鋼鐵企業焦爐區域封閉通廊消防系統設計

王晨光

（上海梅山工業民用工程設計研究院有限公司，南京 210039）

1 引言

隨著我國鋼鐵行業的迅猛發展，鋼鐵企業的規模也在逐年上升，我國鋼鐵產能常年占據世界鋼鐵產能的一半以上。伴隨著鋼鐵行業的蓬勃發展，鋼鐵企業管理者的消防安全意識也在隨之增強。筆者結合國內某鋼鐵企業“焦爐皮帶通廊封閉及破碎工藝無組織排放治理”項目的設計經驗，以該鋼鐵企業焦爐區域封閉的供煤及供焦皮帶通廊為例，介紹封閉通廊消防系統設計的特點及難點。

2 增設消防系統的必要性

現行的國家規范標準除了GB 50414—2018《鋼鐵冶金企業設計防火標準》中要求“焦化廠的煤和焦炭的粉碎機室、破碎機室、出焦臺的第1 個焦轉站，運輸或處理煤調濕后的煤或干熄后焦炭的建筑物”應設置室內消火栓系統外，其余規范標準對運輸煤、 焦炭和礦石的皮帶通廊并沒有強制要求設置其他室內消防滅火系統（滅火器系統除外），但最近幾年國內皮帶通廊失火的情況卻屢有發生。

2018 年4 月2 日，天津鋼鐵集團有限公司煉鐵廠二高爐運轉工段傳送焦炭的皮帶著火。皮帶距地面約30 m，中間部位部分坍塌，過火面積約100 m2，造成較大經濟損失。

2019 年10 月24 日，河北興華鋼鐵燒結車間輸料皮帶通廊突發冒煙起火，引發火災，造成7 人死亡。

2021 年3 月31 日，遼寧凌源鋼鐵股份有限公司正在年修期間的5 號高爐原料輸送通廊發生火災，雖未帶來很大的經濟損失，但影響了正常的生產秩序，給皮帶通廊的消防安全敲了一記警鐘。

結合上述實際著火案例不難發現，皮帶通廊的火災事故頻繁發生，往往會給鋼鐵企業帶來一系列的生產安全事故，造成巨大的經濟損失，甚至人身傷害。

2019 年，國務院生態環境部主導發布《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》，全國各大鋼鐵企業均遵循該意見進行了大規模的環保改造，皮帶通廊封閉便是其中重要的組成部分之一。皮帶通廊由敞開式、半敞開式改為全封閉后，可以有效解決皮帶通廊區域大氣粉塵污染問題，但是伴隨而來的消防安全風險系數卻也成倍增加。

設置合適的消防滅火系統是預防火災、 及時撲救初期火災的有效措施。為盡可能規避消防風險、減少火災損失，封閉通廊內考慮增設相應的消防系統是很有必要的。

3 火災的成因及特點

3.1 火災的成因

皮帶輸送機主要由機架、輸送帶、滾筒、托輥、驅動裝置等組成。皮帶輸送機發生火災最常見的原因主要包括皮帶打滑以及外界火源，其中外界火源往往可以通過合理的管控進行杜絕，但皮帶打滑暫無有效手段可以完全避免。皮帶打滑根據打滑位置分，又可分為托輥打滑及滾筒打滑。

3.1.1 托輥打滑

皮帶輸送機一般所處環境條件較差，長時間使用后，托輥軸承內很容易被物料粉塵侵入，進而導致軸承損壞卡死。皮帶在托輥表面持續摩擦，使托輥積累大量的熱量，托輥溫度升至很高。皮帶輸送機停機后，皮帶禁止不動，若此時托輥溫度超過皮帶或物料的燃點，皮帶或物料便會被點燃，從而引發火災。

托輥打滑引起的皮帶輸送機著火事故主要發生在停機之后，停機前皮帶以額定速度運行，與高溫托輥表面一擦而過，反而不太容易著火。

3.1.2 滾筒打滑

正常運行情況下，皮帶相對于滾筒表面的滑差率一般不超過3%，超過此數據時，便會產生打滑現象。打滑現象若不能及時被發現，皮帶與滾筒的打滑接觸點便會不斷摩擦升溫。當溫度升至皮帶燃點時，滾筒便會點燃皮帶，從而導致火災。根據徐州礦務局試驗站實驗，皮帶持續完全打滑40 min，滾筒表面溫度就可以達到300 ℃左右，因此，滾筒打滑是極其危險的[1]。

3.2 火災的特點

鋼鐵企業皮帶通廊一旦發生火災，往往具有以下兩個特點。

1）發現不及時。皮帶通廊區域大部分都屬于無人值守區域，平時也僅有巡檢人員進行定期巡檢。發生火情時，很難被人發現。待現場人員察覺火情時，火災往往已經出現轟燃現象，進入了充分發展階段。

