浅谈国外水泥厂消火栓系统的设计

秦江江，王洲亚

1 工程概述

近年来，我公司在阿联酋、阿曼、叙利亚、土耳其、安哥拉、津巴布韦、阿根廷等国家承建的水泥生产线和水泥粉磨站项目，业主一般会聘请专业的咨询公司对项目的工程设计进行审查，除少数业主同意按中国标准设计厂区的消防系统外，大部分业主在招标文件中均明确要求按照美国消防协会标准（以下简称“NFPA 标准”）进行消防系统的设计。NFPA 标准得到了很多国家的认可，我国在制订相关的消防规范时也将NFPA 标准列为重要的参考资料。

消火栓系统作为水泥厂消防系统的组成部分，是重要的灭火工具。本文以我公司承建的阿根廷某水泥厂5 800t/d水泥熟料生产线二线的消防设计为例，详细比较国内外水泥厂消火栓系统的设计差异。该项目位于阿根廷布宜诺斯艾利斯省，由当地承包商负责消防图纸的本土化转换及消防系统的施工工作。

2 消火栓系统选择

2.1 NFPA标准规定

根 据 NFPA 14-2019Standard for the Installation of Standpipe and Hose Systems（以下简称“NFPA 14-2019”）第 3.3.20 条、第 5.4.1 条、第 5.4.2条中的规定，室内消火栓系统分为全自动干式系统、全自动湿式系统、室内消火栓和自喷组合系统、手动干式系统、手动湿式系统、半自动干式系统和湿式系统。湿式消火栓系统与干式消火栓系统相比，省去了充水时间，能够迅速出水，有利于扑灭火灾，非寒冷地区的室内消火栓系统应采用全自动湿式系统[1]。另根据NFPA 24-2019Standard for the Installation of Private Fire Service Mains and Their Appurtenances（以 下简称“NFPA 24-2019”）第3.3.13条、第A.3.3.13条中的规定，室外消火栓系统采用高压消防给水系统或稳高压消防给水系统供水[2]。

2.2 中国标准规定

根据GB 50016-2014《建筑设计防火规范》（2018 版）（以下简称“建规”）第8.1.2 条、第8.2.1条、第8.2.2 条及GB 50295-2016《水泥工厂设计规范》（以下简称“水泥规”）第10.5.7 条中的规定，水泥厂厂区应设置室内外消火栓系统[3-4]。另根据GB 50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》（以下简称“消水规”）第6.1.4条第2款、第6.1.6条、第6.1.7条、第6.1.9条中的规定，由于煤预均化堆场规模较大，厂区室外消防给水系统应采用临时高压消防给水系统，且室内外合用临时高压消防给水系统，并宜采用稳压泵维持系统的充水和压强[5]。

2.3 项目情况

根据业主招标文件的要求，本工程消防系统应按NFPA 标准设计施工。根据NFPA 标准，该项目的消火栓系统采用室内外消火栓合用的湿式稳高压消防给水系统，根据NFPA标准确定设计参数并进行工程设计。本文主要从室内消火栓系统、消防水泵和消防稳压泵3个方面对NFPA标准和中国消防标准进行设计差异对比。

3 设计差异分析

3.1 室内消火栓系统设计对比

3.1.1 室内消火栓系统的类型

“NFPA 14-2019”第3.3.20条中规定，室内消火栓系统分为全自动干式系统、全自动湿式系统、室内消火栓和自喷组合系统、手动干式系统、手动湿式系统、半自动干式系统和湿式系统。

“消水规”第7.1.2条、第7.1.3条中规定，室内消火栓系统分为湿式系统和干式系统。

对比可知，“NFPA 14-2019”在室内消火栓系统类型上的划分比“消水规”更细致，且“消水规”中无室内消火栓和自喷组合系统，室内消火栓系统与自喷系统可以合用消防泵，但供水管网沿水流方向应在湿式报警阀前分开设置。

3.1.2 室内消火栓的等级

“NFPA 14-2019”第3.3.22条、第5.3条中规定，室内消火栓系统的等级分为I 级系统、II 级系统和III级系统，具体详见表1。结合阿根廷工程项目可知，对于火灾危险性大的高层建筑，发生火灾时室外消火栓的扑救能力受建筑高度影响，建议室内消火栓系统采用I 级系统或III 级系统以保证扑灭火灾的出水量；对于单多层建筑，火灾发生时室外消火栓扑灭火灾相对容易，室内消火栓系统可采用II级系统。

