高炉喷煤项目临时高压消防系统的设计计算及选型

刘 雪 娇

(中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176)

1 概述

高炉喷煤是现代炼铁工艺的一项新技术，它有利于节焦增产、改进高炉冶炼工艺和促进高炉顺行，其经济及社会效益显著。高炉喷煤系统主要由干煤棚、煤粉制备系统、煤粉喷吹系统、热烟气系统及供气系统等组成。喷煤车间的高度一般在25 m～40 m之间，GB 50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范[1]表3.5.2中规定：厂房高度24 m

2 临时高压消防系统的选型及计算

以下以印度Sunflag高炉喷煤项目为例，介绍喷煤工程临时高压消防系统的设计计算。

2.1 项目概况

本工程为印度Sunflag高炉喷煤项目，喷煤车间地坪与喷煤消防泵房地坪处于同一标高，喷煤消防泵房内主要设施为成套供货临高压消防装置(包括消防主泵、稳压泵、稳压罐)、柴油机泵及电动单梁悬挂吊车；印度属于热带季风气候，全年高温，故本次设计中管道不需做保温。室外消防管网压力为0.4 MPa。

2.2 设计计算依据

喷煤车间火灾危险性类别为乙类，车间耐火等级为二级，车间占地426 m2，高度为29 m，体积6 048 m3。

根据GB 50016—201建筑设计防火规范[1]4.8.2.1规定，建筑占地面积大于300 m2的厂房，应设置室内消火栓系统；表3.5.2厂房高度24 m

2.3 消防水泵扬程计算

根据GB 50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范[1]10.1.7消防水泵或消防给水所需要的设计扬程或设计压力，宜按下式计算：

P=k2(∑Pf+∑Pp)+0.01H+P0。

式中：P——消防水泵或消防给水系统所需要的设计扬程或设计压力，MPa；

k2——安全系数，可取1.2～1.4，宜根据管道的复杂程度和不可预见发生的管道变更所带来的不确定性；

(∑Pf+∑Pp)——管道的局部损失和沿程损失之和，取泵房到喷煤车间损失为15 m;

H——给水管网在市政水泵入口处的设计压力值的高程至最不利水在灭火设施的几何高差，m;

P0——最不利配水点用水设备的流出水头,MPa。

40 m～120 m(达到喷雾状态的栓前最小压力),本设计取50 m。

计算结果:P=1.4×0.15+0.01×29+0.5=1.0 MPa。

印度业主提供室外消防水压力0.4 MPa，消防主泵扬程应为P=P出口-P入口=1.0-0.4=0.6 MPa。

2.4 消防水泵功率计算

水泵轴功率计算公式为N轴=QgH/3 600η1。

其中，g=9.81;η1为泵效率,取0.75～0.85。

计算N轴=25×3.6×9.81×60/(3 600×0.75)=19.6 kW。

电机功率N=N轴/η2,η2为电机效率,取0.75～0.85。

计算结果N=19.6/0.75=26.2 kW；经计算，消防主泵电机功率为26.2 kW，根据厂家样本选泵功率为30 kW。

综上所述，故消防主泵的选型为：Q=25 L/s;H=60 m；N=30 kW，415 V。

2.5 稳压罐及稳压泵压力计算

1)气压罐的最低工作压力应按管网最不利处配水点所需压力来计算,应按管网最不利处配水点所需压力来计算，采用计算公式：

P1=k2(∑Pf+∑Pp)+0.01H+P0=1.0 MPa。

2)气压罐最高工作压力可采用公式：

P2=(P1+0.098)/ab-0.098。

式中：P2——气压水罐最高工作压力,表压MPa；

ab——气压水罐工作压力比在一般情况下宜采用0.65～0.85,此时取0.80；

P2=(1.0+0.098)/0.8-0.098=1.27 MPa。

3)缓冲水容积下限水位压力Ps1(即稳压泵的启动压力)与贮水容积上限水位压力P2的压差Δp，一般可取0.02 MPa。

Ps1=P2+0.02 MPa。

计算结果Ps1=1.29 MPa。

4)缓冲水容积上限水位压Ps2(即稳压泵的停泵压力)稳压水容积上、下水位的压力差Δps应不小于0.05 MPa。

Ps2=Ps1+0.05 MPa。

计算结果Ps2=1.34 MPa。

5)稳压泵压力P稳=(Ps1+Ps2)/2=1.31 MPa。

6)稳压泵扬程应为P=P出口-P入口=1.31-0.4=0.91 MPa。

综上所述：消防稳压泵扬程H=91 m。

2.6 稳压罐容积计算

气压水罐的调节容积为VS=cqb/4n。

式中：VS——稳压水容积(调节容积)，m3；

qb——稳压泵的流量,m3/h;

