高炉煤粉喷吹站消防水系统设计.pdf

经 验 交 流 高炉煤粉喷吹站消防水系统设计 王硕辉 1 韩志强 2 1． 中冶京诚工程技术有限公司， 北京 100176;2． 中冶建筑研究总院有限公司， 北京 100088 摘要 介绍了钢铁行业的高炉煤粉喷吹站消防水系统总的设计原则、 设计方法， 并针对某钢铁联合企业两座1 780 m3 高炉合建的煤粉喷吹站消防水系统设计的工程实例， 详细论述了高炉煤粉喷吹站消防水系统的选择方法、 组成部分、 主要参数的确定方法及控制方法。同时结合工程实践， 对高炉煤粉喷吹站消防水系统设计中常遇到的一些问题提出 了合理建议。 关键词 煤粉喷吹站; 消防设计; 工程实例 FIRE SYSTEM DESIGN OF BLAST FURNACE COAL POWDER INJECTION STATION Wang Shuohui1Han Zhiqiang2 1. Capital Engineering ＆ Research Incorporation Limited， MCC， Beijing 100176， China; 2. Central Research Institute of Building and Construction Co． ， Ltd，MCC，Beijing 100088， China AbstractIt is introduced that the general design principle and the design of the fire fighting system of blast furnace coal powder injection station for ironand steel industry． Aiming at a design of the fire fighting water system of a coal powder injection station for two 1 780 m3blast furnaces，it is discussed in detail the choice ，constituent， of determining the main parameter，and control of the system． Combining with the engineering practice in the meantime， it is also put forward some reasonable suggestions on the fire fighting system of blast furnace coal powder injection station． Keywordscoal powder injection station;fire design;case history 煤粉制备喷吹站作为高炉炼铁工程不可或缺的 建筑物之一， 几乎存在于每一个钢铁企业之中， 其生 产类别为乙类， 既具有可燃性， 又具有爆炸性， 因此本 建筑物消防设计不可小觑。本文结合某高炉工程喷 煤车间， 详细介绍了其中的消防水系统设计。 1某工程煤粉喷吹站消防水系统设计 1. 1概况 本工程为两座 1 780 m3高炉炼铁工程， 设计年 产铁水 300 万 t。配套煤粉喷吹站 1 座， 为地上式， 喷 煤车间建筑高度 30 m， 体积22 290 m3， 耐火等级为二 级， 生产类别为乙类。 消防用水通过两根引入管接自厂区生产消防给 水管道， 生产消防给水管道为环状管网， 供水压力 0. 30 MPa， 可保证消防水量。 1. 2系统选择 GB 165432008高炉喷吹烟煤系统防爆安全 规程 5. 6. 5 中明确规定 “厂房内应设水雾式灭火系 统或蒸汽 灭 火系 统， 禁止 采 用 喷 射 水 柱 的 灭 火 方 式” 。本工 程 经 过 可 行 性 及 技 术 经 济 比 较， 根 据 GB 500162006建筑设计防火规范 及 GB 50414 2007钢铁冶金企业设计防火规范 的相关规定， 确 定本工程室外消防采用消火栓低压系统， 室内消防采 用消火栓式临时高压系统， 其中室内消防的水枪采用 直流喷雾式水枪。 