2）撲救難度大。皮帶通廊往往長度很長、安裝高度很高，發生火情后，救火人員從地面至火災層所耗時間較長、撲救難度極大。

4 工程概況

某鋼鐵企業焦爐區域共有12 條供煤通廊 （13 條皮帶）、10條供焦通廊（13 條皮帶），供煤通廊尺寸詳見表1，供焦通廊尺寸詳見表2。通廊最高點為B204 與2#煤塔連接處，相對地面標高約56.00 m。

表1 供煤通廊尺寸表

表2 供焦通廊尺寸表

焦爐區域現有消防用水均采用穩高壓消防給水系統，設計流量為120 L/s，系統壓力≥0.7 MPa。穩高壓消防給水系統管路在焦爐區域成環狀布置，主管管徑為DN250。

焦爐區域西南角設有消防泵房一座，供焦爐西側煤場及筒倉消防用水。泵房內設有噴淋供水泵3 臺（兩用一備），單泵參數：流量Q=50 L/s，揚程H=110 m，功率N=90 kW。設有噴淋系統穩壓裝置1 套，包含穩壓罐1 個，穩壓泵2 臺（一用一備），單泵參數：Q=5 L/s，H=126 m，N=15 kW。噴淋系統管路在煤場及筒倉區域成環狀布置，主管管徑為DN250。噴淋系統未設置高位消防水箱。

5 消防系統設計

根據“三同時”原則，皮帶通廊進行封閉的同時，通廊就應設置相應的消防滅火系統。

焦爐封閉通廊內設置自動噴水滅火系統、滅火器系統、火災自動報警系統，通廊外設置室外消火栓系統，通廊與轉運站、生產性廠房連接洞口處設置防火分隔水幕系統[2]。

5.1 自動噴水滅火系統

自動噴水滅火系統是全世界公認的最有效、 最可靠的自動滅火設施之一，是應用最廣泛、用量最大的自動滅火系統。國內外應用實踐證明，該系統具有安全可靠、經濟實用、滅火成功率高等優點[3]。

5.1.1 系統的選擇

自動噴水滅火系統根據所使用灑水噴頭的形式不同分為開式系統和閉式系統，其中閉式系統包括濕式系統、 干式系統、預作用系統、防護冷卻系統等。開式系統包括雨淋系統、水幕系統等[4]。

預作用系統（不充氣單連鎖）、預作用系統（充氣雙連鎖）、水噴霧系統、 雨淋系統及濕式系統均可用于封閉通廊的自動噴水滅火。上述滅火系統各有優缺點，詳細對比見表3。

表3 自動噴水滅火系統方案對比

結合項目特點及封閉通廊的情況，以經濟合理、對生產影響最小為原則，綜合考慮上述優缺點，筆者建議封閉通廊內自動噴水滅火系統采用預作用系統（不充氣單連鎖）。

預作用系統（不充氣單連鎖）的自動控制方式：消防聯動控制器處于自動狀態下，當火災報警系統接收到報警信號時，作為觸發信號，消防聯動控制器自動啟動預作用裝置的電磁閥，從而控制預作用裝置的開啟，同時自動啟動消防泵，使預作用系統轉變為濕式系統。當噴頭受熱爆破后，系統開始噴水滅火。

5.1.2 火災危險性等級確定

GB 50084—2017 《自動噴水滅火系統設計規范》（以下簡稱《噴規》）附錄A“設置場所火災危險等級分類”中，并沒有給出供煤和供焦通廊的火災危險等級。

GB 50016—2014（2018 年版）《建筑設計防火規范》（以下簡稱《建規》）要求，“煤、焦炭的轉運工段”的火災危險性類別為丙類，煤和焦炭均屬于可燃固體。結合《建規》要求并對照《噴規》附錄A，可燃固體基本均歸屬于中危險Ⅱ級工業建筑類別，因此，筆者更傾向于封閉通廊區域火災危險性等級采用中危險Ⅱ級。

5.1.3 系統設計

供煤及供焦封閉通廊火災危險等級為中危險Ⅱ級，噴水強度為8 L/（min·m2），作用面積為160 m2，火災延續時間為1 h，噴淋水量為40 L/s。設置12 套預作用裝置（每個通廊對應1 套）、4 套消防水泵接合器（與水幕系統合用）。考慮到供煤及供焦通廊內環境溫度的不同，供煤通廊（B 開頭）內設置的噴頭均選用68 ℃噴頭，供焦通廊（D 開頭）內設置的噴頭均選用93 ℃噴頭。

預作用系統采用取水制，水源取自焦爐區域西南角現有消防泵房噴淋環狀管網，引入管采用兩條DN250 管道，在焦爐區域內成環狀布置。由于現有消防泵房所處的自動噴水滅火系統未設置高位消防水箱，結合現行規范要求，在焦爐通廊區域最高點2#煤塔屋頂（相對地面標高約61.50 m）增設高位消防水箱1 座，有效容積為18 m3。

5.2 防火分隔水幕系統

基于通廊火災發展快、難撲滅的特點，為保證通廊兩端的轉運站及生產性廠房的消防安全，本工程在通廊與轉運站及生產性廠房連接洞口處設置防火分隔水幕系統。

防火分隔水幕噴水強度為2.0 L/（s·m），火災延續時間為1.5 h（同甲級防火門耐火極限要求），噴淋水量為40 L/s。設置10 套雨淋閥組（每個通廊對應1 套）、4 套消防水泵接合器（與預作用系統合用）。水幕系統采用取水制，水源取自焦爐區域新增DN250 自動噴水滅火系統環狀管網。

