焦化厂火灾自动报警系统室外布线方式的设计与研究.pdf

13燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 11 月第 54 卷第 6 期焦化厂火灾自动报警系统室外布线方式的设计与研究李浩然1,2赵博1,2（1中冶焦耐（大连）工程技术有限公司，大连116085；2辽宁省低碳焦化专业技术创新中心，大连116085）摘要：介绍了国内焦化厂火灾自动报警系统室外布线的设计现状，对几个已建成的、在建的焦化工程火灾自动报警系统室外布线的方式进行了调查研究。结合国内、国外相关的设计规范与标准，提出了几种焦化厂火灾自动报警系统室外布线的设计方式。关键词：焦化厂；火灾报警；室外布线中图分类号：TN91文献标识码：A文章编号：1001-3709（2023）06-0013-05D e s i g n a n d s t u d y o n o u t d o o r w i r i n g o f a u t o ma t i c f i r e a l a r m s y s t e m i n c o k i n g p l a n tLi Haoran1,2Zhao Bo1,2（1.ACRE Coking&Refractory Engineering Consulting Corporation（Dalian），MCC，Dalian 116085，China；2.Low Carbon Coking&Chemical Professional Technology Innovation Center，Liaoning Province，Dalian 116085，China）A b s t r a c t:This paper introduces the outdoor wiring design of automatic fire alarm system in China by investigating some completed and under-constructed alarm systems in coking plants.Based on design codes and standards at home and abroad，several outdoor wiring design modes for automatic fire alarm system have been proposed.Ke y w o r d s:Coking plant；Fire alarm；Outdoor wiring收稿日期：2023-01-19作者简介：李浩然（1982-），男，高级工程师1 前言焦化厂在新建、扩建、改建时，根据建筑设计防火规范、钢铁冶金企业设计防火标准、石油化工企业设计防火标准等标准与规范的要求，通常需要设计火灾自动报警系统。在外部线路设计时，从技术角度有多种布线方式可供选择，例如：埋地敷设、架空敷设、电缆桥架敷设、电缆沟敷设等。但GB 501162013火灾自动报警系统设计规范布线章节要求：“火灾自动报警系统的供电线路和传输线路设置在室外时，应埋地敷设。”如果严格按此条文设计，在某些地质构造复杂的新建项目或地下现有管网较多的改扩建项目中，会遇到施工困难，施工成本增加等情况。本文根据国内、国外相关的设计规范与标准，结合近年来一些焦化工程实际情况，提出了几种焦化厂火灾自动报警系统室外布线的设计方式，试图找出安全、有效、经济的焦化厂火灾自动报警系统室外布线方式。火灾自动报警系统的室外布线在火灾自动报警系统设计规范发布以来一直遵循着埋地的设计方式。因不同地区地质条件不同以及新建项目和改扩建项目的地下管网条件不同，所采用的管线埋地方式大不相同。不同的埋地方式对工程的投资、施工难度、项目进度都会产生重要的影响。