化工装置钢结构防火涂装浅析

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

钢结构常用于空间高大、有较大振动、施工进度要求高的建、构筑物中，其具有质量轻、强度高、可塑性好、抗震佳、可工厂化生产、建设速度快等显著优点。化工装置因其行业特点，常大量使用钢结构，例如合成氨压缩厂房、备品备件库、气化框架、管廊架等建构筑物。

与钢筋混凝土结构相比，钢结构存在耐火性和防腐性能较差等问题。无防火保护的钢构件，耐火极限通常为15min，难以达到规范要求，基本上都需进行防火保护。在各类钢结构耐火保护材料中，防火涂料具有防火性能较好、施工方便、造价适中、工期短等优势，广泛应用于化工行业。

笔者结合实际工程中遇到的问题，从钢构件耐火保护、防火涂料分类、防火涂层构造做法等三个方面，对化工装置钢结构的防火涂装设计进行探讨和总结。

1 常用设计规范和标准

目前，国内项目严格按照国家相关规范和标准执行，涉外项目则按照合同约定的规范标准或业主认可的定量风险分析报告(Quantitative Risk Assessment)中的相关内容执行。本文针对国内项目进行探讨。

(1)国内项目常用规范标准如下：GB 50016—2014(2018年版)建筑设计防火规范，以下简称《建规》；GB 50160—2008(2018年版)石油化工企业设计防火标准，以下简称《石化标》；GB 51283—2020精细化工企业工程设计防火标准，以下简称《精化标》；GB 50229—2019火力发电厂与变电站设计防火标准，以下简称《火标》；GB 51428—2021煤化工工程设计防火标准，以下简称《煤化标》；SH/T 3017—2013石油化工建筑设计规范；SH/T 3196—2017石油化工企业建筑物分类标准

(2)常用钢结构防火涂装技术规范如下：GB 51249—2017建筑钢结构防火技术规范；GB/T 51082—2015工业建筑涂装设计规范；GB/T 50046—2018工业建筑防腐蚀设计标准；GB 14907—2018钢结构防火涂料；T/CECS 24—2020钢结构防火涂料应用技术规程。

因SH3137—2013石油化工钢结构防火保护技术规范尚未及时更新，某些地方与现行国家规范存在差异，目前仅作参考。

2 钢构件防火涂料分类

钢构件防火涂料种类划分见表1。

表1 钢构件防火涂料分类

在实际工程中，通常按防火机理选用膨胀型和非膨胀型防火涂料，也是常说的薄涂型和厚涂型。采用膨胀型或非膨胀型防火涂料时，其涂层厚度、耐火时间的设计和验收均采用国家检测部门出具的型式检验报告作为依据。

耐火时间不超过2h的钢构件，多选用膨胀型防火涂料，其具有隔热性能好、轻薄美观、施工灵活、环境友好等优点，但防火性能会随使用年限的增长而衰减，需定期检查、维护，及时补刷。

值得注意的是，石油化工企业的火灾绝大多数是烃类火灾，存在喷射火(Jet Fire)或爆炸风险。在钢结构防火设计时，甲、乙类工业建构筑物，通常按Ft特种钢结构防火涂料选用。

膨胀型防火涂料依据成膜物质，又可分为环氧类和非环氧类。其中，环氧类膨胀型防火涂料也可用于耐火极限>2h的钢构件，多用在烃类火灾场所。海洋工程及石化工程钢结构建筑，应选用室外非膨胀型钢结构防火涂料或室外环氧类膨胀型钢结构防火涂料。

3 钢结构构件的耐火保护

3.1 建、构筑物划分

做防火设计时，建筑物按照《建规》执行，构筑物则按《石化标》的相关规定执行，这种做法目前基本得到各地图审机构的认可。但长期以来，从业者对建筑物、构筑物如何划分比较困惑。例如，出现构架局部做围护或者建筑物与构架叠加共建等情况，往往难以界定其类别。遇到这种情况，笔者的做法是，先按《石油化工企业建筑物分类标准》执行，再具体情况具体分析。建、构筑物分类标准见表2。

