选煤厂消防给水系统设计分析

2022-11-16万方

中国科技纵横 2022年2期

万方

（大地工程开发（集团）有限公司，北京 100102）

0.引言

选煤厂是煤矿的重要生产单元，主要包含栈桥、筒仓、封闭储煤场、主厂房等建（构）筑物。选煤厂生产、储存的物质，主要可分为原煤、洗后煤、煤矸石、洗后矸石四类。《建筑设计防火规范》（GB50016-2014，2018年版）（以下简称《建火规》）及《煤炭工业建筑结构设计标准》（GB50582-2020）（以下简称《煤建规》）将生产、储存原煤及煤矸石的建（构）筑物火灾危险性规定为丙类，生产、储存洗后煤及洗后矸石的建（构）筑物火灾危险性规定为戊类。本文就选煤厂主要建（构）筑物及其生产、储存不同火灾危险性物质的情况分别进行分析，根据国家、行业规范，对选煤厂各主要建（构）筑物消防用水量、消防给水系统设计等问题提出思考和建议。

1.栈桥

1.1 消防用水量

栈桥消防用水量计算的关键因素主要是对栈桥高度的认定。栈桥本体为箱型结构，以只含一条输煤皮带的栈桥举例，其宽×高在4m×3m左右。作为连接2个厂房的输煤廊道，栈桥一端一般贴地甚至处于地下，另一端高出地面可高达50m以上。《建火规》附录A规定其建筑高度宜计算为室外地面至最高点屋面与最低点屋面高度平均值的距离，《论选煤厂特殊构筑物消火栓用水量的确定问题》[1]中即以此方法计算栈桥高度和体积后得出消防用水量。实际上栈桥是架空的，其底板与地面之间使用混凝土或钢结构支腿支撑，不属于室内空间，发生火灾时，可能的过火区域主要为栈桥箱型断面在长度上的延伸空间。因此，笔者认为，栈桥高度宜按照屋面与底板之间的距离确定，以此计算体积后，按照《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）（以下简称《消规》）表3.3.2确定室外消火栓用水量。

煤炭行业规范对栈桥室内消火栓用水量的规定也体现了对栈桥消防体量认定的偏向。根据《煤炭工业给水排水设计规范》（GB50810-2012）（以下简称《煤水规》）第2.6.7款和2.6.8款的规定，“原煤输送机栈桥室内消火栓用水量5L/s，同时使用水枪数1支”“原煤输送机栈桥室内消火栓的间距不应超过50m”，都低于《消规》的相关规定。

综上，笔者认为以栈桥的实际体积对照《消规》计算室外消火栓用水量，根据《煤水规》计算室内消火栓用水量，并以此进行消防给水系统设计。

1.2 消防给水系统

输送原煤的栈桥火灾危险性为丙类，应设室内消火栓。同时，《煤水规》第2.6.5.2款规定了2种例外情况，“不通行的封闭罩带式原煤输送机栈桥、场地范围外的带式原煤输送机栈桥”可不设置室内消火栓。该条的条文解释为“不通行的封闭罩带式原煤输送机栈桥，由于其中没有人员停留，通行不便，而且实际生产中也没有火灾案例，所以规定可不设室内消防给水”，明确了其可不设室内消火栓的原因，且在实际工程中封闭罩内部也无法设置消火栓，因此此种例外情况争议不大。针对场地范围外的原煤输送机栈桥可不设置室内消火栓的例外情况，行业内部声音较多。究其原因：（1）根据《建火规》，占地面积300m2以上的丙类厂房应设置室内消火栓。（2）《煤水规》第2.6.5.2款的条文解释只说明了“不通行的封闭罩带式原煤输送机栈桥”可不设室内消火栓的原因，未涉及任何“场地范围外的带式原煤输送机栈桥”的内容，理论依据稍欠充分。（3）当煤炭行业规范与国家规范的重大原则有矛盾时，地方消防部门更认可国家层面的规范。例如笔者参与的陕西某工程，一条2.5km长的场地范围外原煤输送机栈桥由于起初未设置室内消火栓给水系统而被当地消防部门列入重大消防安全隐患名单，增补室内消火栓后才通过消防验收。因此，在条件允许时场地范围外的原煤输送机栈桥应尽量考虑设置室内消火栓给水系统。当确有困难时，应与当地消防部门沟通，并以当地消防部门的最终意见为准。