而从国外的设计标准来看，火灾自动报警系统的室外布线也并非只有埋地这一种方式。近年来随着国家产业政策的调整以及全球经济的复苏，一批国内外新建、改扩建的焦化项目大量启动，这些项目或即将设计、或正在施工、或已完成竣工验收。如何能够让14燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesNov.2023Vol.54 No.6设计既满足规范要求，同时又能够减少工程造价，降低施工难度，加快施工进度。希望通过对这些焦化项目中火灾自动报警系统的室外布线设计方式的研究能够为未来类似项目的设计提供参考与借鉴。2 室外布线方式及其优缺点2.1 直埋电缆敷设直埋电缆是按照GB 501162013火灾自动报警系统设计规范的要求，挖完直埋电缆沟后，在沟底铺细土或砂垫层，并清除沟内杂物，再敷设电缆。电缆敷设完毕后，要马上再填砂，还要在电缆上面盖1层砖或者混凝土板来保护电缆，然后回填的电缆敷设方式。直埋电缆的优点为：敷设方便，节省材料和人工，电缆散热好，用于火灾自动报警系统的线缆敷设安全性较高。缺点为：维护不方便，维护时需把覆盖物挖开；同一路由允许敷设的电缆根数不能超过4根，不适用于同路由大规模、大集群的室外电缆敷设；在改扩建项目中对现有地下管线影响较大；在某些地质构造较为复杂的新建项目中施工难度较大，例如坡度较大的山区、地质较为坚硬的花岗岩地区等。2.2 管道敷设管道敷设是预先将保护管埋地敷设好，再将电缆穿入管内的室外布线方式。管材可选用水泥管、钢管、聚氯乙烯管、栅格式塑料管、双壁波纹式塑料管、硅芯式塑料管、蜂窝式塑料管和多孔式塑料管等。管道敷设的优点为：受外力破坏影响小，占地少，能承受较大的荷重，电缆敷设不会相互影响，电缆施工简单，后期维护方便，适用于同路由大规模、大集群的室外电缆敷设，用于火灾自动报警系统的线缆敷设安全性较高。缺点是：土建成本高，不能直接转弯，需要借助人孔和手孔来实现，散热条件差等。与直埋电缆类似的是，管道敷设在某些地质构造较为复杂的新建项目时施工难度较大。2.3 电缆沟敷设电缆沟敷设是指将电缆敷设在预先砌好的电缆沟中的电缆安装方式。适用于地面载重负荷较轻的电缆线路，如人行道、工厂内的场地等。电缆沟敷设的优点类似于电缆排管敷设，且不需要入井，减少了投资，后期维护方便。缺点是盖板承压强度较差，不能使用在车行道上，且电缆沟离地面太近，易遭破坏，电缆沟内易淤积脏物、垃圾、杂物，后期维护成本较高。用作火灾自动报警系统的线缆敷设安全性较高，但不如直埋电缆及管道敷设，在某些地质构造较为复杂的新建项目中同样施工难度较大。2.4 电缆桥架敷设电缆桥架敷设是指电缆敷设在桥架内的敷设方式，按照GB 501162013火灾自动报警系统设计规范中布线章节的要求，电缆桥架应选用封闭槽式电缆桥架。虽然此条文在规范中只适用于室内布线，但作者认为通过足够的防护措施也可以用于室外布线，具体原因在下面阐述。电缆桥架敷设相较于前3种敷设方式的优点在于土建工程量小、无需长距离埋地，较适用于某些地质构造较为复杂的新建项目，维护方便。在工厂内纵横交错的综合管廊上安装电缆桥架工程造价低，适用于同路由大规模、大集群的室外电缆敷设，整洁美观。缺点是电缆桥架暴露在地面以上，易遭自然及人为破坏，后期维护成本较高。以上4种常见的布线方式中，为了满足GB 501162013火灾自动报警系统设计规范中布线章节的埋地要求，国内焦化厂火灾自动报警系统室外布线方式只能采用前三种方式。第四种方式可用于国外项目。在工程设计过程中，还应结合项目特点，综合地质条件、项目投资、施工难易程度等因素综合考虑。常见室外布线方式对比见表1。3 设计实例剖析本文着重研究了我国山西省某新建焦化项目、土耳其某新建焦化项目、拟在我国西南地区建设的某改建项目。