表1 NFPA标准中关于室内消火栓的分级

“消水规”第7.4.2 条中规定，室内消火栓分为DN65 消火栓箱、消防软管卷盘箱和轻便水龙箱。国内水泥工程项目的煤粉制备车间、煤预均化堆场、包装纸袋库、中央控制室设置DN65 室内消火栓，丁、戊类厂房（仓库）设置室内消防软管卷盘。厂前区的办公、生活等辅助建筑，根据建筑规模，按规范考虑是否设置室内消火栓。

对比可知，“NFPA 14-2019”与“消水规”在室内消火栓的选型上均是根据使用者、火灾危险性、火灾类型和不同灭火功能等因素综合确定的，但“消水规”中的室内消火栓没有40mm消火栓，仅有DN65 消火栓和DN25 的消防软管卷盘、轻便水龙。阿根廷项目的煤粉制备车间的室内消火栓系统采用I级系统，煤预均化堆场、包装纸袋库、中央控制室的室内消火栓系统采用II级系统。

3.1.3 室内消火栓系统设计流量

由于煤预均化堆场、煤粉制备车间是厂区内火灾危险性比较高的建筑单体，消火栓系统的设计参数应按上述两个单体分别选取。其中，阿根廷项目的煤预均化堆场的平面尺寸为225m×55m，堆场中的最高处约32m；煤粉制备车间的平面尺寸为32.2m×14m，建筑高度为44.2m。

“NFPA 14-2019”第 7.10.1.1 条、第 7.10.1.2 条中规定，消火栓I级系统或III级系统中最不利消火栓立管的最小流量为1 893L/min（31.55L/s），单层面积＜7 432m2的建筑单体的附加立管的最小流量为946L/min（15.77L/s），未设自喷系统保护的建筑单体的消火栓系统的总流量应≯4 731L/min（78.85L/s）；在保证系统中最不利两个消火栓栓口的流量各为946L/min（15.77L/s）和其他各立管的消火栓栓口最小动压强满足相应要求的前提下，进行系统水力计算和管径确定。另“NFPA 14-2019”第7.10.2.1 条、第 7.10.2.2 条中规定，消火栓 II 级系统中最不利消火栓立管的最小流量为379L/min（6.32L/s），当栓口多于一个时，不需要附加额外流量；在保证系统中最不利消火栓栓口最小动压强满足相应要求时的流量为379L/min（6.32L/s）的前提下，进行系统水力计算和管径确定。

“消水规”第3.5.2 条中规定，煤预均化堆场的室内消火栓设计流量为40L/s，煤粉制备车间的室内消火栓设计流量为30L/s；每根消火栓竖管的最小流量为15L/s。

对比可知，“NFPA 14-2019”中的消火栓系统设计流量远高于“消水规”，国外水泥厂项目的室内消火栓系统应结合项目实际情况按“NFPA 14-2019”中的规定进行设计流量的选取。阿根廷项目的煤粉制备车间采用I 级系统，共设两根消火栓立管，室内消火栓系统设计流量为47.32L/s。

3.1.4 室内消火栓的栓口压强及系统分区

“NFPA 14-2019”中规定，室内最不利点处的65mm 消火栓、40mm 消火栓栓口动压强及静压强应满足“NFPA 14-2019”第7.2.3.1 条、第 7.2.3.2 条、第7.8.1 条中规定，具体详见表2。另“NFPA 14-2019”第7.2.1 条中规定，当系统工作压强＞2.80 MPa时，消防系统应分区。

表2 NFPA标准中关于室内消火栓栓口压强要求

“消水规”规定，消火栓栓口动压强应符合第7.4.12 条中规定，具体详见表3。另“消水规”第6.2.1条中规定，当系统工作压强＞2.40MPa或消火栓栓口处静压强＞1.0MPa时，消防系统应分区。

