钢铁企业焦炉区域封闭通廊消防系统设计

王晨光

（上海梅山工业民用工程设计研究院有限公司，南京 210039）

1 引言

随着我国钢铁行业的迅猛发展，钢铁企业的规模也在逐年上升，我国钢铁产能常年占据世界钢铁产能的一半以上。伴随着钢铁行业的蓬勃发展，钢铁企业管理者的消防安全意识也在随之增强。笔者结合国内某钢铁企业“焦炉皮带通廊封闭及破碎工艺无组织排放治理”项目的设计经验，以该钢铁企业焦炉区域封闭的供煤及供焦皮带通廊为例，介绍封闭通廊消防系统设计的特点及难点。

2 增设消防系统的必要性

现行的国家规范标准除了GB 50414—2018《钢铁冶金企业设计防火标准》中要求“焦化厂的煤和焦炭的粉碎机室、破碎机室、出焦台的第1 个焦转站，运输或处理煤调湿后的煤或干熄后焦炭的建筑物”应设置室内消火栓系统外，其余规范标准对运输煤、 焦炭和矿石的皮带通廊并没有强制要求设置其他室内消防灭火系统（灭火器系统除外），但最近几年国内皮带通廊失火的情况却屡有发生。

2018 年4 月2 日，天津钢铁集团有限公司炼铁厂二高炉运转工段传送焦炭的皮带着火。皮带距地面约30 m，中间部位部分坍塌，过火面积约100 m2，造成较大经济损失。

2019 年10 月24 日，河北兴华钢铁烧结车间输料皮带通廊突发冒烟起火，引发火灾，造成7 人死亡。

2021 年3 月31 日，辽宁凌源钢铁股份有限公司正在年修期间的5 号高炉原料输送通廊发生火灾，虽未带来很大的经济损失，但影响了正常的生产秩序，给皮带通廊的消防安全敲了一记警钟。

结合上述实际着火案例不难发现，皮带通廊的火灾事故频繁发生，往往会给钢铁企业带来一系列的生产安全事故，造成巨大的经济损失，甚至人身伤害。

2019 年，国务院生态环境部主导发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，全国各大钢铁企业均遵循该意见进行了大规模的环保改造，皮带通廊封闭便是其中重要的组成部分之一。皮带通廊由敞开式、半敞开式改为全封闭后，可以有效解决皮带通廊区域大气粉尘污染问题，但是伴随而来的消防安全风险系数却也成倍增加。

设置合适的消防灭火系统是预防火灾、 及时扑救初期火灾的有效措施。为尽可能规避消防风险、减少火灾损失，封闭通廊内考虑增设相应的消防系统是很有必要的。

3 火灾的成因及特点

3.1 火灾的成因

皮带输送机主要由机架、输送带、滚筒、托辊、驱动装置等组成。皮带输送机发生火灾最常见的原因主要包括皮带打滑以及外界火源，其中外界火源往往可以通过合理的管控进行杜绝，但皮带打滑暂无有效手段可以完全避免。皮带打滑根据打滑位置分，又可分为托辊打滑及滚筒打滑。

3.1.1 托辊打滑

皮带输送机一般所处环境条件较差，长时间使用后，托辊轴承内很容易被物料粉尘侵入，进而导致轴承损坏卡死。皮带在托辊表面持续摩擦，使托辊积累大量的热量，托辊温度升至很高。皮带输送机停机后，皮带禁止不动，若此时托辊温度超过皮带或物料的燃点，皮带或物料便会被点燃，从而引发火灾。

托辊打滑引起的皮带输送机着火事故主要发生在停机之后，停机前皮带以额定速度运行，与高温托辊表面一擦而过，反而不太容易着火。

3.1.2 滚筒打滑

正常运行情况下，皮带相对于滚筒表面的滑差率一般不超过3%，超过此数据时，便会产生打滑现象。打滑现象若不能及时被发现，皮带与滚筒的打滑接触点便会不断摩擦升温。当温度升至皮带燃点时，滚筒便会点燃皮带，从而导致火灾。根据徐州矿务局试验站实验，皮带持续完全打滑40 min，滚筒表面温度就可以达到300 ℃左右，因此，滚筒打滑是极其危险的[1]。

3.2 火灾的特点

钢铁企业皮带通廊一旦发生火灾，往往具有以下两个特点。

1）发现不及时。皮带通廊区域大部分都属于无人值守区域，平时也仅有巡检人员进行定期巡检。发生火情时，很难被人发现。待现场人员察觉火情时，火灾往往已经出现轰燃现象，进入了充分发展阶段。

2）扑救难度大。皮带通廊往往长度很长、安装高度很高，发生火情后，救火人员从地面至火灾层所耗时间较长、扑救难度极大。

4 工程概况

某钢铁企业焦炉区域共有12 条供煤通廊 （13 条皮带）、10条供焦通廊（13 条皮带），供煤通廊尺寸详见表1，供焦通廊尺寸详见表2。通廊最高点为B204 与2#煤塔连接处，相对地面标高约56.00 m。

