钢铁企业大型封闭煤场自动灭火系统设计

余鸿程 胡春明 吴驰凯 张学通

(攀枝花攀钢集团设计研究院有限公司，四川攀枝花 617023)

0.概述

大型钢铁企业煤场主要堆放焦煤和无烟煤，采用汽车或火车进料堆取煤机堆取机械作业，由于来煤车辆运输及堆取作业，煤场区域及周边大风干燥季节存在扬尘，为了降低区域粉尘浓度、改善现场作业环境、减少煤损耗，根据工信部2016年11月发布的《钢铁工业调整升级规划（2016—2020年）》和企业可持续发展的需要，需对现有料场进行全封闭棚化改造，使扬尘和污水污染得到有效控制，企业环境空气中颗粒物排放浓度小于1mg/m3。

根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018）3.1.1条、《钢铁冶金企业设计防火标准》GB50414-2018 3.0.1条要求，封闭厂房的火灾危险性为丙类，为了满足每个防火分区最大允许面积要求，厂房耐火等级为一级，厂房与周边各建筑物的防火间距、消防通道、室外消火栓、室内消火栓均满足建筑设计防火规范要求[1]。

根据《钢铁冶金企业设计防火标准》GB50414-2018 3.0.7条要求，当封闭煤场建筑面积和防火分区面积超过12000m2时，应设置消防炮灭火设施，根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018） 8.4.1条，设置消防炮灭火系统，应设置火灾自动报警及联动控制系统[2]。

1.设计要求

（1）大型封闭煤场内根据堆煤种类，局部区域可能释放可燃气体，形成爆炸性气体危险环境，同时煤粉的扬尘可能使局部区域形成爆炸性粉尘危险环境；消防设施的安装位置应避开存在爆炸危险的区域，如确实需安装在具有爆炸危险区域内时，现场设备应采用防爆型[3]。

（2）自动消防水炮布置应按产品射程的指标值经计算确定，当计算的水炮设计射程不能布置要求时，应调整原设定的水炮数量、布置位置或规格型号，直至达到要求[4]。

（3）自动消防水炮应具备图像火灾监控功能，对保护区实时全方位100%覆盖监控探测，并根据着火点远近自动修正喷射点角度，保证定位准确，近距离喷射雾状，远距离喷射为柱状，可在现场电气控制箱、消防控制室集中控制主机和系统软件设定完成[4]。

（4）大型封闭式煤场多为高大空间，且灭火系统特别是火灾自动报警及联动系统的设备需定期进行维护，设计时应充分考虑现场设备的检修通道[5]。

现有某钢铁企业大型煤场最大堆存量15万t、长宽尺寸为285m×136m、因堆取煤机作业要求，需采用单层单跨排架结构，柱顶标高为30m，屋面采用组合式巨型钢管桁架，围护结构采用彩钢瓦，新建厂房轴线面积37440m2，厂房全封闭面积40126m2。需要对消防系统进行设计。

2.系统设计

系统构建，根据《固定消防炮灭火系统设计规范》GB 50338-2003规定，见表1消防水炮性能设计参数表，堆煤厂房内设置消防水炮自动灭火系统，同时工作水炮数为2台，系统用水量为70L/s。单台水炮参数：工作压力为0.9MPa～1.2MPa，最大射程为63m，供水流量30L/s～35L/s。煤场两侧及中间共设置3排消防水炮，间距约为60m，共设置16门自动消防水炮（自动跟踪定位射流灭火装置），布置标高为相对于厂房地坪+20m，保证2门水炮的水射流同时到达被防护区域的任一部位。

表1 消防水炮性能设计参数表

消防水泵设计，因外部水源可满足室内外消火栓给水系统水量及水压要求（Q≥70L/s，H=0.6MPa），但不能满足消防水炮使用供水压力要求，拟新建消防水池及消防泵房供给消防水炮灭火系统用水，消防水池容积按储存消防水炮1次消防水量。消防水炮给水系统用水量为70L/s，持续供水时间为1h，1次消防用水量252m3，消防水泵：2台、1用1备、XBD18/80-200D/6-L型消防泵、单台Q=70L/S，H=189m，N=200kW，V=380V。

火灾自动报警及联动控制设计，根据《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013规定，火灾自动报警系统选用集中报警系统，由火灾探测器、手动火灾报警按钮、火灾声光报警器、消火栓按钮、消防应急广播系统、消防专用电话、消防控制室图形显示装置、火灾报警控制器、消防联动控制器等组成[5]。火灾自动报警及联动控制系统图如图1。

图1 火灾自动报警及联动控制系统图

每套消防水炮设置红外火焰探测器、图像定位器，对煤堆进行水平、垂直方向扫描，通过计算分析定位锁定火源；皮带机上设置缆式线型感温探测器，另外，作为辅助监控手段，定期对煤堆内部、外部进行人工测温。

在煤场的巡视通道、出入口处按《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013规定，设置手动火灾报警按钮、火灾声光报警器、消防应急广播系统、消防专用电话，当发生火灾时，消防控制室能及时知道火情，及时联动灭火装置并指挥、疏导人员撤离火灾现场。

联动控制系统设计，每套消防水炮（自动跟踪定位射流灭火装置）由消防水炮、火灾探测器、现场控制箱、电动碟阀、水流指示器、信号蝶阀、输入/输出模块、联动控制主机等组成；联动控制主机（琴台）、UPS不间断电源、液晶显示器、硬盘录像机等设置在消防控制室，其余前端装置设置在煤场内，消防水炮灭火系统流程如图2。

图2 消防水炮灭火系统流程图

防爆自动消防水炮设备系统具备现场控制、远程控制功能、应急控制功能三种启动方式，其中，现场应急手动控制和远程控制方式具有优先权[6]。

联动控制方式：将消火栓系统出水干管上设置的低压压力开关或报警阀压力开关等信号作为触发信号，直接控制启动消火栓泵，联动控制不受消防联动控制器处于自动或手动状态影响。本建筑设消火栓按钮，消火栓按钮的动作信号作为报警信号及启动消火栓泵的联动触发信号，由消防联动控制器联动控制消火栓泵的启动。

手动控制方式：将消火栓泵控制箱（柜）的启动、停止按钮专用线路直接连接至设置在消防控制室内的消防联动控制器的手动控制盘，直接手动控制消火栓泵的启动、停止。消火栓泵的启动和停止的动作信号反馈至消防联动控制器。

3.系统特点

智能自动控制：当现场探测器动作报警后，报警信号传给集中控制主机，由主机分析判断确认火情，同时启动就近的两台灭火装置扫描定位，打开电动阀，向着火点定位喷水灭火。

消控中心远程控制：控制中心通过监控系统，使用自动消防炮控制主机系统，对火灾区域的消防炮进行操纵，实施灭火功能，同时也可以根据现场人员发现着火点，通过现场手动控制盘实现灭火功能。

现场应急手动控制：无论系统处于何种状态，若现场人员发现火情，可通过防爆电气控制箱操作消防炮对准着火点，开启电动阀，通知消防控制室启动消防水泵，火情熄灭后手动关闭电动阀。