淺談國外水泥廠消火栓系統(tǒng)的設計

秦江江，王洲亞

1 工程概述

近年來，我公司在阿聯(lián)酋、阿曼、敘利亞、土耳其、安哥拉、津巴布韋、阿根廷等國家承建的水泥生產(chǎn)線和水泥粉磨站項目，業(yè)主一般會聘請專業(yè)的咨詢公司對項目的工程設計進行審查，除少數(shù)業(yè)主同意按中國標準設計廠區(qū)的消防系統(tǒng)外，大部分業(yè)主在招標文件中均明確要求按照美國消防協(xié)會標準（以下簡稱“NFPA 標準”）進行消防系統(tǒng)的設計。NFPA 標準得到了很多國家的認可，我國在制訂相關的消防規(guī)范時也將NFPA 標準列為重要的參考資料。

消火栓系統(tǒng)作為水泥廠消防系統(tǒng)的組成部分，是重要的滅火工具。本文以我公司承建的阿根廷某水泥廠5 800t/d水泥熟料生產(chǎn)線二線的消防設計為例，詳細比較國內(nèi)外水泥廠消火栓系統(tǒng)的設計差異。該項目位于阿根廷布宜諾斯艾利斯省，由當?shù)爻邪特撠熛缊D紙的本土化轉(zhuǎn)換及消防系統(tǒng)的施工工作。

2 消火栓系統(tǒng)選擇

2.1 NFPA標準規(guī)定

根 據(jù) NFPA 14-2019Standard for the Installation of Standpipe and Hose Systems（以下簡稱“NFPA 14-2019”）第 3.3.20 條、第 5.4.1 條、第 5.4.2條中的規(guī)定，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)分為全自動干式系統(tǒng)、全自動濕式系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓和自噴組合系統(tǒng)、手動干式系統(tǒng)、手動濕式系統(tǒng)、半自動干式系統(tǒng)和濕式系統(tǒng)。濕式消火栓系統(tǒng)與干式消火栓系統(tǒng)相比，省去了充水時間，能夠迅速出水，有利于撲滅火災，非寒冷地區(qū)的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)應采用全自動濕式系統(tǒng)[1]。另根據(jù)NFPA 24-2019Standard for the Installation of Private Fire Service Mains and Their Appurtenances（以 下簡稱“NFPA 24-2019”）第3.3.13條、第A.3.3.13條中的規(guī)定，室外消火栓系統(tǒng)采用高壓消防給水系統(tǒng)或穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)供水[2]。

2.2 中國標準規(guī)定

根據(jù)GB 50016-2014《建筑設計防火規(guī)范》（2018 版）（以下簡稱“建規(guī)”）第8.1.2 條、第8.2.1條、第8.2.2 條及GB 50295-2016《水泥工廠設計規(guī)范》（以下簡稱“水泥規(guī)”）第10.5.7 條中的規(guī)定，水泥廠廠區(qū)應設置室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)[3-4]。另根據(jù)GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》（以下簡稱“消水規(guī)”）第6.1.4條第2款、第6.1.6條、第6.1.7條、第6.1.9條中的規(guī)定，由于煤預均化堆場規(guī)模較大，廠區(qū)室外消防給水系統(tǒng)應采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)，且室內(nèi)外合用臨時高壓消防給水系統(tǒng)，并宜采用穩(wěn)壓泵維持系統(tǒng)的充水和壓強[5]。

2.3 項目情況

根據(jù)業(yè)主招標文件的要求，本工程消防系統(tǒng)應按NFPA 標準設計施工。根據(jù)NFPA 標準，該項目的消火栓系統(tǒng)采用室內(nèi)外消火栓合用的濕式穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)，根據(jù)NFPA標準確定設計參數(shù)并進行工程設計。本文主要從室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、消防水泵和消防穩(wěn)壓泵3個方面對NFPA標準和中國消防標準進行設計差異對比。

3 設計差異分析

3.1 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設計對比

3.1.1 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的類型

“NFPA 14-2019”第3.3.20條中規(guī)定，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)分為全自動干式系統(tǒng)、全自動濕式系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓和自噴組合系統(tǒng)、手動干式系統(tǒng)、手動濕式系統(tǒng)、半自動干式系統(tǒng)和濕式系統(tǒng)。

“消水規(guī)”第7.1.2條、第7.1.3條中規(guī)定，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)分為濕式系統(tǒng)和干式系統(tǒng)。

對比可知，“NFPA 14-2019”在室內(nèi)消火栓系統(tǒng)類型上的劃分比“消水規(guī)”更細致，且“消水規(guī)”中無室內(nèi)消火栓和自噴組合系統(tǒng)，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)與自噴系統(tǒng)可以合用消防泵，但供水管網(wǎng)沿水流方向應在濕式報警閥前分開設置。