《煤水规》第2.6.5.2款规定“矸石输送机栈桥、运矸地道”可不设置室内消火栓。实际生产过程中，经干选后的煤矸石单位发热量在1500kcal左右，仍具有可燃性，因此《煤建规》将其归为丙类可燃物。对照参考《建火规》和《煤建规》，笔者建议未经洗选处理的煤矸石仍宜参照原煤考虑消防给水系统。

洗后煤和洗后矸石的含水量较高，其栈桥火灾危险性属于戊类，可不设置室内消火栓。

2.筒仓

2.1 消防用水量

筒仓上部为配煤栈桥，中部为封闭储煤仓体，下部为锥形漏斗，同时具有生产和存储的功能。根据《建火规》第3.1.1款的条文说明，“煤、焦炭、油母页岩的筛分、转运工段和栈桥或储仓”属于丙类厂房，因此筒仓应按照厂房计算消防用水量。

筒仓一般采用多个联建，笔者有过最多6个筒仓共用一套仓上配煤系统的设计案例。但其室外消防用水量宜按照单个仓体体积与仓上建筑体积之和确定。《煤水规》对其解释为“仓上建筑是一个连通的整体”“每个筒仓仓壁均采用钢筋混凝土结构，仓壁上无洞口，可阻止火势蔓延至其他仓体”。考虑煤炭虽属丙类可燃固体，但燃烧特点主要为隐燃，不会形成迅速蔓延的火焰，因此《煤水规》第2.6.4款对筒仓室外消防用水量的规定合乎行业现实。

筒仓虽然高度、体积较大，但其大部分为封闭式储煤仓体，无法在仓内布置任何消防设施，也无法进入仓体内部进行消防作业。因此，筒仓发生火灾时，可进行消防灭火的部位主要为仓上栈桥和仓下廊道，《煤水规》表2.6.7规定其室内消火栓用水量为10L/s，符合行业实际。

2.2 消防给水系统

根据《煤水规》，筒仓的消防采用消火栓的方式。电力行业的《火力发电厂与变电站设计防火标准》（GB50229-2019）（以下简称《电火规》）中表7.1.8对300MW以上燃煤电厂的原煤仓明确提出了惰性气体的灭火要求，安全系数高、可实现自动控制，值得借鉴。笔者建议有条件的选煤厂可以考虑采用水灭火系统与惰性气体灭火系统联用的方式，提高抗火灾风险等级。

根据《煤水规》第2.6.5.2款第2条的规定，储存洗后煤的筒仓可不设置室内消防给水系统。但笔者在实际工作中常遇到由于业主要求产品的灵活性，一个筒仓即可储存洗后煤，也可储存干煤的情况。此种情形下，笔者均按照最不利情况给出了消防用水量和消防给水系统的设计。

