大型钢铁冶金企业全厂消防给水设计若干问题探讨

陈志剑

（1.中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 400013；2.重庆市城镇污水处理工程技术研究中心，重庆 400045）

概述

现代大型钢铁联合企业因生产工序齐全，生产或储存物质火灾危险性类别为甲、乙、丙类，给厂房、仓库、储罐区、堆场以及集中控制中心等民建的消防设计带来了挑战。除了被动防火需要考虑的建筑构造、防烟排烟、防火封堵等设计，主动防火的灭火系统因种类较多也应重视。重点论述全厂消防给水系统设计过程中的水源选择、给水形式、水量计算、管网布置和泵房设计等方面的内容。

1 设计要点

现代大型钢铁联合企业火灾危险性类别为甲类的建构筑物包括：焦化工程煤气净化装置冷凝鼓风单元的鼓风机室和酸碱油库的苯类产品泵房，焙烧工程的煤气加压站，连铸工程的LPG 瓶组气化站，冷轧工程的氢保护气体站房，检化验中心氮、乙炔、氩甲烷、液化石油气汇流排间，仓储设施综合库区和危险品库区的油漆涂料库、瓶装气体库，制氢站压缩机厂房等。

火灾危险性类别为乙类的建构筑物包括：焦化工程煤气净化装置冷凝鼓风单元的冷凝泵房和终冷洗苯的粗苯回流泵房等，炼铁工程的封闭式喷煤制粉站和喷吹站，炼钢工程的转炉一次除尘风机房，冷轧工程的彩涂混合间，制氧站工程氧压机厂房，检化验中心一氧化碳、二氧化碳、氦、氧气汇流排间等［1］。

原料单元的固体燃料存储与配备，焦化单元的筛焦，各单元的液压站、润滑油站、变压器室、电气室，其火灾危险性分类均为丙类。

各单元的自动灭火系统有泡沫灭火系统，自动喷水灭火系统，水喷雾灭火系统，固定消防炮灭火系统，气体灭火系统等。其中泡沫灭火系统用于焦化单元的煤气精制、焦油槽、油库等区域；自动喷水灭火系统用于输煤系统皮带通廊，厂前区综合楼，控制中心，地下停车库等；水喷雾自动灭火系统用于总降变变压器室、各区域变变压器室以及主要单元变变压器室，电缆隧道，液压润滑站房，柴油发电机房，高层丙类厂房或每座占地面积大于1 500 m2或总建筑面积大于3 000 m2的其他单层或多层丙类物品仓库。气体自动灭火系统用于不锈钢冷轧机组、大于6 000 t 的油压机，热轧液压润滑车间，冷轧地下油站，控制中心计算机主机机房等建筑物。固定消防炮灭火系统用于煤场等储存易燃固体的高大空间。

2 系统设计

大型钢铁冶金企业全厂水消防的设计，考虑到各生产单元较多，特别是消火栓系统，由中央水厂统一考虑供水。下文结合某案例钢铁冶金企业的情况，重点探讨消防水源、给水形式、消防水量、管网设计、泵房设计等要点。

2.1 消防水源

《消防给水及消火栓系统技术规范》第4章对消防水源做了如下规定：市政给水、消防水池、天然水源等可作为消防水源，并宜采用市政给水［2］。

考虑到大型钢铁冶金企业的情况，市政给水往往仅能满足全厂生活给水的供给，而钢铁冶金企业工艺本身的特点，中央水厂和各单元循环水厂的水池有其便利性可满足消防用水的需求。金亚飚论述了各单元间接冷却水水池作为消防水源的可行性，为消防水源的选择提供了一个思路［3］。

各生产单元的室内消火栓系统、室外消火栓系统，一般而言其水源由中央水厂供给。如此可以将全厂主干管和各单元消火栓管网统筹考虑，既满足了全厂主干路网消防救援的便利，又满足了各单元内部室内室外消火栓用水的需求。因此，大型钢铁冶金企业的消防水源设置在中央水厂是一个好的选择。

除了室外消火栓系统、室内消火栓系统，很多单元设置有自动灭火系统，如水喷淋系统、水喷雾系统、泡沫灭火系统、消防炮系统等，这些系统考虑到水量较大，水压较高，其水源是否考虑单元自建水池，还是与消防栓系统共有水源，应做技术经济分析对比确定，特别是一次建设的工程造价和生产运维费用的考量和对比。

