兼顾中外设计标准的新能源产业项目消防水系统设计研究

2023-03-23余雪花

天津科技 2023年1期

余雪花

（机械工业第六设计研究院有限公司天津分公司天津 300392）

1 项目概况

某合资新能源产业项目的主要产品为高容量全密封铅酸蓄电池。厂区总建筑面积约60 000 m2，主要建筑物包括1号联合厂房、2号联合厂房、材料库、消防及生活水泵房等。与其他投保于美国FM Global保险公司的涉外项目类似［1-5］，本项目消防水系统设计在满足我国有关标准规范（以下简称“国标”）的前提下，并且须同时满足基于美国消防协会规范的FM 财产防损相关条款（以下简称“FM标准”）［6］。

2 生产工艺流程及火灾危险性分析

项目主要产品为高容量全密封铅酸蓄电池。在生产原料方面，项目主要原料为铅、硫酸等非易燃物，但生产过程中还涉及塑料、胶合剂等易燃易爆物。在生产工艺方面，部分工艺流程涉及高温、高热或明火等生产工序，且现场需要大量充电设备。项目整体生产工艺火灾隐患较大，预防火灾、爆炸的安全措施必不可少。因生产过程中存在可燃固体塑料制品（PPE），故1号联合厂房、2号联合厂房及材料库的火灾危险性根据国标应定为丙二类［7］。

3 消防水系统设计主要内容及特点

本项目消防给水系统主要包含室外消火栓给水系统、室内消火栓给水系统、自动喷水灭火系统、消防水池和泵房。

3.1 室外消火栓给水系统设计

按照国标要求，建筑室外需设置室外消火栓系统。本项目最不利室外消防建筑为1号联合厂房，按防火类别丙类、二级耐火等级、建筑物体积大于50 000 m3进行设计，室外消防水量40 L/s，火灾延续时间3.0 h，室外消火栓间距不大于120 m，火灾时水力最不利室外消火栓的出流量不小于15 L/s，且供水压力从地面算起不应小于0.1 MPa。室外消防给水管道应采用阀门分为若干独立段，每段室外消火栓数量不超过5个。

根据FM标准，室外消火栓用水量不小于1 900 L/min，供水压力不小于0.14 MPa，并且布置间距不应超过90 m。室外消火栓应由至少DN200的消防主管道在厂区成环状敷设供水，环网上应安装FM认证的示位阀作为分区阀。

通过对比可以发现，FM标准对于室外消火栓系统的设计要求与国标略有不同，对于不同规模、不同火灾危险性的建筑无差异化的水量要求。在消火栓布置间距上FM标准要求严于国标。因此，室外消火栓给水系统的用水量按照国标设计、消火栓布置间距按照FM标准设计，即可兼顾国内外规范要求，即室外消防用水量40 L/s，设置DN250室外消火栓环状给水管网，采用SS 65/100—1.0室外消火栓，间距小于90 m，并以FM认证的示位阀作为分段阀门，每段管道室外消火栓数量不超过 5 个。

3.2 室内消火栓给水系统设计

作为消防设计的重点，国标对室内消火栓有明确且详细的规定，但FM标准在室内消火栓上并无要求。国标规定，对于火灾危险性小、发生火灾可能导致经济损失低、社会影响或人员伤亡不大的建筑物，不强制设置自动灭火系统，故室内消火栓系统成为了上述建筑中最重要的灭火方式。在火灾救援实际操作中，消火栓的操作受人为因素影响较大。由于过大的栓口压力，消火栓基本只能由经过专业训练的消防员使用，进而导致消防出警速度成为影响火灾救援的关键因素。为尽可能降低人为因素的影响，FM标准规定在有燃烧可能性的区域均要求设置喷淋系统，而对室内消火栓的设置无强制规定［8］。

基于上述分析，1号、2号联合厂房、材料库室内消火栓系统按照国标进行设计，可同时满足国内外规范要求，其中1号、2号联合厂房均按防火类别丙类、二级耐火等级、建筑物体积大于50 000 m3设计，室内消防用水量20 L/s，火灾延续时间3.0 h。材料库按防火类别丙类、二级耐火等级设计，建筑物体积约33 000 m3，室内消防用水量25 L/s，火灾延续时间3.0 h。布置DN150环状消火栓给水管网，室内消火栓竖管应保证检修管道时关闭停用的竖管不超过1根，当竖管超过4根时，可关闭不相邻的2根。

3.3 自动喷水灭火系统设计

3.3.1 1号、2号联合厂房

按照国标，1号、2号联合厂房为丙类车间，最大防火分区面积8 000 m2，不强制设置自动喷淋系统。考虑满足生产设备布置空间需求，需增大防火分区面积，因此，1号、2号联合厂房设置自动喷水灭火系统。国标和FM标准在自动喷水灭火系统的设计要求上有明显的差异性，主要体现在以下2个方面。

一是对于较高净空的生产车间，国标和FM标准在自动喷水灭火系统选用上体现出不同的倾向性。根据GB 50084—2017［9］，自动喷淋系统可保护净空高度小于8 m的生产车间，净空高度为8～12 m时喷水强度应进一步提高，当净空高度大于12 m时，建议采用消防水炮系统。而FM标准认为［9］，自动喷淋系统的可靠性高于消防水炮系统，生产车间的净空高度越高，就应采用流量越大、水压越高的喷头。这表明在生产车间高度超过12 m时，国标和FM标准的要求差异较大。在难以平衡国内外标准时，需同时设置自动喷淋和消防水炮 2 套自动喷水灭火系统。