这3个项目地处不同地区甚至是不同表火灾自动报警常见室外布线方式对比敷设方式优点缺点火灾报警室外布线适用性直埋电缆敷设敷设方便、电缆散热好、安全性高维护不便、不适用大集群电缆敷设国内、国外管道敷设受外力破坏影响小、占地少、承载力高、电缆无相互影响、维护方便土建成本高、不能直接转弯、散热差国内、国外电缆沟敷设受外力破坏影响小、占地少、承载力高、电缆无相互影响、维护方便、转弯方便盖板承载力差、易遭破坏、后期维护成本高国内、国外电缆桥架敷设土建工程量小、无需长距离埋地、工程造价低、适用大集群电缆敷设易遭人为破坏、后期维护成本高国外15燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 11 月第 54 卷第 6 期国家，在火灾自动报警系统的室外布线设计和施工过程中也出现了不同的问题和情况，具有一定的代表性。3.1 山西省某新建焦化项目本项目为新建项目，建设地点位于山西省运城市。项目地勘报告显示，本项目所在地土质较好，为黏土和密实的老填土，局部地点含地下水。在火灾自动报警系统外部线路设计时，结合GB 501162013火灾自动报警系统设计规范中布线章节要求、项目所在地土壤情况、项目整体投资、施工难易程度等设计条件，确定火灾自动报警系统的室外布线方式为管道敷设。设计采用的是多孔栅格管为主，局部路由为镀锌钢管的敷设方式。多孔栅格管材质为PVC工程塑料，管内栅格形成力学刚性结构，抗压强度高，能代替钢管安全穿越马路，具有阻燃、抗腐蚀、耐老化、使用寿命长等特点，用作主干线路的埋地管材时，占用地下空间较小。比较符合该项目的实际需要。在外部管线设计之初，首先要确定管线的路由，分析出哪些建筑物需要设计火灾自动报警系统，这些建筑物之间是否有室内的实体连接，比如通廊等。为了尽可能减少室外布线，有实体连接的建筑物之间的火灾报警设备应尽可能采取室内布线的方式，但这也取决于设备之间的电缆长度是否过长。如果为了避免室外布线，选择“绕路”的方式，采用沿通廊布线所产生的工程造价远大于采用室外埋地敷设所产生的工程造价，且室外埋地敷设的施工难度不大，建议采用室外埋地敷设的布线方式。所以在确定管线的路由阶段，应该从系统的拓扑结构、室内外敷设方式的工程造价、施工难度等综合考虑，确定室外路由的最佳方案。本项目所采用的是集中报警系统，设置1个全厂性的消防控制室，设置在全厂集中控制室的一层，单独设置，内置1台具有集中报警功能和消防联动功能的联动性火灾报警控制器。下设7台区域火灾报警控制器，分别设置在备煤缓冲仓机柜间、筛焦楼机柜间、1#与2#焦炉间台机柜间、3#与4#焦炉间台机柜间、35 kV变电站操作室、煤气净化2#机柜间和中心化验室。集中火灾报警控制器通过光缆与各自区域火灾报警控制器连接，因消防控制室至以上各建筑物之间无实体连接，因此需要采用室外布线的方式。此外，同路由的线路还包括消防电话线路、消防应急广播线路、消防联动设备的手动控制线路、消防炮灭火系统的信号线路和电源线路等。可以看出，消防控制室作为全厂最重要的消防设施，其所连接的线路也是最多的。本项目火灾自动报警系统从消防控制室引出的电缆总量为53根，这些线路从消防控制室出发，经埋地的多孔栅格管、镀锌钢管，去往全厂各建筑物。需要注意的是，根据05X101-2地下通信线缆敷设，多孔栅格管应尽量避免敷设在道路下方，管道顶部埋深通常为0.7 m，当与电车轨道交越时，埋深1.0 m；当与铁道交越时，埋深1.5 m。当塑料管道穿越马路时，应采用混凝土包封等保护措施。此外，当直线敷设的埋地管道距离超过150 m或需要转弯时应设置人孔或手孔。人（手）孔可采用砖砌体或钢筋混凝土结构。由于本项目所在地土质较好，人（手）孔采用的是砖砌体结构。进入人（手）孔处的管道基础顶部距人（手）孔基础顶部不小于0.4 m。管道顶部距人（手）孔盖板底的净距不得小于0.3 m。