表1 供煤通廊尺寸表

表2 供焦通廊尺寸表

焦炉区域现有消防用水均采用稳高压消防给水系统，设计流量为120 L/s，系统压力≥0.7 MPa。稳高压消防给水系统管路在焦炉区域成环状布置，主管管径为DN250。

焦炉区域西南角设有消防泵房一座，供焦炉西侧煤场及筒仓消防用水。泵房内设有喷淋供水泵3 台（两用一备），单泵参数：流量Q=50 L/s，扬程H=110 m，功率N=90 kW。设有喷淋系统稳压装置1 套，包含稳压罐1 个，稳压泵2 台（一用一备），单泵参数：Q=5 L/s，H=126 m，N=15 kW。喷淋系统管路在煤场及筒仓区域成环状布置，主管管径为DN250。喷淋系统未设置高位消防水箱。

5 消防系统设计

根据“三同时”原则，皮带通廊进行封闭的同时，通廊就应设置相应的消防灭火系统。

焦炉封闭通廊内设置自动喷水灭火系统、灭火器系统、火灾自动报警系统，通廊外设置室外消火栓系统，通廊与转运站、生产性厂房连接洞口处设置防火分隔水幕系统[2]。

5.1 自动喷水灭火系统

自动喷水灭火系统是全世界公认的最有效、 最可靠的自动灭火设施之一，是应用最广泛、用量最大的自动灭火系统。国内外应用实践证明，该系统具有安全可靠、经济实用、灭火成功率高等优点[3]。

5.1.1 系统的选择

自动喷水灭火系统根据所使用洒水喷头的形式不同分为开式系统和闭式系统，其中闭式系统包括湿式系统、 干式系统、预作用系统、防护冷却系统等。开式系统包括雨淋系统、水幕系统等[4]。

预作用系统（不充气单连锁）、预作用系统（充气双连锁）、水喷雾系统、 雨淋系统及湿式系统均可用于封闭通廊的自动喷水灭火。上述灭火系统各有优缺点，详细对比见表3。

表3 自动喷水灭火系统方案对比

结合项目特点及封闭通廊的情况，以经济合理、对生产影响最小为原则，综合考虑上述优缺点，笔者建议封闭通廊内自动喷水灭火系统采用预作用系统（不充气单连锁）。

预作用系统（不充气单连锁）的自动控制方式：消防联动控制器处于自动状态下，当火灾报警系统接收到报警信号时，作为触发信号，消防联动控制器自动启动预作用装置的电磁阀，从而控制预作用装置的开启，同时自动启动消防泵，使预作用系统转变为湿式系统。当喷头受热爆破后，系统开始喷水灭火。

5.1.2 火灾危险性等级确定

GB 50084—2017 《自动喷水灭火系统设计规范》（以下简称《喷规》）附录A“设置场所火灾危险等级分类”中，并没有给出供煤和供焦通廊的火灾危险等级。

GB 50016—2014（2018 年版）《建筑设计防火规范》（以下简称《建规》）要求，“煤、焦炭的转运工段”的火灾危险性类别为丙类，煤和焦炭均属于可燃固体。结合《建规》要求并对照《喷规》附录A，可燃固体基本均归属于中危险Ⅱ级工业建筑类别，因此，笔者更倾向于封闭通廊区域火灾危险性等级采用中危险Ⅱ级。

5.1.3 系统设计

供煤及供焦封闭通廊火灾危险等级为中危险Ⅱ级，喷水强度为8 L/（min·m2），作用面积为160 m2，火灾延续时间为1 h，喷淋水量为40 L/s。设置12 套预作用装置（每个通廊对应1 套）、4 套消防水泵接合器（与水幕系统合用）。考虑到供煤及供焦通廊内环境温度的不同，供煤通廊（B 开头）内设置的喷头均选用68 ℃喷头，供焦通廊（D 开头）内设置的喷头均选用93 ℃喷头。

预作用系统采用取水制，水源取自焦炉区域西南角现有消防泵房喷淋环状管网，引入管采用两条DN250 管道，在焦炉区域内成环状布置。由于现有消防泵房所处的自动喷水灭火系统未设置高位消防水箱，结合现行规范要求，在焦炉通廊区域最高点2#煤塔屋顶（相对地面标高约61.50 m）增设高位消防水箱1 座，有效容积为18 m3。

5.2 防火分隔水幕系统

基于通廊火灾发展快、难扑灭的特点，为保证通廊两端的转运站及生产性厂房的消防安全，本工程在通廊与转运站及生产性厂房连接洞口处设置防火分隔水幕系统。

防火分隔水幕喷水强度为2.0 L/（s·m），火灾延续时间为1.5 h（同甲级防火门耐火极限要求），喷淋水量为40 L/s。设置10 套雨淋阀组（每个通廊对应1 套）、4 套消防水泵接合器（与预作用系统合用）。水幕系统采用取水制，水源取自焦炉区域新增DN250 自动喷水灭火系统环状管网。