表3 “消水规”中关于室内消火栓栓口压强要求

对比可知，“NFPA 14-2019”对消火栓栓口动压强要求高于“消水规”中的规定，所以国外水泥工程项目的消防水泵的扬程应按“NFPA 14-2019”中的规定计算。由于阿根廷项目的煤粉制备车间消火栓采用I 级系统，栓口动压强应≮0.69MPa，在选择消防水泵扬程时应满足其最不利室内消火栓栓口压强要求。

3.2 消防水泵设计对比

根据NFPA 20-2016Standard for the Installa⁃tion of Stationary Pumps for Fire Protection（以下简称“NFPA 20-2016”）第 6.2.1 条、第 6.2.2 条、第7.1.2.1 条、第 7.1.2.2 条及“消水规”第 5.1.6 条中规定可知，当消防水泵出口流量为设计流量的150%时，其出口压强不应低于设计工作压强的65%，且消防水泵零流量时的压强不应大于设计工作压强的140%[5-6]。另“NFPA 20-2016”第4.21.2.2条中规定，消防水泵的出水管上应设置测试能力不小于水泵额定流量175%的流量计及直径为89mm的压强表用于测试水泵的性能，以确定其是否满足设计要求；“消水规”第5.1.11 条中规定，消防泵组宜设置泵组流量和压强测试装置，流量检测装置最大量程的75%应大于最大一台消防水泵设计流量值的175%，压强检测装置最大量程的75%应大于最大一台消防水泵设计压强值的165%。

对比可知，“NFPA 20-2016”在消防水泵的选型及性能监测方面与“消水规”一致。阿根廷项目采用室内外消火栓合用系统，消防水泵的流量为340m3/h，扬程为10bar（1.0MPa）。

3.3 消防稳压泵设计对比

“NFPA 20-2016”第4.26.2.1 条中规定，消防稳压泵的设计流量是在维持消防系统所需压强的前提下，不小于系统正常情况下10min 或3.8L/min 的泄漏量（以量大者为准）；另“NFPA 20-2016”Annex A 第A.14.2.6 条中规定，当消防泵采用系统压降启泵时，稳压泵的停泵压强应为消防水泵零流量时的压强加上其最小静吸水压强，稳压泵的启泵压强应比停泵压强至少低0.68bar（0.068MPa），消防水泵的启泵压强比稳压泵的启泵压强低0.34bar（0.034MPa），其他消防水泵的启泵压强依次递减0.68bar（0.068MPa）。

“消水规”第5.3.2 条中规定，稳压泵的设计流量不应小于消防给水系统管网的正常泄漏量和系统自动启动流量，当没有管网泄漏量数据时，宜按消防给水设计流量的1%~3%计，且不宜＜1L/s；另“消水规”第5.3.3条、第8.2.3条中规定，稳压泵的设计压强应满足系统自动启动和管网充满水的要求，稳压泵的启泵压强宜比消防水泵的启泵压强高0.07~0.10MPa，且稳压泵的设计压强应保证系统最不利点处灭火设施的静水压强＞0.15MPa。

对比可知，“NFPA 20-2016”与“消水规”在稳压泵的设计流量及设计压强的选取规则方面基本一致，稳压泵的设计流量均按消防系统的泄漏量为基准确定，且稳压泵的启泵压强均与消防水泵的启泵压强相关联。

4 结语

通过比较NFPA 标准与中国标准可知，二者虽在消防水泵与稳压泵的选型规则方面比较相近，但仍存在以下不同点：

（1）NFPA 标准的消防系统通常采用稳高压消防系统。

（2）“NFPA 14-2019”在室内消火栓系统的类型及等级方面均多于“消水规”。

（3）“NFPA 14-2019”室内消火栓的 I 级系统或III级系统的设计流量高于“消水规”，II级系统的设计流量低于“消水规”。

（4）“NFPA 14-2019”在室内消火栓栓口压强要求高于“消水规”。

在进行国外水泥厂设计时，应仔细阅读招标文件，注意招标文件中对消防设备的特殊要求，很多消防设备需经UL/FM 认证和项目所在国认证，如阿根廷项目的消火栓部件就需得到阿根廷IRAM 认证。随着国家“一带一路”发展规划的持续推进，我公司将继续开拓海外市场，参与不同国家的水泥EPC 工程的招投标及工程建设，设计人员需努力学习国际通行标准，采用国际通行标准参与国外项目的竞争，提高公司竞争力。