5.3 火災自動報警系統

火災自動報警系統是火災探測報警與消防聯動控制系統的簡稱，是以實現火災早期探測和報警、向各類消防設備發出控制信號并接收設備反饋信號，進而實現預定消防功能為基本任務的一種自動消防設施[5]。為了確保封閉通廊發生火災時能及時準確地報警，保證預作用系統與防火分隔水幕系統的正常使用，合理選用火災自動報警系統是很有必要的。

GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》中要求，預作用系統的報警信號應由 “同一報警區域內兩只及以上獨立的感煙火災探測器或一只感煙火災探測器與一只手動火災報警按鈕”提供[6]。考慮到封閉通廊在生產過程中會滯留大量粉塵，若采用感煙火災探測器，后期運行時火災自動報警系統誤報率較高，因此，封閉通廊內火災探測器建議采用感溫型。

本工程在中控室內設置一套分布式光纖測溫火災自動報警系統，該系統主要設備有火災自動報警主機柜、分布式光纖測溫主機柜、配線機柜。在供煤、供焦所有皮帶機兩側托輥側新增分布式光纖火災探測器，所有信號均送至中控室分布式光纖測溫主機。

5.4 室外消火栓系統

室外消火栓主要用于供消防車從室外消防給水管網取水實施滅火，是配合消防人員滅火、提供水源的重要輔助設施[7]。

封閉通廊室外消火栓設計流量為40 L/s，火災延續時間為3 h，一次滅火用水量為432 m3。現有室外消火栓系統的室外消火栓及管路布置均滿足需求。

5.5 滅火器系統

滅火器是一種平時往往被人冷落，急需時大顯身手的消防必備之物。其具有輕便靈活、操作簡易的優點，著火時可手提或推拉至著火點附近，屬于消防實戰滅火過程中較為理想的第一線滅火裝備[8]。

封閉通廊內按中危險級配置4 kg 手提式磷酸銨鹽干粉滅火器，設置于落地式滅火器箱內。

6 設計難點與爭議點

1）自動噴水滅火系統盡管具有良好的滅火、控火效果，撲滅火災迅速及時，但同室內消火栓系統相比，工程造價高。因此，從節省投資的角度考慮，建構筑物選用室內消防滅火系統時往往優先采用室內消火栓系統。

結合通廊高度較高、長度較長的特點，考慮到對消防和生產人員安全的影響，封閉通廊發生火災時，人員進入通廊采用消火栓系統滅火的可能性較小，因此，封閉通廊設置室內消火栓系統的作用并不大。本著“生命至上、安全第一”的原則，封閉通廊內采用自動噴水滅火系統是最安全、最合適的方案。

2）雨淋系統和預作用系統（單連鎖）的配水管道充水時間不宜大于2 min，工程實際中一個報警閥控制的配水管道容積一般控制在1 500 L（以DN 150 計，長度約85 m）以內。

最長皮帶（B203）約191 m，折合報警閥后的所有配水管道，總長約210 m（以DN150 計），折合容積約3 711 L，若按照經驗數據布置，至少布置3 組報警閥組。本著經濟合理的原則，對配水管道充水時間進行核算：t=3 711/40=92.775 s＜120 s，滿足現行規范要求。因此，單個封閉通廊預作用系統均僅需設置一組預作用閥組。

7 結語

隨著我國鋼鐵行業的不斷發展，作為鋼鐵企業的重要轉運樞紐，皮帶通廊的數量始終在不斷增長。為了實現國家2030年“碳達峰”、2060 年“碳中和”的目標，鋼鐵企業皮帶通廊的封閉任務是刻不容緩的，但是在確保環保要求的同時，消防安全也是不容忽視的。消防滅火系統是消防安全的重要組成部分，以下幾點總結可為封閉通廊各消防滅火系統的設計提供參考。

1）針對鋼鐵企業的封閉通廊，自動噴水滅火系統宜選用預作用系統（單連鎖），當誤噴對生產影響不大時，可選用濕式系統。

2）封閉通廊運輸丙類可燃固體時，火災危險等級宜取中危險Ⅱ級。

3）封閉通廊內火災探測器建議采用感溫型。考慮到誤報率較高，不宜采用感煙型。

4）本著“生命至上、安全第一”的原則，封閉皮帶通廊內不建議設置室內消火栓系統。如確需設置室內消火栓，可在通廊兩端轉運站內增設室內消火栓，以作為封閉通廊輔助滅火的設施。

5）計算管道充水時間時，1 500 L 的配水管道容積僅為經驗數據，實際設計過程中往往發現1 500 L 容積偏小，若按此設計，往往設計冗余度過高。因此，在進行雨淋系統和預作用系統設計時，報警閥后配水管道充水時間需根據實際設計流量進行計算校核。