大型鋼鐵冶金企業全廠消防給水設計若干問題探討

陳志劍

（1.中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶 400013；2.重慶市城鎮污水處理工程技術研究中心，重慶 400045）

概述

現代大型鋼鐵聯合企業因生產工序齊全，生產或儲存物質火災危險性類別為甲、乙、丙類，給廠房、倉庫、儲罐區、堆場以及集中控制中心等民建的消防設計帶來了挑戰。除了被動防火需要考慮的建筑構造、防煙排煙、防火封堵等設計，主動防火的滅火系統因種類較多也應重視。重點論述全廠消防給水系統設計過程中的水源選擇、給水形式、水量計算、管網布置和泵房設計等方面的內容。

1 設計要點

現代大型鋼鐵聯合企業火災危險性類別為甲類的建構筑物包括：焦化工程煤氣凈化裝置冷凝鼓風單元的鼓風機室和酸堿油庫的苯類產品泵房，焙燒工程的煤氣加壓站，連鑄工程的LPG 瓶組氣化站，冷軋工程的氫保護氣體站房，檢化驗中心氮、乙炔、氬甲烷、液化石油氣匯流排間，倉儲設施綜合庫區和危險品庫區的油漆涂料庫、瓶裝氣體庫，制氫站壓縮機廠房等。

火災危險性類別為乙類的建構筑物包括：焦化工程煤氣凈化裝置冷凝鼓風單元的冷凝泵房和終冷洗苯的粗苯回流泵房等，煉鐵工程的封閉式噴煤制粉站和噴吹站，煉鋼工程的轉爐一次除塵風機房，冷軋工程的彩涂混合間，制氧站工程氧壓機廠房，檢化驗中心一氧化碳、二氧化碳、氦、氧氣匯流排間等［1］。

原料單元的固體燃料存儲與配備，焦化單元的篩焦，各單元的液壓站、潤滑油站、變壓器室、電氣室，其火災危險性分類均為丙類。

各單元的自動滅火系統有泡沫滅火系統，自動噴水滅火系統，水噴霧滅火系統，固定消防炮滅火系統，氣體滅火系統等。其中泡沫滅火系統用于焦化單元的煤氣精制、焦油槽、油庫等區域；自動噴水滅火系統用于輸煤系統皮帶通廊，廠前區綜合樓，控制中心，地下停車庫等；水噴霧自動滅火系統用于總降變變壓器室、各區域變變壓器室以及主要單元變變壓器室，電纜隧道，液壓潤滑站房，柴油發電機房，高層丙類廠房或每座占地面積大于1 500 m2或總建筑面積大于3 000 m2的其他單層或多層丙類物品倉庫。氣體自動滅火系統用于不銹鋼冷軋機組、大于6 000 t 的油壓機，熱軋液壓潤滑車間，冷軋地下油站，控制中心計算機主機機房等建筑物。固定消防炮滅火系統用于煤場等儲存易燃固體的高大空間。

2 系統設計

大型鋼鐵冶金企業全廠水消防的設計，考慮到各生產單元較多，特別是消火栓系統，由中央水廠統一考慮供水。下文結合某案例鋼鐵冶金企業的情況，重點探討消防水源、給水形式、消防水量、管網設計、泵房設計等要點。

2.1 消防水源

《消防給水及消火栓系統技術規范》第4章對消防水源做了如下規定：市政給水、消防水池、天然水源等可作為消防水源，并宜采用市政給水［2］。

考慮到大型鋼鐵冶金企業的情況，市政給水往往僅能滿足全廠生活給水的供給，而鋼鐵冶金企業工藝本身的特點，中央水廠和各單元循環水廠的水池有其便利性可滿足消防用水的需求。金亞飚論述了各單元間接冷卻水水池作為消防水源的可行性，為消防水源的選擇提供了一個思路［3］。

各生產單元的室內消火栓系統、室外消火栓系統，一般而言其水源由中央水廠供給。如此可以將全廠主干管和各單元消火栓管網統籌考慮，既滿足了全廠主干路網消防救援的便利，又滿足了各單元內部室內室外消火栓用水的需求。因此，大型鋼鐵冶金企業的消防水源設置在中央水廠是一個好的選擇。

除了室外消火栓系統、室內消火栓系統，很多單元設置有自動滅火系統，如水噴淋系統、水噴霧系統、泡沫滅火系統、消防炮系統等，這些系統考慮到水量較大，水壓較高，其水源是否考慮單元自建水池，還是與消防栓系統共有水源，應做技術經濟分析對比確定，特別是一次建設的工程造價和生產運維費用的考量和對比。