3.1.2 室內(nèi)消火栓的等級

“NFPA 14-2019”第3.3.22條、第5.3條中規(guī)定，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的等級分為I 級系統(tǒng)、II 級系統(tǒng)和III級系統(tǒng)，具體詳見表1。結(jié)合阿根廷工程項目可知，對于火災危險性大的高層建筑，發(fā)生火災時室外消火栓的撲救能力受建筑高度影響，建議室內(nèi)消火栓系統(tǒng)采用I 級系統(tǒng)或III 級系統(tǒng)以保證撲滅火災的出水量；對于單多層建筑，火災發(fā)生時室外消火栓撲滅火災相對容易，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)可采用II級系統(tǒng)。

表1 NFPA標準中關于室內(nèi)消火栓的分級

“消水規(guī)”第7.4.2 條中規(guī)定，室內(nèi)消火栓分為DN65 消火栓箱、消防軟管卷盤箱和輕便水龍箱。國內(nèi)水泥工程項目的煤粉制備車間、煤預均化堆場、包裝紙袋庫、中央控制室設置DN65 室內(nèi)消火栓，丁、戊類廠房（倉庫）設置室內(nèi)消防軟管卷盤。廠前區(qū)的辦公、生活等輔助建筑，根據(jù)建筑規(guī)模，按規(guī)范考慮是否設置室內(nèi)消火栓。

對比可知，“NFPA 14-2019”與“消水規(guī)”在室內(nèi)消火栓的選型上均是根據(jù)使用者、火災危險性、火災類型和不同滅火功能等因素綜合確定的，但“消水規(guī)”中的室內(nèi)消火栓沒有40mm消火栓，僅有DN65 消火栓和DN25 的消防軟管卷盤、輕便水龍。阿根廷項目的煤粉制備車間的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)采用I級系統(tǒng)，煤預均化堆場、包裝紙袋庫、中央控制室的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)采用II級系統(tǒng)。

3.1.3 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設計流量

由于煤預均化堆場、煤粉制備車間是廠區(qū)內(nèi)火災危險性比較高的建筑單體，消火栓系統(tǒng)的設計參數(shù)應按上述兩個單體分別選取。其中，阿根廷項目的煤預均化堆場的平面尺寸為225m×55m，堆場中的最高處約32m；煤粉制備車間的平面尺寸為32.2m×14m，建筑高度為44.2m。

“NFPA 14-2019”第 7.10.1.1 條、第 7.10.1.2 條中規(guī)定，消火栓I級系統(tǒng)或III級系統(tǒng)中最不利消火栓立管的最小流量為1 893L/min（31.55L/s），單層面積＜7 432m2的建筑單體的附加立管的最小流量為946L/min（15.77L/s），未設自噴系統(tǒng)保護的建筑單體的消火栓系統(tǒng)的總流量應≯4 731L/min（78.85L/s）；在保證系統(tǒng)中最不利兩個消火栓栓口的流量各為946L/min（15.77L/s）和其他各立管的消火栓栓口最小動壓強滿足相應要求的前提下，進行系統(tǒng)水力計算和管徑確定。另“NFPA 14-2019”第7.10.2.1 條、第 7.10.2.2 條中規(guī)定，消火栓 II 級系統(tǒng)中最不利消火栓立管的最小流量為379L/min（6.32L/s），當栓口多于一個時，不需要附加額外流量；在保證系統(tǒng)中最不利消火栓栓口最小動壓強滿足相應要求時的流量為379L/min（6.32L/s）的前提下，進行系統(tǒng)水力計算和管徑確定。

“消水規(guī)”第3.5.2 條中規(guī)定，煤預均化堆場的室內(nèi)消火栓設計流量為40L/s，煤粉制備車間的室內(nèi)消火栓設計流量為30L/s；每根消火栓豎管的最小流量為15L/s。

對比可知，“NFPA 14-2019”中的消火栓系統(tǒng)設計流量遠高于“消水規(guī)”，國外水泥廠項目的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)應結(jié)合項目實際情況按“NFPA 14-2019”中的規(guī)定進行設計流量的選取。阿根廷項目的煤粉制備車間采用I 級系統(tǒng)，共設兩根消火栓立管，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設計流量為47.32L/s。

3.1.4 室內(nèi)消火栓的栓口壓強及系統(tǒng)分區(qū)

“NFPA 14-2019”中規(guī)定，室內(nèi)最不利點處的65mm 消火栓、40mm 消火栓栓口動壓強及靜壓強應滿足“NFPA 14-2019”第7.2.3.1 條、第 7.2.3.2 條、第7.8.1 條中規(guī)定，具體詳見表2。另“NFPA 14-2019”第7.2.1 條中規(guī)定，當系統(tǒng)工作壓強＞2.80 MPa時，消防系統(tǒng)應分區(qū)。

表2 NFPA標準中關于室內(nèi)消火栓栓口壓強要求

“消水規(guī)”規(guī)定，消火栓栓口動壓強應符合第7.4.12 條中規(guī)定，具體詳見表3。另“消水規(guī)”第6.2.1條中規(guī)定，當系統(tǒng)工作壓強＞2.40MPa或消火栓栓口處靜壓強＞1.0MPa時，消防系統(tǒng)應分區(qū)。