2.2 给水形式

消防给水系统按管网水压分为高压消防给水系统，临时高压消防给水系统和低压消防给水系统。

高压消防给水系统管网内能够维持足够高的压力，不论火灾是否发生，管网所需水压来源的水泵均在运行。室外灭火时不需要使用消防车或其他移动式消防水泵加压，从消火栓直接接出水带、水枪就能灭火。采用这种给水系统时，其管网内的压力应使得水枪的充实水柱不应小于10 m，要求水枪布置在保护范围内任何建筑物的最高处时，且生产用水量和消防用水量达到最大时。对于大型钢铁冶金企业而言，生产生活给水系统的需水压力较低，消防给水管网一般不与生产生活给水系统合建，因此一般不会选择高压消防给水系统。

临时高压消防给水系统平时不能满足灭火所需的工作压力和流量，火灾时能自动启动消防水泵以满足灭火设施所需的工作压力和流量。《消防给水及消火栓系统技术规范》要求当采用临时高压消防给水系统时，应设置高位消防水箱，但当设置高位水箱确有困难时，且采用安全可靠的消防给水形式时，可不设高位消防水箱，但必须设置稳压泵和稳压设施。大型钢铁冶金企业的消防给水形式，考虑到目前室内消火栓的栓口动压不应小于0.35 MPa，不论室内室外消火栓系统，一般均采用了临时高压消防给水形式。在有条件设置消防水箱的单元，如高层车间平台，指挥中心楼顶可设置高位消防水箱。同时，在中央水厂单元消防水泵系统设置稳压泵和气压罐，平时维持系统管网压力，在火灾发生时通过火灾自动报警系统的指令启动消防水泵，泵送出满足水量水压要求的消防水。

低压消防给水系统管网内压力较低，不满足火场上灭火时水枪所需要的压力，需要消防车或其他移动式消防水泵加压供水。市政消火栓一般采用此形式，火灾时水力最不利市政消火栓的出流量不应小于15 L/s，且从地面算起其供水压力不应小于0.1 MPa。

2.3 消防水量

占地面积大于等于100×104m2的钢铁冶金企业，应按照同一时间不少于2 次火灾进行消防设计，并按需水量最大的两座建筑物（或堆场、储罐）之和计算消防用水量。同时需要考虑自动灭火系统的消防水量是否叠加问题。考虑到大型钢铁冶金企业的占地面积较大，中央水厂消防水泵至最远单元的距离较长（有可能超过3 km），自动灭火系统需水量较大的单元，以及室内消火栓系统压力较高的单元，可以考虑自行分别设置消防水池，如此则有利于降低消防管网的运维压力和消防管网、消防水池的一次建设费用。

根据表1罗列全厂各个单元室内室外消防栓系统的消防用水水量，结合各个单元自动灭火系统消防用水情况，重点对比煤场、焦化、热轧、冷轧、中央变电站、制氧6 个单元的室外及室内消防用水量之和（详见表2），从而可以计算全厂消防给水管网的设计流量和消防用水量。以案例工程消防用水统计情况分析，消防用水量最大的两个失火单元为焦化单元和制氧单元，室内外消防用水量分别是143 L/s 和120 L/s，因此此案例消防供水管网设计流量应为263 L/s。

表1 某案列室内外消火栓用水情况

表2 某案例自动灭火水消防系统设置情况

消防用水水量按3 h 计算消防水池容积，当消防水量大于1 000 m³时，应设置能独立使用的两座消防水池。当消防水量大于2 000 m³时，消防水池补水时间不应大于96 h。

2.4 管网设计

大型钢铁冶金企业全厂消防给水管网，若不合并建设时，年产钢量1 000 万t 的全厂消防给水管网一般总长度40～50 km（不包括单元内部消防管道），管径为DN100～DN400。无论是管网的布置，管径的计算还是材质的选择，管道的连接，均要满足规范标准要求，同时还要兼顾施工的可行性和便利性，造价的经济性和适用性。

（1）管网布置

全厂消防给水管网在整个厂区内布置成环状。消防给水主管道从中央水厂消防水泵房接出，设两条独立的管道与环状管网连接。同时，各生产单元内部也布置为环状管网，由全厂消防给水管网接入两条独立管道。

全厂消防给水管网的沿途分支、预留接口处以及直管段间隔5 个室外消火栓处，均应设置切断阀门，保证检修时的可能消防水供给。全厂消防给水管网沿道路布置室外消火栓，消火栓的间距不大于120 m，保护半径不大于150 m，消火栓离道路边沿的距离不大于2 m。罐区及工艺装置区的消火栓间距不宜超过60 m。