手孔可按预制件采购也可现场制作，制作可参照YD/T 51782017通信管道人孔和手孔图集第8687页，配件制作可参照第99113页。在项目实施过程中，由于设计的地下管线较多，为了保证不同功能的管线保持一定距离，不得不将几条管线敷设在道路下方。且由于施工单位缺乏经验，未对这几条管线的基础加固，也未进行混凝土包封等措施，导致在修路时，出现了多孔栅格管被压路机碾碎的现象，经过修改管线路由，基本上解决了这个问题。因此本文强调，在规划全厂埋地管线阶段，应进行管线汇总，如果不得不将管线布置在道路下方时，也应优先布置刚性强、抗压能力好的管线。本项目外部管线遍布备煤、炼焦、煤气净化、公辅等各个装置区，使用多孔栅格管10 850 m，镀锌钢管3 164 m，设置手孔98座、人孔5座。目前此项目火灾自动报警系统运行良好，已通过消防验收。3.2 土耳其某新建焦化项目本项目位于土耳其某钢铁公司厂区，位于土耳其共和国埃雷利市。根据项目招标文件的要求，本项目火灾自动报警系统的设计采用美国国家标准National Fire Alarm and Signaling CodeNFPA 72。在NFPA 72标准中，未查找到类似于GB 501162013火灾自动报警系统设计规范16燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesNov.2023Vol.54 No.6中布线章节“火灾自动报警系统的供电线路和传输线路设置在室外时，应埋地敷设”的要求。但在其27.6.3.1.2中有这样的描述“根据National Electrical Code 第三章的要求，所有的外部电线电缆应安装在刚性金属导管或美标穿线管内。另外，如果使用的所有弯头都是刚性或美标穿线管，则应允许在地下安装80号刚性非金属导管。”基于此描述，本项目的火灾自动报警系统的室外布线方式采用穿管的方式布置在综合管廊上方。本项目在煤塔控制室和化产综合电气操作室各设置1台火灾报警控制器，分别负责煤焦区域和化产区域的火灾自动报警系统信号的接收、处理和报警。2台火灾报警控制器通过光缆连接。在外部管线设计时，本项目尽可能利用综合管廊的路由，只是局部综合管廊未到达的区域采用了电缆穿钢管埋地的方式。本项目外部管线使用镀锌钢管4 860 m。由于埋地管线较少，该项目设计、施工难度均大幅降低，施工进度大幅加快，目前该项目正处于施工阶段。3.3 我国西南地区某焦化项目该焦化项目为改扩建项目，项目地点位于我国西南某地。项目地勘报告显示，地层自上而下为杂填土、黏性素填土、碎石填土、块石填土、粉质黏土、淤泥等，地下水稳定埋深为10.9112.06 m，勘探 深 度 范 围 内 未 见 到 地 下 水 位。为 了 满 足GB 501162013火灾自动报警系统设计规范中布线章节要求，确定火灾自动报警系统的室外布线方式为管道敷设。该项目所采用的依然是集中报警系统，设置1个全厂性的消防控制室，设置在全厂集中控制室的一层，单独设置，内置1台具有集中报警功能和消防联动功能的联动性火灾报警控制器。下设4台区域火灾报警控制器，分别设置在备煤转运站配电室、煤塔机柜间、煤气净化机柜间、煤气净化控制室。集中火灾报警控制器通过光缆与各自区域火灾报警控制器连接。其他线路路由、系统拓扑结构等均与山西省某新建项目相同。在项目开展过程中，业主曾经提出：有1条从全厂集中控制室的集中火灾报警控制器至煤气净化机柜间的路由经过了现有厂区，如按图施工采取埋地管道的敷设方式非常困难，希望设计院对这条路由重新设计。为尽快解决这个棘手的技术难题，确保项目按期投产，项目团队赶往项目所在地进行实地考察。在现场，团队在施工单位引导下来到了现有厂区的消防水泵房附近，施工单位介绍，从这里开始出发最终到达煤气净化机柜间的地面以下布满了管线，且目前正在使用，如果将火灾报警系统的管线埋地敷设，势必和现有管线发生碰撞，因此业主和施工单位主张将这一段电缆敷设在综合管廊的电缆桥架里。