3.封闭储煤场

3.1 消防用水量

《煤水规》第2.6.4款明确“封闭储煤场宜根据其储量按室外堆场计算室外消防水量”，此条规定符合行业现状。

《煤水规》第2.6.6款规定，封闭储煤场采用消火栓系统保护时室内用水量按10L/s计。当消火栓系统无法满足消防要求时，应设置自动消防炮灭火系统。根据《固定消防炮灭火系统设计规范》（GB50338-2003）的规定，工业建筑消防炮用水量不小于60L/s，且满足2股水柱同时到达被保护区域的任一部位，《选煤厂封闭式圆形储煤场的消防设计》[2]也是沿用的此观点。但《电火规》第7.5.6款规定设置在储煤场内的固定灭火水炮系统应符合“保证至少一门水炮的水柱到达煤场内任意点，每门水炮的流量不宜小于20L/s”。此条文的解释为“日常生产中，消防炮实际使用或自动动作的都不多见”“鉴于煤的燃烧特性，水炮的额定流量无需过大”“基于煤场内煤的自燃特点，在布置时，煤场内任意一点能有一门水炮对应提供保护即可”。根据《火力发电厂封闭煤场消防水炮的设计》[3]，电力行业之前也按照2股水柱考虑消防炮系统。但《电火规》最新版本自2019年实施以后，电力行业已有按照1股水柱进行消防炮设计的实例。例如黑龙江某电厂的封闭储煤场，尺寸380m×130m×46.5m，消防系统采用14门防爆电控消防炮，消防炮布置保证至少一门水炮的水柱到达煤场内任意点。笔者认为，在电力行业已有先例的情况下，煤炭行业封闭储煤场的消防炮设计可以参考电力行业标准，既满足消防要求，又节省相应投资。

3.2 消防给水系统

封闭储煤场的消防给水系统主要疑问集中在消防炮系统上。

（1）防炮系统和消火栓系统是否需要同时设置。根据《煤水规》第2.6.6款“封闭式储煤场应设置固定灭火器、消火栓或自动消防炮灭火系统”，以及该条条文解释“当消火栓系统无法满足消防要求时，应设置自动消防炮灭火系统”，明确了消火栓系统和自动消防炮系统为二选一的关系，且实际工程中很多封闭储煤场并不具备就地操作消火栓的条件，因此，笔者认为消火栓系统和消防炮系统仅需设置一种，能够满足消防要求即可。

（2）洗后煤的封闭储煤场是否需要设置消防给水系统。洗后煤为戊类，根据规范可不设置消防给水系统，《论选煤厂特殊构筑物消火栓用水量的确定问题》中也按照室内消防用水量为零考虑。笔者在实际工作中也遇到过此类情形。内蒙某封闭储煤场用于储存洗后煤，设计储存周期为3d。考虑水分的可能散失量较大，存在火灾危险性由戊类转为丙类的可能。且储煤场体量大，内部常有人员作业，从消防安全角度考虑，笔者仍设计了消防炮灭火系统。

4.主厂房

4.1 消防用水量

选煤厂主厂房消防用水量计算的关键因素在于对火灾危险性的把握。洗选主厂房存在干、湿并存的情况，干煤区域占建筑面积的比例虽然较少但也通常大于5%，根据《建火规》第3.1.2款，洗选主厂房应按照丙类考虑。但《煤建规》表2.2.1明确提出洗选工艺的主厂房按照戊类确定火灾危险性。考虑《煤建规》编制人员对煤炭行业实际情况更为了解，且《煤建规》为2020年版，编制时必然已经考虑了2018年版的《建火规》的有关规定，因此，在实际设计过程中均以戊类计算洗选主厂房的室内、外消火栓用水量。

4.2 消防给水系统

根据《煤水规》第2.6.5.2款的规定，选煤厂主厂房水洗部分可不设置室内消火栓。笔者认为，此条规范的实施需要视具体情况而定。若主厂房的干、湿部分通过防火墙、防火卷帘、防火分隔水幕等措施完全划分开来，可以只在干煤部分设置消火栓，水洗部分可不设置消火栓。但在实际工作中，笔者尚未遇到过干、湿区域可以完全独立的情况。由于吊装孔及皮带机等设备的存在，选煤厂干、湿区域很难做到完全分割。因此，由于空间的连通，每个有干煤的防火分区范围内均需布置室内消火栓，基本覆盖了主厂房全部范围。笔者在山东、内蒙古等项目上也是这样设计的。对《煤炭洗选加工规范》第15.2.5条的探讨[4]文章中也有类似的消防给水系统设计观点。