（2）管径计算

在环状管网水力计算中，为消除各环路水头损失的闭合差，通过调整流量分配再进行计算。在消防给水管网设计中，首先要模拟最大消防用水量的两个单元用水情况，保证此工况下的水量和水压保证，对相关管道管径进行确定。其次，模拟最不利水头处（1～2 处）与消防用水总量最大单元叠加用水的工况，计算及核实相关管道管径。再者，若消防给水管道与其它给水管道共用，则还需模拟生产和生活最大小时设计流量时，以上几种工况下的水量水压论证。

管网平差可通过计算机软件来实现计算的准确和快速，如鸿业软件和FLOWMASTER 软件，其主要公式为海曾-威廉公式。

（3）材质选择

消防给水管道的材质选择和连接方式根据使用位置来确定。

埋地管道根据系统工作压力大小可选用球墨铸铁、钢丝网骨架塑料复合管、加厚钢管和无缝钢管。其连接方式，规范提出钢管连接宜采用沟槽连接件和法兰，钢丝网骨架塑料复合管应采用可靠的电熔连接或机械连接。

室内外架空管道根据系统工作压力大小可选用热浸锌镀锌钢管、热浸镀锌加厚钢管、热浸镀锌无缝钢管。其连接方式，规范提出宜采用沟槽连接件、螺纹、法兰、卡压等方式，不宜采用焊接连接。

不论是埋地管道，还是室内外架空管道，规范都不建议采用焊接连接方式。但是，规范的条文解释说明了室内架空管道的连接不宜采用焊接的原因。因此笔者认为，埋地管道和室外明设消防管道可考虑采用焊接连接，特别是管网系统较大的情况下，有利于施工组织和施工便利。

2.5 泵房设计

消防水泵房可考虑与其它泵房合建，但应考虑疏散通道，其疏散门应直通安全出口，且开向疏散走道的门应采用甲级防火门。

考虑到检修的需要，消防水泵房应设置起重设施，机组之间的间距，主要通道的宽度，集中检修场地的设置都需要充分考虑。

当设置柴油机消防泵时，应考虑油箱的容积。可单独设置储油间，其总储存量不应大于1m³，确需设门时应选用甲级防火门。同时，油箱供油管道上应设置自动和手动切断阀［4］。

稳压泵组作为临时高压供水系统的重要组件，其气罐的调节容积，备用泵的设置，自动启停的控制都需要满足规范要求，包括稳压泵的设计流量，泵外壳和叶轮的材质选择。

2.6 其它

（1）消防站

钢铁冶金企业设计防火标准规定年产1 000万t以上的特大型钢铁联合企业应当建立消防站。石油化工企业设计防火规范规定了大中型石油化工企业应设消防站，考虑到被保护对象的性质，配备消防车辆车型以大型泡沫消防车为主。考虑到以上两个规范的规定，大型钢铁冶金企业内应设置消防站，满足钢铁企业自主扑救控制初起火灾的需求。同时，注意与邻近消防站的协作，消防控制系统接入城市消防监控中心。

（2）消火栓

甲类气体压缩机、介质温度超过自燃点的热油泵及热油换热设备、长度小于30 m 的油泵房附近，宜设置箱式消火栓并配置雾化水枪。其它室外消火栓系统也可配置箱式（水带及枪头），但是当采用临时高压给水形式或者高压给水形式时，特别是栓口动压大于0.5 MPa 时，应参照室内消火栓系统，选用减压稳压型消火栓。

3 结论

（1）大型钢铁冶金企业全厂消防水源设于中央水厂是一个好的选择。

（2）大型钢铁冶金企业全厂消防系统可考虑选用临时高压给水系统，若有条件设置高位水箱的建筑应设置高位消防水箱，如厂前区的指挥中心等重要民用建筑物。

（3）全厂消防管网系统设计流量和消防水池设计容积应对比各个单元最大消防需水量确定。

（4）考虑到焦化单元消防用水量大、消防系统用水压力较高（宜为0.7～1.2 MPa）［5］，可考虑在焦化单元单独设计消防给水系统。如此可以减少整个消防系统的管网设计流量和设计压力。

（5）初起火灾的扑救尤为重要，大型钢铁冶金企业应考虑消防站的建设，以及室外箱式消火栓的配置。在甲乙类危险性大的物品存储区域设置自动灭火系统（气体灭火系统、水喷雾灭火系统等），在有条件的区域设置自动灭火系统（水喷淋、水喷雾等）。消防救援应以救人为主，消防灭火及防护应以自动灭火系统为主。