二是在设计参数选取上，国标和FM标准体现出不同的思路。国标根据生产中使用或产生的物质性质及其数量等因素划分厂房的火灾危险性。当同一座厂房或厂房的任一防火分区内有不同火灾危险性生产时，厂房或防火分区内的生产火灾危险性类别应按火灾危险性较大的部分确定。因此，对于单座厂房，根据国标选取自动喷水灭火系统的设计参数具有唯一性。FM标准则是根据可燃物类别确定喷水灭火强度和作用面积，故单座厂房内多种喷水灭火强度及作用面积、多种规格喷头同时存在。考虑到FM标准设计参数普遍严于国标，可采用FM标准进行设计。

在严格遵守国标并充分考虑上述设计要求差异的条件下，1号、2号联合厂房采用如下设计方案。

在净空高度未超过12 m的区域，按 FM 标准设置自动喷淋系统。其中办公区喷水强度4 L/（min·m2），作用面积140 m2，采用K=80 ℃、70 ℃标准喷头；公用站房喷水强度8 L/（min·m2），作用面积230 m2，采用K=115 ℃、70 ℃标准喷头；生产区喷水强度20 L/（min·m2），作用面积280 m2，采用K=200 ℃、70 ℃标准喷头；存储区喷头动作数12个，最低工作压力0.35 MPa，采用K=360 ℃、74 ℃早期抑制快速响应（ESFR）喷头。

在净空高度超过12 m的区域，除按FM标准设置自动喷水灭火系统外，同时按照国标设置固定消防水炮系统，固定消防水炮最大设计流量60 L/s。自动喷淋系统管道由厂区直接引入，室内设置DN200 ZSFZ湿式报警阀。消防水炮管道从室外水炮管道引入DN200 2个入口，室内布置环状消防炮给水管道。

3.3.2 材料库

根据国标要求，材料库应定为丙类仓库，其面积3 130 m2，建筑净空高度超过8 m且小于13.5 m，室内需设置自动喷水灭火系统。国标和FM标准在建筑净空高度小于13.5 m时均可采用ESFR喷头仅在顶部设置一层喷淋的形式，但FM标准设计参数较为严格，故从严选择FM标准设计，设计方案如下。

材料库室内及室外储物罩棚均设置自动喷淋系统。其中室内为闭式湿式系统，公用站房、工具间喷水强度8 L/（min·m2），作用面积230 m2，采用K=115 ℃、70 ℃标准喷头；存储区喷头动作数12个，最低工作压力0.41 MPa，采用K=360 ℃、74 ℃ ESFR喷头；室外储物罩棚为干式系统，配水管道充水时间不大于1 min，喷水强度8 L/（min·m2），作用面积230 m2，采用K=115 ℃、70 ℃标准喷头。喷淋系统管道由厂区直接引入，DN200 ZSFZ湿式报警阀设置于室内。

3.3.3 消防水池和泵房

根据国标，消防水池和泵房为戊类工业建筑，基本无可燃物，火灾危险性较小，可不设置自动喷水灭火系统。FM 标准则认为消防水池和泵房是重要场所，应设置自动喷水灭火系统。故采用FM标准，在消防水池和泵房设置喷淋系统，喷水强度8 L/（min·m2），作用面积230 m2，采用K=115 ℃、70 ℃标准喷头。喷淋系统管道由喷淋干管引入，DN150 ZSFZ 湿式报警阀设置于室内。

3.4 消防水池和泵房设计

由于市政给水管网不能保证室外消防用水量，故本项目室内外消火栓给水系统需合用，采用临时高压消防给水系统，同一时间火灾次数考虑一次。厂区最大一栋建筑单体室内消火栓用水量为25 L/s，室外消防用水量为35 L/s，火灾延续时间为3.0 h；室内喷淋用水量为147 L/s，火灾延续时间为1.0 h，一次灭火用水量为1 177.2 m3。

国标及FM标准在消防水池和泵房设计要求上有如下差异：①在选址方面，为防止泵房水淹，FM标准要求消防泵房必须设置于地上，国标则无明确要求。②在稳压系统设计方面，国标要求临时高压系统应设置稳压设备及高位消防水箱，平时由稳压设备负责维持系统最不利点压力不小于0.15 MPa，消防水箱负责提供火灾初期用水量。FM 标准虽对是否设置消防水箱无明确要求，但对稳压系统的要求相当于稳高压的概念，即稳压泵的扬程应大于消防泵的扬程，平时系统压力大于火灾时的系统压力。③在消防水泵选取方面，FM标准要求自动喷淋系统主泵须是柴油消防泵，备用泵可采用普通电泵，国标仅有设置备用泵的要求。

综上，消防水池和泵房设计采用如下方案：消防泵房及水池设置于地面，设置地上式消防水池2座，总有效容积为1 300 m3，消火栓系统管网的压力平时由设置在消防泵房内的稳压泵提供，火灾初期水源由位于1号联合厂房屋顶的高位消防水箱提供，有效容积18 m3。消防泵房内设置喷淋柴油机泵1台，额定流量150 L/s，设计扬程1.20 MPa；喷淋电泵2台，额定流量75 L/s，设计扬程1.23 MPa；消火栓电泵2台，额定流量70 L/s，设计扬程0.70 MPa；水炮电泵2台，额定流量60 L/s，设计扬程0.80 MPa；喷淋及消火栓稳压系统各1套。