2.2 給水形式

消防給水系統按管網水壓分為高壓消防給水系統，臨時高壓消防給水系統和低壓消防給水系統。

高壓消防給水系統管網內能夠維持足夠高的壓力，不論火災是否發生，管網所需水壓來源的水泵均在運行。室外滅火時不需要使用消防車或其他移動式消防水泵加壓，從消火栓直接接出水帶、水槍就能滅火。采用這種給水系統時，其管網內的壓力應使得水槍的充實水柱不應小于10 m，要求水槍布置在保護范圍內任何建筑物的最高處時，且生產用水量和消防用水量達到最大時。對于大型鋼鐵冶金企業而言，生產生活給水系統的需水壓力較低，消防給水管網一般不與生產生活給水系統合建，因此一般不會選擇高壓消防給水系統。

臨時高壓消防給水系統平時不能滿足滅火所需的工作壓力和流量，火災時能自動啟動消防水泵以滿足滅火設施所需的工作壓力和流量?！断澜o水及消火栓系統技術規范》要求當采用臨時高壓消防給水系統時，應設置高位消防水箱，但當設置高位水箱確有困難時，且采用安全可靠的消防給水形式時，可不設高位消防水箱，但必須設置穩壓泵和穩壓設施。大型鋼鐵冶金企業的消防給水形式，考慮到目前室內消火栓的栓口動壓不應小于0.35 MPa，不論室內室外消火栓系統，一般均采用了臨時高壓消防給水形式。在有條件設置消防水箱的單元，如高層車間平臺，指揮中心樓頂可設置高位消防水箱。同時，在中央水廠單元消防水泵系統設置穩壓泵和氣壓罐，平時維持系統管網壓力，在火災發生時通過火災自動報警系統的指令啟動消防水泵，泵送出滿足水量水壓要求的消防水。

低壓消防給水系統管網內壓力較低，不滿足火場上滅火時水槍所需要的壓力，需要消防車或其他移動式消防水泵加壓供水。市政消火栓一般采用此形式，火災時水力最不利市政消火栓的出流量不應小于15 L/s，且從地面算起其供水壓力不應小于0.1 MPa。

2.3 消防水量

占地面積大于等于100×104m2的鋼鐵冶金企業，應按照同一時間不少于2 次火災進行消防設計，并按需水量最大的兩座建筑物（或堆場、儲罐）之和計算消防用水量。同時需要考慮自動滅火系統的消防水量是否疊加問題?？紤]到大型鋼鐵冶金企業的占地面積較大，中央水廠消防水泵至最遠單元的距離較長（有可能超過3 km），自動滅火系統需水量較大的單元，以及室內消火栓系統壓力較高的單元，可以考慮自行分別設置消防水池，如此則有利于降低消防管網的運維壓力和消防管網、消防水池的一次建設費用。

根據表1羅列全廠各個單元室內室外消防栓系統的消防用水水量，結合各個單元自動滅火系統消防用水情況，重點對比煤場、焦化、熱軋、冷軋、中央變電站、制氧6 個單元的室外及室內消防用水量之和（詳見表2），從而可以計算全廠消防給水管網的設計流量和消防用水量。以案例工程消防用水統計情況分析，消防用水量最大的兩個失火單元為焦化單元和制氧單元，室內外消防用水量分別是143 L/s 和120 L/s，因此此案例消防供水管網設計流量應為263 L/s。

表1 某案列室內外消火栓用水情況

表2 某案例自動滅火水消防系統設置情況

消防用水水量按3 h 計算消防水池容積，當消防水量大于1 000 m3時，應設置能獨立使用的兩座消防水池。當消防水量大于2 000 m3時，消防水池補水時間不應大于96 h。

2.4 管網設計

大型鋼鐵冶金企業全廠消防給水管網，若不合并建設時，年產鋼量1 000 萬t 的全廠消防給水管網一般總長度40～50 km（不包括單元內部消防管道），管徑為DN100～DN400。無論是管網的布置，管徑的計算還是材質的選擇，管道的連接，均要滿足規范標準要求，同時還要兼顧施工的可行性和便利性，造價的經濟性和適用性。

（1）管網布置

全廠消防給水管網在整個廠區內布置成環狀。消防給水主管道從中央水廠消防水泵房接出，設兩條獨立的管道與環狀管網連接。同時，各生產單元內部也布置為環狀管網，由全廠消防給水管網接入兩條獨立管道。

全廠消防給水管網的沿途分支、預留接口處以及直管段間隔5 個室外消火栓處，均應設置切斷閥門，保證檢修時的可能消防水供給。全廠消防給水管網沿道路布置室外消火栓，消火栓的間距不大于120 m，保護半徑不大于150 m，消火栓離道路邊沿的距離不大于2 m。罐區及工藝裝置區的消火栓間距不宜超過60 m。