表2 建、构筑物分类标准

3.2 建筑物钢结构构件

钢构建筑物的构件设计耐火极限应根据建筑的耐火等级，按现行建规GB 50016的规定确定(见表3)。钢结构节点的防火保护应与被连接构件中防火保护要求最高者相同。

表3 钢构件的设计耐火极限 h

建筑物的耐火等级一般不低于二级。

表3中“墙”不是作为单一墙体材料考虑，而指整套钢构墙体体系，包括墙板、墙檩及墙檩支撑构件三部分，所以“墙”的耐火极限，这三部分都应达到要求。

(1)甲、乙类仓库和高层仓库，一、二级耐火等级的建筑，当采用钢结构轻型板外墙时，墙板、外露的墙檩及墙檩支撑构件的耐火极限，均按本表“非承重外墙”执行。

(2)除甲、乙类仓库和高层仓库外，一、二级耐火等级的建筑，当采用钢结构轻型板外墙时，可采用单层压型钢板或岩棉夹芯板的金属外墙体系，其墙檩及墙檩支撑构件，无需防火保护。

(3)楼梯间的隔墙和前室、防护门斗的墙，当采用钢结构轻型墙板时，墙板、外露的墙檩及墙檩支撑构件，均按本表“楼梯间隔墙”的2.00h执行，且墙体不宜采用泄爆板材。

表3中的“楼板”指建筑物内各楼层之间封闭的钢楼板、压型钢板组合楼板等，但不包括设备平台的楼板。对镂空的钢格栅板(格栅板透空率不应低于50%)，耐火极限不作要求。

表3中“疏散楼梯”指建筑物的室内疏散用钢梯，如封闭梯间或开敞梯间里的钢梯。室外疏散钢梯则按《建规》相关条款执行。但以下钢梯可不做耐火保护：①设备平台间的钢梯；②用作丁、戊类厂房的第二安全出口的钢梯；③丁、戊类高层厂房，每层工作平台上人数不超过2人，且各层工作平台同时工作人数总和不超过10人时，疏散采用敞开钢梯。

需要防火保护的钢板，如楼板、上人屋面板、楼梯平台板和踏步板等，为防止踩踏磨损，一般在钢板底部涂刷防火涂料。室外钢梯平台也可采用在钢板上浇筑40mm厚的细石混凝土做防火保护。

3.3 构筑物钢结构构件

石油化工类的构筑物严格按《石化标》执行。

以煤为原料的煤化工，除煤的运输、储存、处理等(按《火标》执行)外，后续加工过程与石油化工相同，按照《石化标》和新发布的《煤化标》相关条款执行，需采取覆盖防火保护的钢构件，其耐火极限不应低于2h。

精细化工按《精化标》8.1.6条规定，厂房内设备构架的承重结构构件应采用不燃烧体。当可燃气体、助燃气体和甲、乙、丙类液体的设备承重构架、支架、裙座及管廊(架)采用钢结构时，应采取耐火极限不低于2h的保护措施。

在判定构筑物钢构件具体涂刷部件和范围时，还需安全、工艺、管道布置与结构等专业通力配合，并最终反馈到结构图中，以便施工。

3.4 建、构筑物合建

对于主体结构相对独立的建、构筑物，建筑物的钢构件防火，按《建规》相关要求执行；建筑物内部的设备平台和设备支撑钢构件、与建筑物贴临的外部钢构架，因其受火灾影响而破坏时，不会导致建筑物倒塌，防火涂刷范围按《石化标》相关规定执行。其中，封闭楼面、屋面视同规范条款中的“地面”。