5.3 火灾自动报警系统

火灾自动报警系统是火灾探测报警与消防联动控制系统的简称，是以实现火灾早期探测和报警、向各类消防设备发出控制信号并接收设备反馈信号，进而实现预定消防功能为基本任务的一种自动消防设施[5]。为了确保封闭通廊发生火灾时能及时准确地报警，保证预作用系统与防火分隔水幕系统的正常使用，合理选用火灾自动报警系统是很有必要的。

GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》中要求，预作用系统的报警信号应由 “同一报警区域内两只及以上独立的感烟火灾探测器或一只感烟火灾探测器与一只手动火灾报警按钮”提供[6]。考虑到封闭通廊在生产过程中会滞留大量粉尘，若采用感烟火灾探测器，后期运行时火灾自动报警系统误报率较高，因此，封闭通廊内火灾探测器建议采用感温型。

本工程在中控室内设置一套分布式光纤测温火灾自动报警系统，该系统主要设备有火灾自动报警主机柜、分布式光纤测温主机柜、配线机柜。在供煤、供焦所有皮带机两侧托辊侧新增分布式光纤火灾探测器，所有信号均送至中控室分布式光纤测温主机。

5.4 室外消火栓系统

室外消火栓主要用于供消防车从室外消防给水管网取水实施灭火，是配合消防人员灭火、提供水源的重要辅助设施[7]。

封闭通廊室外消火栓设计流量为40 L/s，火灾延续时间为3 h，一次灭火用水量为432 m3。现有室外消火栓系统的室外消火栓及管路布置均满足需求。

5.5 灭火器系统

灭火器是一种平时往往被人冷落，急需时大显身手的消防必备之物。其具有轻便灵活、操作简易的优点，着火时可手提或推拉至着火点附近，属于消防实战灭火过程中较为理想的第一线灭火装备[8]。

封闭通廊内按中危险级配置4 kg 手提式磷酸铵盐干粉灭火器，设置于落地式灭火器箱内。

6 设计难点与争议点

1）自动喷水灭火系统尽管具有良好的灭火、控火效果，扑灭火灾迅速及时，但同室内消火栓系统相比，工程造价高。因此，从节省投资的角度考虑，建构筑物选用室内消防灭火系统时往往优先采用室内消火栓系统。

结合通廊高度较高、长度较长的特点，考虑到对消防和生产人员安全的影响，封闭通廊发生火灾时，人员进入通廊采用消火栓系统灭火的可能性较小，因此，封闭通廊设置室内消火栓系统的作用并不大。本着“生命至上、安全第一”的原则，封闭通廊内采用自动喷水灭火系统是最安全、最合适的方案。

2）雨淋系统和预作用系统（单连锁）的配水管道充水时间不宜大于2 min，工程实际中一个报警阀控制的配水管道容积一般控制在1 500 L（以DN 150 计，长度约85 m）以内。

最长皮带（B203）约191 m，折合报警阀后的所有配水管道，总长约210 m（以DN150 计），折合容积约3 711 L，若按照经验数据布置，至少布置3 组报警阀组。本着经济合理的原则，对配水管道充水时间进行核算：t=3 711/40=92.775 s＜120 s，满足现行规范要求。因此，单个封闭通廊预作用系统均仅需设置一组预作用阀组。

7 结语

随着我国钢铁行业的不断发展，作为钢铁企业的重要转运枢纽，皮带通廊的数量始终在不断增长。为了实现国家2030年“碳达峰”、2060 年“碳中和”的目标，钢铁企业皮带通廊的封闭任务是刻不容缓的，但是在确保环保要求的同时，消防安全也是不容忽视的。消防灭火系统是消防安全的重要组成部分，以下几点总结可为封闭通廊各消防灭火系统的设计提供参考。

1）针对钢铁企业的封闭通廊，自动喷水灭火系统宜选用预作用系统（单连锁），当误喷对生产影响不大时，可选用湿式系统。

2）封闭通廊运输丙类可燃固体时，火灾危险等级宜取中危险Ⅱ级。

3）封闭通廊内火灾探测器建议采用感温型。考虑到误报率较高，不宜采用感烟型。

4）本着“生命至上、安全第一”的原则，封闭皮带通廊内不建议设置室内消火栓系统。如确需设置室内消火栓，可在通廊两端转运站内增设室内消火栓，以作为封闭通廊辅助灭火的设施。

5）计算管道充水时间时，1 500 L 的配水管道容积仅为经验数据，实际设计过程中往往发现1 500 L 容积偏小，若按此设计，往往设计冗余度过高。因此，在进行雨淋系统和预作用系统设计时，报警阀后配水管道充水时间需根据实际设计流量进行计算校核。