表3 “消水規(guī)”中關于室內(nèi)消火栓栓口壓強要求

對比可知，“NFPA 14-2019”對消火栓栓口動壓強要求高于“消水規(guī)”中的規(guī)定，所以國外水泥工程項目的消防水泵的揚程應按“NFPA 14-2019”中的規(guī)定計算。由于阿根廷項目的煤粉制備車間消火栓采用I 級系統(tǒng)，栓口動壓強應≮0.69MPa，在選擇消防水泵揚程時應滿足其最不利室內(nèi)消火栓栓口壓強要求。

3.2 消防水泵設計對比

根據(jù)NFPA 20-2016Standard for the Installa?tion of Stationary Pumps for Fire Protection（以下簡稱“NFPA 20-2016”）第 6.2.1 條、第 6.2.2 條、第7.1.2.1 條、第 7.1.2.2 條及“消水規(guī)”第 5.1.6 條中規(guī)定可知，當消防水泵出口流量為設計流量的150%時，其出口壓強不應低于設計工作壓強的65%，且消防水泵零流量時的壓強不應大于設計工作壓強的140%[5-6]。另“NFPA 20-2016”第4.21.2.2條中規(guī)定，消防水泵的出水管上應設置測試能力不小于水泵額定流量175%的流量計及直徑為89mm的壓強表用于測試水泵的性能，以確定其是否滿足設計要求；“消水規(guī)”第5.1.11 條中規(guī)定，消防泵組宜設置泵組流量和壓強測試裝置，流量檢測裝置最大量程的75%應大于最大一臺消防水泵設計流量值的175%，壓強檢測裝置最大量程的75%應大于最大一臺消防水泵設計壓強值的165%。

對比可知，“NFPA 20-2016”在消防水泵的選型及性能監(jiān)測方面與“消水規(guī)”一致。阿根廷項目采用室內(nèi)外消火栓合用系統(tǒng)，消防水泵的流量為340m3/h，揚程為10bar（1.0MPa）。

3.3 消防穩(wěn)壓泵設計對比

“NFPA 20-2016”第4.26.2.1 條中規(guī)定，消防穩(wěn)壓泵的設計流量是在維持消防系統(tǒng)所需壓強的前提下，不小于系統(tǒng)正常情況下10min 或3.8L/min 的泄漏量（以量大者為準）；另“NFPA 20-2016”Annex A 第A.14.2.6 條中規(guī)定，當消防泵采用系統(tǒng)壓降啟泵時，穩(wěn)壓泵的停泵壓強應為消防水泵零流量時的壓強加上其最小靜吸水壓強，穩(wěn)壓泵的啟泵壓強應比停泵壓強至少低0.68bar（0.068MPa），消防水泵的啟泵壓強比穩(wěn)壓泵的啟泵壓強低0.34bar（0.034MPa），其他消防水泵的啟泵壓強依次遞減0.68bar（0.068MPa）。

“消水規(guī)”第5.3.2 條中規(guī)定，穩(wěn)壓泵的設計流量不應小于消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄漏量和系統(tǒng)自動啟動流量，當沒有管網(wǎng)泄漏量數(shù)據(jù)時，宜按消防給水設計流量的1%~3%計，且不宜＜1L/s；另“消水規(guī)”第5.3.3條、第8.2.3條中規(guī)定，穩(wěn)壓泵的設計壓強應滿足系統(tǒng)自動啟動和管網(wǎng)充滿水的要求，穩(wěn)壓泵的啟泵壓強宜比消防水泵的啟泵壓強高0.07~0.10MPa，且穩(wěn)壓泵的設計壓強應保證系統(tǒng)最不利點處滅火設施的靜水壓強＞0.15MPa。

對比可知，“NFPA 20-2016”與“消水規(guī)”在穩(wěn)壓泵的設計流量及設計壓強的選取規(guī)則方面基本一致，穩(wěn)壓泵的設計流量均按消防系統(tǒng)的泄漏量為基準確定，且穩(wěn)壓泵的啟泵壓強均與消防水泵的啟泵壓強相關聯(lián)。

4 結(jié)語

通過比較NFPA 標準與中國標準可知，二者雖在消防水泵與穩(wěn)壓泵的選型規(guī)則方面比較相近，但仍存在以下不同點：

（1）NFPA 標準的消防系統(tǒng)通常采用穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)。

（2）“NFPA 14-2019”在室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的類型及等級方面均多于“消水規(guī)”。

（3）“NFPA 14-2019”室內(nèi)消火栓的 I 級系統(tǒng)或III級系統(tǒng)的設計流量高于“消水規(guī)”，II級系統(tǒng)的設計流量低于“消水規(guī)”。

（4）“NFPA 14-2019”在室內(nèi)消火栓栓口壓強要求高于“消水規(guī)”。

在進行國外水泥廠設計時，應仔細閱讀招標文件，注意招標文件中對消防設備的特殊要求，很多消防設備需經(jīng)UL/FM 認證和項目所在國認證，如阿根廷項目的消火栓部件就需得到阿根廷IRAM 認證。隨著國家“一帶一路”發(fā)展規(guī)劃的持續(xù)推進，我公司將繼續(xù)開拓海外市場，參與不同國家的水泥EPC 工程的招投標及工程建設，設計人員需努力學習國際通行標準，采用國際通行標準參與國外項目的競爭，提高公司競爭力。