对于主体结构一体化的合建型建、构筑物，则需要具体分析，原则上从严执行。

4 防火涂层构造做法

钢结构防火涂料不应含有石棉及甲醛，不用苯类溶剂，施工干燥后应无刺激气味，燃烧时不应产生浓烟和有害人身健康的气体。

4.1 防火涂层构造

4.1.1膨胀型防火涂层

膨胀型防火涂层的配套体系一般包含防腐蚀底涂层、防腐蚀中间涂层、防火涂层和防腐蚀面涂层。在弱、微腐蚀环境下，若防火涂层能够满足耐久性要求，除潮湿环境外，可不设防腐蚀面涂层。

4.1.2非膨胀型防火涂层

非膨胀型防火涂层配套体系一般包含防腐蚀底涂层、防腐蚀中间涂层、防火涂层，在强、中腐蚀环境下，应设置防腐蚀面涂层。

非膨胀型防火涂层有下列情况之一者，宜在涂层与钢构件之间设置相连接的镀锌钢丝网(宜采用直径为φ0.5mm～φ1.5mm、网孔20mm×20mm～50mm×50mm的镀锌钢丝网)：①构件承受冲击、振动荷载；②防火涂料的粘结强度≤0.05MPa；③涂层厚度>25mm；④构件尺寸>500mm×500mm。

4.2 防火涂层做法

钢构件防火涂刷常用做法见表4。

表4 钢结构体防火涂刷常用做法

随着材料技术的发展，市面上防火涂料种类繁多，采购和施工时可根据其产品的权威测试评估报告和产品应用说明，对具体涂刷做法和厚度酌情调整。

(1)若该膨胀型防火涂料在一定程度上能起到防腐中间漆的作用，可取消中间层，在防火涂层上直接做防腐面层。

(2)在微、弱腐环境中，若该防火涂层能满足耐久性要求，且对外观无特别高要求时，可不设面涂层。

(3)设计中，建筑专业只能提出耐火时间要求和涂刷基本做法，至于防火涂层的施用厚度，需根据采购的防火涂料具体参数性能指标，配合钢结构耐火验算等来确定。

以上措施都需要防火涂料厂商的深度配合，无法单纯靠设计部门完成，建议做二次设计。

4.3 防火涂料在腐蚀环境下的面涂层

化工装置易受腐蚀性生产介质的影响，钢构件的防火设计应兼顾防腐性能。在强、中腐蚀环境下，需设置防腐蚀面层，且应考虑防火涂料和防腐涂料的相容性，使涂层间结合良好。

(1)钢结构在腐蚀环境下，防火涂层按下列顺序涂装：①先在构件表面涂覆防腐蚀底涂料及防腐蚀中间层涂料；②待防腐涂层干燥固化后，再涂刷防火涂层；③防火涂层干燥固化后，再涂刷防腐蚀面层涂料。

对高温、高湿环境中的结构构件，宜加强防护，避免构件表面结露。涂层应自然养护干燥。

(2)防火涂料上涂覆的防腐蚀面涂层，应符合以下规定：①应满足耐腐蚀性、阻燃型和耐久性的要求，使用年限和GB/T 50046-2018工业建筑防腐蚀设计标准相适应；②非膨胀厚型防火涂料应采用耐碱的面涂料；③不应采用对防火涂料膨胀性能有不利影响的面涂料；④面涂层厚度可按表5来确定。

表5 在防火涂料上的防腐蚀面涂层

5 结语

综上所述，广泛运用于化工装置的钢结构，其

防火保护是一项科学系统的工作。防火涂料作为钢结构防火常用材料，品种较多、各具特色。如何依据国家规范和行业标准，秉承安全适用、技术先进、经济合理的原则做好钢结构防火，对设计人员提出了较高要求。

钢结构防火涂料的选择，应和火灾场所及火灾类别相匹配。目前，针对耐火极限≤2h的钢构件或>2h的钢管混凝土柱，可采用非环氧类膨胀型防火涂料；>2h的钢构件应采用非膨胀型防火涂料或环氧类膨胀型防火涂料。防火涂料的施用厚度需结合具体的防火涂料来确定，还需与防腐要求一并综合考虑。