1. 3系统组成 煤粉喷吹站区域的消防系统主要包括 室外消火 栓系统， 室内消火栓系统， 室内消火栓供水系统及室 内消火栓稳压系统。 1. 3. 1室外消火栓系统 煤粉 喷 吹 站 车 间 体 积 22 290 m3，符 合 GB 500162006 中 8. 2. 2 规定 “耐火等级二级， 建筑物 类别乙类， 建筑物体积20 000 m3＜ V≤50 000 m3时， 室外消火栓用水量为30 L/s” ， 确定本煤粉喷吹站室 外消火栓用水量为30 L/s。 121 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 1. 3. 2室内消火栓系统 煤 粉 喷 吹 站 车 间 建 筑 高 度 30 m，符 合 GB 500162006 中 8. 4. 1 规定 “厂房高度 24 m ＜ h≤50 m 时， 室内消火栓消防水量为25 L/s” ， 确定本煤粉喷 吹站室内消火栓用水量为 25L/s， 同时使用水枪数为 5 个， 并保证每层有 2 个消火栓可同时到达 1 个着火 点。水枪采用直流喷雾式水枪。 1. 3. 3室内消火栓供水系统 消防给水系统通常分为 常高压、 临时高压和低 压三类。钢铁企业的厂区消防管网一般为低压供水， 即满足室外消火栓和低层建筑物消火栓的消防用水， 如遇特殊要求， 用户则采用临时高压消防系统。GB 500162006 中 8. 1. 3 条文解释规定 “临时高压消 防给水系统是指在给水管道内平时水压不高， 其水压 和流量不能满足 最不利 点 的 灭 火 需 要， 在 水 泵 站 房 内设有消防水泵， 当接到火警时， 启动消防水泵 使管网内的压力达到高压给水系统水压要求的给水 系统”。 由于煤粉喷吹站车间高度 30 m， 水枪出水压力 要求满足0. 4 MPa， 室外管网0. 3 MPa的压力无法满 足室内最不利点的消防压力要求。因此采用临时高 压消防系统。 消火栓供水系统配套有 消防水泵、 电控柜、 仪 表、 管道附件等组件。 1. 3. 4室内消火栓稳压系统 根据 GB 500162006 中 8. 4. 4 规定“设置临 时高压给水系统的建筑物应设置消防水箱 包括气 压水罐、 水塔、 分区给水系统的分区水箱 ” ，“消防 水箱应储存 10min 的消防用水量。当室内消防用水 量≤25 L/s， 经计算消防水箱所需消防储水量 ＞ 12 m3时， 仍可采用 12 m3” 。本煤粉喷吹站高度 30 m， 屋 顶没空间设置水塔， 另建水塔则由于高度太高并不经 济， 因此采用气压水罐式消防水箱。经计算， 气压水 罐式消防水箱的有效容积为 12 m3。 气压水罐式消防水箱应配套有 气压水罐、 稳压 水泵、 电控柜、 仪表、 管道附件等组件。气压水罐分为 补气式气压水罐和隔膜式气压水罐两种。隔膜式气 压水罐由于气水不相接触， 杜绝了气的溶解和溢出， 从而使气体损耗量大为减少， 一次充气可长期使用。 隔膜式气压水罐消防增压稳压设备适用于多层和高 层建筑工程有增压要求的消火栓给水系统及湿式自 动喷水灭火系统等各类消防给水系统。因此本煤粉 喷吹站采用隔膜式气压水罐 以下称为稳压罐 及配 套消防稳压系统。 煤粉喷吹站消防系统工艺流程见图 1 不含消火 栓布置 。 图 1消防系统工艺流程 1. 4主要参数的确定 1. 4. 1室外消火栓系统 煤粉喷吹站室外消防采用低压消防系统， 由厂区 生产消防给水管网供给， 供水压力0. 3 MPa， 消防用 水量为30 L/s。设计室外消火栓 3 个， 地上式， 每个 消火栓供水量 10 ～ 15 L/s， 消防时， 消防车从室外消 221 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 火栓抽水灭火。 1. 4. 2室内消火栓系统 煤粉喷吹站室内消防采用临时高压消防系统， 由 消防 泵 房 供 水， 供 水 压 力0. 7 MPa， 消 防 用 水 量 为 25 L/s， 设计室内消火栓 25 个。