 防火涂層構造

4.1.1膨脹型防火涂層

膨脹型防火涂層的配套體系一般包含防腐蝕底涂層、防腐蝕中間涂層、防火涂層和防腐蝕面涂層。在弱、微腐蝕環境下，若防火涂層能夠滿足耐久性要求，除潮濕環境外，可不設防腐蝕面涂層。

4.1.2非膨脹型防火涂層

非膨脹型防火涂層配套體系一般包含防腐蝕底涂層、防腐蝕中間涂層、防火涂層，在強、中腐蝕環境下，應設置防腐蝕面涂層。

非膨脹型防火涂層有下列情況之一者，宜在涂層與鋼構件之間設置相連接的鍍鋅鋼絲網(宜采用直徑為φ0.5mm～φ1.5mm、網孔20mm×20mm～50mm×50mm的鍍鋅鋼絲網)：①構件承受沖擊、振動荷載；②防火涂料的粘結強度≤0.05MPa；③涂層厚度>25mm；④構件尺寸>500mm×500mm。

4.2 防火涂層做法

鋼構件防火涂刷常用做法見表4。

表4 鋼結構體防火涂刷常用做法

隨著材料技術的發展，市面上防火涂料種類繁多，采購和施工時可根據其產品的權威測試評估報告和產品應用說明，對具體涂刷做法和厚度酌情調整。

(1)若該膨脹型防火涂料在一定程度上能起到防腐中間漆的作用，可取消中間層，在防火涂層上直接做防腐面層。

(2)在微、弱腐環境中，若該防火涂層能滿足耐久性要求，且對外觀無特別高要求時，可不設面涂層。

(3)設計中，建筑專業只能提出耐火時間要求和涂刷基本做法，至于防火涂層的施用厚度，需根據采購的防火涂料具體參數性能指標，配合鋼結構耐火驗算等來確定。

以上措施都需要防火涂料廠商的深度配合，無法單純靠設計部門完成，建議做二次設計。

4.3 防火涂料在腐蝕環境下的面涂層

化工裝置易受腐蝕性生產介質的影響，鋼構件的防火設計應兼顧防腐性能。在強、中腐蝕環境下，需設置防腐蝕面層，且應考慮防火涂料和防腐涂料的相容性，使涂層間結合良好。

(1)鋼結構在腐蝕環境下，防火涂層按下列順序涂裝：①先在構件表面涂覆防腐蝕底涂料及防腐蝕中間層涂料；②待防腐涂層干燥固化后，再涂刷防火涂層；③防火涂層干燥固化后，再涂刷防腐蝕面層涂料。

對高溫、高濕環境中的結構構件，宜加強防護，避免構件表面結露。涂層應自然養護干燥。

(2)防火涂料上涂覆的防腐蝕面涂層，應符合以下規定：①應滿足耐腐蝕性、阻燃型和耐久性的要求，使用年限和GB/T 50046-2018工業建筑防腐蝕設計標準相適應；②非膨脹厚型防火涂料應采用耐堿的面涂料；③不應采用對防火涂料膨脹性能有不利影響的面涂料；④面涂層厚度可按表5來確定。

表5 在防火涂料上的防腐蝕面涂層

5 結語

綜上所述，廣泛運用于化工裝置的鋼結構，其

防火保護是一項科學系統的工作。防火涂料作為鋼結構防火常用材料，品種較多、各具特色。如何依據國家規范和行業標準，秉承安全適用、技術先進、經濟合理的原則做好鋼結構防火，對設計人員提出了較高要求。

鋼結構防火涂料的選擇，應和火災場所及火災類別相匹配。目前，針對耐火極限≤2h的鋼構件或>2h的鋼管混凝土柱，可采用非環氧類膨脹型防火涂料；>2h的鋼構件應采用非膨脹型防火涂料或環氧類膨脹型防火涂料。防火涂料的施用厚度需結合具體的防火涂料來確定，還需與防腐要求一并綜合考慮。