c——安全系数，宜采用1.0～1.3；

n——稳压水泵在1 h内的启动次数，宜采用6次～8次。

计算结果：VS=cqb/4n=1.2×5×3.6/4×6=0.9 m3。

根据《气压给水设计规范》[2]4.3.5消防水的总容积等于消防储水容积VX+稳压水容积(调节容积)VS+缓冲水容积VΔP，4.3.6.1消火栓给水系统消防气压水罐储水容积不得少于300 L;4.3.6.4稳压水容积不得小于50 L,可得出Vxf=VX+VS+VΔP=0.3+0.9+0.05=1.25 m3。

根据GB 50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范[1]条文规定临时高压消防给水系统的高位消防水箱的有效容积应满足火灾消防用水量的要求，并应符合下列规定:工业建筑室内消防给水设计流量当不大于25 L/s时，不应小于12 m3[3]，本工程选取两个稳压罐，单个有效容积为6 m3。

气压水罐的总容积计算公式为V=BVxf/(1-ab)。

式中：V——消防气压水罐的总容积，m3；

Vxf——消防水总容积,m3;

ab——气压水罐的工作压力比，宜采用0.65～0.85；

Β——气压水罐的容积系数，隔膜式水罐宜为1.05。

计算结果：V=1.05×6/(1-0.65)=18 m3。

根据计算，选稳压罐单罐总容积为18 m3，消防水容积6 m3，压力等级为1.6 MPa，共两个。

2.7 消防稳压泵功率计算

水泵轴功率计算公式为N轴=QgH/3 600η1。

其中，g=9.81；η1为泵效率，取0.75～0.85。

计算N轴=5×3.6×9.81×91/(3 600×0.75)=5.89 kW。

电机功率N=N轴/η2,η2为电机效率，取0.75～0.85。

计算N=5.89/0.75=7.85 kW。

根据GB 50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范[1]条文规定消防给水系统管网的正常泄漏量应根据管道材质、接口形式等确定，当没有管网泄漏量数据时，稳压泵的设计流量宜按消防给水设计流量的1%～3%计，且不宜小于1 L/s。

综上所述，稳压泵的选型为：Q=1 L/s;H=91 m；N=11 kW，415 V。

2.8 压力控制系统说明

根据GB 50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范[1]8.2.3规定采用稳压泵稳压的临时高压消防给水系统的系统工作压力应取消防水泵零流量时的压力、消防水泵吸水口最大静压二者之和与稳压泵维持系统压力时两者其中的较大值。

本工程中，稳压泵维持系统的压力的最大值为1.31 MPa，即临时高压消防给水系统的系统工作压力为1.31 MPa。主泵、稳压泵、压力信号、消火栓启泵信号关系如下：系统压力降到1.29 MPa时，稳压泵自动启动；系统压力升到1.31 MPa时，稳压泵自动停止；系统压力降到1.27 MPa时，控制箱发出火灾报警信号，消防主泵启动，稳压泵停止运行；当系统压力降到1.20 MPa传递启动信号给柴油机消防泵，柴油机泵启动。消火栓箱内有启动主泵的按钮，一旦按钮被按下，消防主泵应立即启动，消防主泵启动后5 s～10 s自动切断稳压泵控制电源，稳压泵控制系统退出工作，消防主泵启动后便不受管网水压的自动控制，一直运转至火灾工作结束后，手动按下消防主泵停泵按钮，关闭消防主泵[4]。

3 结语

印度Sunflag高炉喷煤项目临时高压系统的配置情况为：消防泵两台，一用一备，水泵选型参数为Q=25 L/s;H=60 m；N=30 kW，415 V；稳压泵两台，一用一备，稳压泵参数为：Q=1 L/s;H=91 m；N=11 kW，415 V；稳压罐两个，单罐总容积为18 m3，消防水容积6 m3，压力等级为1.6 MPa；为保证系统的安全稳定，配置应急柴油泵一台，柴油泵参数为Q=25 L/s，H=60 m。