淺談國外水泥廠消火栓系統的設計

秦江江，王洲亞

1 工程概述

近年來，我公司在阿聯酋、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線和水泥粉磨站項目，業主一般會聘請專業的咨詢公司對項目的工程設計進行審查，除少數業主同意按中國標準設計廠區的消防系統外，大部分業主在招標文件中均明確要求按照美國消防協會標準（以下簡稱“NFPA 標準”）進行消防系統的設計。NFPA 標準得到了很多國家的認可，我國在制訂相關的消防規范時也將NFPA 標準列為重要的參考資料。

消火栓系統作為水泥廠消防系統的組成部分，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水泥熟料生產線二線的消防設計為例，詳細比較國內外水泥廠消火栓系統的設計差異。該項目位于阿根廷布宜諾斯艾利斯省，由當地承包商負責消防圖紙的本土化轉換及消防系統的施工工作。

2 消火栓系統選擇

2.1 NFPA標準規定

根 據 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條中的規定，室內消火栓系統分為全自動干式系統、全自動濕式系統、室內消火栓和自噴組合系統、手動干式系統、手動濕式系統、半自動干式系統和濕式系統。濕式消火栓系統與干式消火栓系統相比，省去了充水時間，能夠迅速出水，有利于撲滅火災，非寒冷地區的室內消火栓系統應采用全自動濕式系統[1]。另根據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條中的規定，室外消火栓系統采用高壓消防給水系統或穩高壓消防給水系統供水[2]。

2.2 中國標準規定

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

2.3 項目情況

根據業主招標文件的要求，本工程消防系統應按NFPA 標準設計施工。根據NFPA 標準，該項目的消火栓系統采用室內外消火栓合用的濕式穩高壓消防給水系統，根據NFPA標準確定設計參數并進行工程設計。本文主要從室內消火栓系統、消防水泵和消防穩壓泵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 室內消火栓系統設計對比

3.1.1 室內消火栓系統的類型

“NFPA 14-2019”第3.3.20條中規定，室內消火栓系統分為全自動干式系統、全自動濕式系統、室內消火栓和自噴組合系統、手動干式系統、手動濕式系統、半自動干式系統和濕式系統。

“消水規”第7.1.2條、第7.1.3條中規定，室內消火栓系統分為濕式系統和干式系統。

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

3.1.2 室內消火栓的等級

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

表1 NFPA標準中關于室內消火栓的分級

“消水規”第7.4.2 條中規定，室內消火栓分為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 室內消火栓，丁、戊類廠房（倉庫）設置室內消防軟管卷盤。廠前區的辦公、生活等輔助建筑，根據建筑規模，按規范考慮是否設置室內消火栓。

對比可知，“NFPA 14-2019”與“消水規”在室內消火栓的選型上均是根據使用者、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”中的室內消火栓沒有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消火栓系統采用I級系統，煤預均化堆場、包裝紙袋庫、中央控制室的室內消火栓系統采用II級系統。

3.1.3 室內消火栓系統設計流量

由于煤預均化堆場、煤粉制備車間是廠區內火災危險性比較高的建筑單體，消火栓系統的設計參數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 條中規定，消火栓I級系統或III級系統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），未設自噴系統保護的建筑單體的消火栓系統的總流量應≯4 731L/min（78.85L/s）；在保證系統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 條中規定，消火栓 II 級系統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，進行系統水力計算和管徑確定。

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

對比可知，“NFPA 14-2019”中的消火栓系統設計流量遠高于“消水規”，國外水泥廠項目的室內消火栓系統應結合項目實際情況按“NFPA 14-2019”中的規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，共設兩根消火栓立管，室內消火栓系統設計流量為47.32L/s。

3.1.4 室內消火栓的栓口壓強及系統分區

“NFPA 14-2019”中規定，室內最不利點處的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 條中規定，具體詳見表2。另“NFPA 14-2019”第7.2.1 條中規定，當系統工作壓強＞2.80 MPa時，消防系統應分區。

表2 NFPA標準中關于室內消火栓栓口壓強要求

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

表3 “消水規”中關于室內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”中的規定，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，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消火栓栓口壓強要求。

3.2 消防水泵設計對比

根據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”第 5.1.6 條中規定可知，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”第5.1.11 條中規定，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測方面與“消水規”一致。阿根廷項目采用室內外消火栓合用系統，消防水泵的流量為340m3/h，揚程為10bar（1.0MPa）。

3.3 消防穩壓泵設計對比

“NFPA 20-2016”第4.26.2.1 條中規定，消防穩壓泵的設計流量是在維持消防系統所需壓強的前提下，不小于系統正常情況下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 條中規定，當消防泵采用系統壓降啟泵時，穩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”第5.3.2 條中規定，穩壓泵的設計流量不應小于消防給水系統管網的正常泄漏量和系統自動啟動流量，當沒有管網泄漏量數據時，宜按消防給水設計流量的1%~3%計，且不宜＜1L/s；另“消水規”第5.3.3條、第8.2.3條中規定，穩壓泵的設計壓強應滿足系統自動啟動和管網充滿水的要求，穩壓泵的啟泵壓強宜比消防水泵的啟泵壓強高0.07~0.10MPa，且穩壓泵的設計壓強應保證系統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”在穩壓泵的設計流量及設計壓強的選取規則方面基本一致，穩壓泵的設計流量均按消防系統的泄漏量為基準確定，且穩壓泵的啟泵壓強均與消防水泵的啟泵壓強相關聯。

4 結語

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

（1）NFPA 標準的消防系統通常采用穩高壓消防系統。

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

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

（4）“NFPA 14-2019”在室內消火栓栓口壓強要求高于“消水規”。

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”發展規劃的持續推進，我公司將繼續開拓海外市場，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。