（2）管徑計算

在環狀管網水力計算中，為消除各環路水頭損失的閉合差，通過調整流量分配再進行計算。在消防給水管網設計中，首先要模擬最大消防用水量的兩個單元用水情況，保證此工況下的水量和水壓保證，對相關管道管徑進行確定。其次，模擬最不利水頭處（1～2 處）與消防用水總量最大單元疊加用水的工況，計算及核實相關管道管徑。再者，若消防給水管道與其它給水管道共用，則還需模擬生產和生活最大小時設計流量時，以上幾種工況下的水量水壓論證。

管網平差可通過計算機軟件來實現計算的準確和快速，如鴻業軟件和FLOWMASTER 軟件，其主要公式為海曾-威廉公式。

（3）材質選擇

消防給水管道的材質選擇和連接方式根據使用位置來確定。

埋地管道根據系統工作壓力大小可選用球墨鑄鐵、鋼絲網骨架塑料復合管、加厚鋼管和無縫鋼管。其連接方式，規范提出鋼管連接宜采用溝槽連接件和法蘭，鋼絲網骨架塑料復合管應采用可靠的電熔連接或機械連接。

室內外架空管道根據系統工作壓力大小可選用熱浸鋅鍍鋅鋼管、熱浸鍍鋅加厚鋼管、熱浸鍍鋅無縫鋼管。其連接方式，規范提出宜采用溝槽連接件、螺紋、法蘭、卡壓等方式，不宜采用焊接連接。

不論是埋地管道，還是室內外架空管道，規范都不建議采用焊接連接方式。但是，規范的條文解釋說明了室內架空管道的連接不宜采用焊接的原因。因此筆者認為，埋地管道和室外明設消防管道可考慮采用焊接連接，特別是管網系統較大的情況下，有利于施工組織和施工便利。

2.5 泵房設計

消防水泵房可考慮與其它泵房合建，但應考慮疏散通道，其疏散門應直通安全出口，且開向疏散走道的門應采用甲級防火門。

考慮到檢修的需要，消防水泵房應設置起重設施，機組之間的間距，主要通道的寬度，集中檢修場地的設置都需要充分考慮。

當設置柴油機消防泵時，應考慮油箱的容積?？蓡为氃O置儲油間，其總儲存量不應大于1m3，確需設門時應選用甲級防火門。同時，油箱供油管道上應設置自動和手動切斷閥［4］。

穩壓泵組作為臨時高壓供水系統的重要組件，其氣罐的調節容積，備用泵的設置，自動啟停的控制都需要滿足規范要求，包括穩壓泵的設計流量，泵外殼和葉輪的材質選擇。

2.6 其它

（1）消防站

鋼鐵冶金企業設計防火標準規定年產1 000萬t以上的特大型鋼鐵聯合企業應當建立消防站。石油化工企業設計防火規范規定了大中型石油化工企業應設消防站，考慮到被保護對象的性質，配備消防車輛車型以大型泡沫消防車為主?？紤]到以上兩個規范的規定，大型鋼鐵冶金企業內應設置消防站，滿足鋼鐵企業自主撲救控制初起火災的需求。同時，注意與鄰近消防站的協作，消防控制系統接入城市消防監控中心。

（2）消火栓

甲類氣體壓縮機、介質溫度超過自燃點的熱油泵及熱油換熱設備、長度小于30 m 的油泵房附近，宜設置箱式消火栓并配置霧化水槍。其它室外消火栓系統也可配置箱式（水帶及槍頭），但是當采用臨時高壓給水形式或者高壓給水形式時，特別是栓口動壓大于0.5 MPa 時，應參照室內消火栓系統，選用減壓穩壓型消火栓。

3 結論

（1）大型鋼鐵冶金企業全廠消防水源設于中央水廠是一個好的選擇。

（2）大型鋼鐵冶金企業全廠消防系統可考慮選用臨時高壓給水系統，若有條件設置高位水箱的建筑應設置高位消防水箱，如廠前區的指揮中心等重要民用建筑物。

（3）全廠消防管網系統設計流量和消防水池設計容積應對比各個單元最大消防需水量確定。

（4）考慮到焦化單元消防用水量大、消防系統用水壓力較高（宜為0.7～1.2 MPa）［5］，可考慮在焦化單元單獨設計消防給水系統。如此可以減少整個消防系統的管網設計流量和設計壓力。

（5）初起火災的撲救尤為重要，大型鋼鐵冶金企業應考慮消防站的建設，以及室外箱式消火栓的配置。在甲乙類危險性大的物品存儲區域設置自動滅火系統（氣體滅火系統、水噴霧滅火系統等），在有條件的區域設置自動滅火系統（水噴淋、水噴霧等）。消防救援應以救人為主，消防滅火及防護應以自動滅火系統為主。