消火栓 箱 要求配 带直流喷雾水枪， 并带就地启泵按钮。 1. 4. 3室内消火栓供水系统 根据煤粉制备喷吹安全规程， 车间消防水枪应采 用直流喷雾水枪， 水枪出口压力要求≥0. 40 MPa， 最 不利点消火栓高度30 m， 供水管道系统损失15 m， 水 泵背压0. 30MPa， 消防主泵设 2 台， 1 用 1 备， 流量为 25 L/s， 扬程为55 m。 1. 4. 4室内消火栓稳压系统 1 稳压罐。根据 GB 500162006 要求， 临时高 压给水系统的建筑物应设置消防水箱 包括气压水 罐、 水塔、 分区给水系统的分区水箱 。煤粉喷吹站 采用气压水罐， 贮存 10 min 的消防水量， 总有效水容 积为12 m3。考虑到稳压罐运输、 制造等因素， 设计采 用两个单罐有效水容积为 6m3的隔膜式稳压罐。单 罐有效容积为6 m3， 总容积为20 m3。 2 稳压泵。 ①最高工作压力 P2见式 1 。 P2 P1 0. 098 1 － βV x V － 0. 098 1 式中P2 最高工作压力， 即消防水泵的启动压 力， MPa; P1 最低工作压力， MPa; Vx 消防水贮水容积， m3; V 气压水罐总容积， m3; β 气压水罐的容积系数， 取 β 1. 05。 已知煤粉喷吹站 P1 0. 7 MPa， β 1. 05， Vx 6 m3， V 20 m3， 则 P2 1. 067 MPa。 ②稳压泵启动压力 Ps1 Ps1 P2 0. 02 2 煤粉喷吹站中增压泵启动压力为Ps1 1. 087 MPa。 ③稳压泵停止压力 Ps2 Ps2 Ps1 0. 05 3 煤粉喷吹站增压泵停止压力为Ps2 1. 137 MPa。 ④稳压水泵的扬程 P3 P3 Ps1 Ps2 2 4 因 此， 煤 粉 喷 吹 站 中 P3 1. 112 MPa ≈ 1. 11 MPa。 因稳 压 泵 从 管 网 直 接 吸 水， 水 泵 备 压 为 0. 3 MPa， 所 以 消 防 稳 压 泵 扬 程 为 0. 81 MPa， 流 量 取 5 L/s。稳压泵设 2 台， 1 用 1 备。 1. 5系统控制 正常情况下， 消防稳压泵用于补充临时高压系统 管网中的跑冒滴漏， 即管网压力达1. 09 MPa时稳压泵 开启， 1. 14 MPa时稳压泵停止。消防时， 一旦管网压 力降至1. 07 MPa， 消防主泵开启， 同时稳压泵停泵。 车间内消火栓设启泵按钮， 消防时可直接启动消防 主泵。 2设计注意事项 1 钢铁厂往往能提供较为稳定的消防水源， 消 防泵、 稳压泵可考虑直接从厂区消防管网吸水。优点 为 一是节省了水池的投资费及后期的维护费; 二是 降低了设备能力， 从而节省运行费用。如果厂区消防 水源不稳定， 仍建议采用消防水池， 储水容积应满足 GB 500162006 的相关规定。 2 临时高压系统的消防水贮水容积应严格按照 GB 500162006， 即满足火灾初期 10 min 的消防水 量， 确保火灾初期消防水泵启动前系统有足够的水量 和水压满足消防要求。 3 在北方， 车间消防水管网应考虑冬季防冻措 施。可利用钢铁厂的富余蒸汽作为热源进行伴热， 当 热源取用不便时， 也可采用电伴热。 4 系统不建议采用干式灭火系统， 因其消防的 安全性受到排气阀等诸多设备质量因素的制约， 可靠 性不及本系统。 5 喷煤车间空气中含尘量大， 为有效灭火， 消防 水枪宜采用直流喷雾水枪。之所以不采用自动喷水 灭火系统， 是由于喷煤车间多数是敞开结构， 火灾探 测器无法准确探测火情。因此采用消火栓系统。 6 喷煤车间每层平台的消火栓设计， 应保证两 个消火栓同时到达一点， 消火栓尽量设于楼梯口附近 或便于操作的地方。 7 泵房取水如直接接自厂区给水管网， 应为两 路， 并有独立阀门控制， 以保证一路供水出现问题时， 另一路仍能保证 100 的消防供水量。 8 泵房消防供水设计应为环状管网， 并有独立 321 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 阀门控制。 9 消防系统巡检问题 ①常规的巡检 常规设计是在消防出水供水总管 上引出一根试水管道， 并在试水管道上装设电动阀 门。电动阀门便于远程操作。试水管道的回水应尽 可能回用， 比如排入净循环水或浊循环水系统作为系 统补充水， 以满足钢铁行业用水的节能环保要求。 ②低频巡检 为操作更加人性化， 现在不少稳压系 统供货厂家将巡检装置改为低频巡检， 即电机在低频 状态下运行。有些可做到低频不出水， 有些低频运行 出少量水。低频不出水的弊端是只能监测电机， 但不 能保证消防供水管路畅通。低频出水的优点是通过消 防供水管路上设置流量监测仪表， 在监测电机的同时 也能保证供水管路的畅通， 但相对来讲造价要高。 具体采用常规的巡检模式还是低频巡检模式， 还 要求设计人员根据工程的实际情况区别采用。 参考文献 ［1］GB 500162006 建筑设计防火规范［S］． ［2］GB 504142007 钢铁冶金企业设计防火规范［S］． ［3］GB 165432008 高炉喷吹烟煤系统防爆安全规程［S］． ［4］CECS76 95气压给水设计规范［S］． ［5］2004CPXY全国民用建筑工程设计技术措施 建筑产品选 用技术 给排水部分 ［S］． ［6］王苓． 高炉水冷却工艺的技术比较和经济分析［J］． 环境工程， 2008， 26 6 71- 73． ［7］程铁华． 灭火造成的环境污染及细水雾技术的优越性［J］． 环 境工程， 2010， 28 增刊 56- 58． ［8］赵钢． 火灾环境影响及防治对策研究［J］． 环境工程， 2008， 26 增刊 328- 331． ［9］吉永业． 太钢 1 800 m3高炉喷煤系统设计及运行［J］． 山西冶 金， 2009 5 36- 38． ［ 10］蔡保旺， 祁海龙， 王伟斌， 等． 承钢高炉喷煤系统二次改造［J］． 承钢技术， 2005 3 3- 5． 作者通信处王硕辉100176北京市亦庄经济技术开发区建安街 7 号中冶京诚工程技术有限公司 动力与水资源工程技术所 2011 － 02 － 15 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 6 页 于15 000 mg/L时， 膜通量加速下降。 4结论 与活性污泥工艺相比， 移动床生物膜工艺产生的 污泥量较少， 可与滤膜组合。在采用膜生物膜工艺处 理含盐的羧甲基纤维素生产废水中， 通过较长的水力 停留时间 5 ～ 15 d 和较低的 COD 有机负荷 平均 1. 6 kg/ m3d 左右 ， 生物膜池表现出极佳的盐耐 受性和降解效率， 而浸没式中空纤维膜元件也表现出 稳定的固液分离效率。甚至在废水氯离子质量浓度 大于35 000 mg/L和 COD 质量浓度大于15 000 mg/L 的极端条件下， 整个处理系统仍能保持理想的处理效 率和出水水质。但在驯化阶段需要避免盐度冲击， 因 为此时的生化降解系统较为脆弱。另外， 废水中的盐 度可能会加速膜污染的进程， 因此必需保证气水反洗 系统的正常运转; 当膜污染程度进一步加重， 可能影 响出水水质时， 需及时进行化学清洗。 参考文献 ［1］张庆华， 毛在砂， 杨超， 等． MBR 工艺处理含盐污水的试验研究 ［J］． 中国给水排水， 2008， 24 3 5- 8． ［2］Pierre Le-Clech， Vicki Chen， Tony A G F． Fouling in membrane bioreactors used in wastewater treatment［J］． Journal of Membrane Science， 2006， 284 17- 53． ［3］陈霞， 王三反， 葛敬， 等． BMBR 工艺试验研究及参数确定［J］． 环境工程， 2009， 27 1 33- 36． 作者通信处裴烨青201620上海市松口区人民北路 2999 号东华 大学环境学院楼 4163 室 E- mailreinhard mail． dhu． edu． cn 2010 － 11 － 30 收稿 421 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期