可这样不满足GB 501162013火灾自动报警系统设计规范中布线章节“火灾自动报警系统的供电线路和传输线路设置在室外时，应埋地敷设”的要求。这件事情的难点在于“埋地”。规范的条文解释是：“室外埋地敷设，主要考虑保障系统运行的稳定性。而采用埋地方式保障系统运行的稳定性，无非是在地下敷设管线受到外界的物理干扰较小，一旦发生火灾等情况，埋地的线路不会受到波及，能够保障火灾自动报警系统的稳定运行。顺着这个思路，经过了反复思考，找到了一种既满足规范要求，同时又不破坏现有地下管线的设计方案。具体设计方案如图1所示。混凝土盖板预埋角钢 L 50505（mm）PVC 排水管 DN32250 mm400 mm400 mm200 mm镀锌电缆桥架 GQJ-C-01A-10050图 1火灾自动报警系统设计方案这是一种建设在地面以上，将其称为“槽室”的结构。槽室的路由设置在现有厂区的人行道内侧的综合管廊下方，紧挨综合管廊基础敷设，平时无人、物等干扰。结构上，侧壁采用砖砌体或混凝土结构，槽室内单侧间隔2 m预埋用于支撑电缆桥架的角钢，上置槽式电缆桥架，用于敷设火灾报警系统的外部电缆或光缆，槽室上部用混凝土盖板密封。当需要穿越道路时槽室断开，在槽室与道路连接处设置手孔，将槽室内电缆引入地下穿管敷设，穿越道路后，再设置手孔将地下穿管敷设的电缆引入槽室。这种施工方案在现场得到了业主和施工单位的认可，既满足现场的施工条件，也符合了规范的要求。17燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 11 月第 54 卷第 6 期这种结构同样适用于其他不便于埋地敷设的厂区，比如云贵高原，工厂通常建设在丘陵地带，各单元平台之间有时存在十几米甚至几十米的高差。如果全程采用埋地敷设，需要将管线敷设在挡土墙内，既不便于施工，又会对挡土墙结构产生影响。另外，云贵高原石灰岩分布广泛，此类地质特征同样不利于开展埋地管线的施工。因此，可在同一单元标高变化不大的平台上采用埋地敷设，标高相差较大的平台之间采用槽室敷设的设计方案，或在土质较好的单元平台上采用埋地敷设，在岩石地貌的平台采用槽室敷设的设计方案。同山西省某新建项目相比，本项目规模较小，且场地布置比较紧凑，消防控制室距离各装置、单元较近，因此所产生的工程量也较小。本项目外部管线使用多孔栅格管994 m，镀锌钢管432 m，设计槽室510 m，设置手孔23座。目前此项目正在施工阶段。3.4 小结以上3个项目，山西省某新建焦化项目因地质条件较好，埋地管线施工的难度较小，但因项目规模较大，产生的工程量也相应加大，电缆、管材的投资占比较高。土耳其某新建项目整体规模较小，大量外部管线施工采用架空敷设，施工难度大大降低，电缆、管材的投资占比与施工安装工程量的投资相当。我国西南地区某焦化项目规模较小，但其为改扩建项目，预期埋地管线施工难度较大，后因提出“槽室”的设计方案，降低了施工难度。3个项目设计实例对比见表2。4 结论火灾自动报警系统室外布线方式，国内项目和国外项目有着本质区别，所遵循不同的标准可以导致设计方式的差异。（1）国内项目的火灾自动报警设计中，必须严格遵守GB 501162013火灾自动报警系统设计规范，而国外项目则需要根据项目招标文件或项目所在地的法律法规来研判应采用哪种合适的标准来设计。比如NFPA标准就没有室外布线埋地的要求，按此标准设计的项目应尽可能采用穿管架空的方式敷设。（2）要考虑项目的不同特点。如果是新建项目，火灾自动报警系统的室外布线以埋地敷设为主，并根据地质条件和电缆数量，因地制宜，差异化的选取穿管、直埋、电缆沟或其组合的方式。如果是改扩建项目或是项目所在地为丘陵地带，当埋地管线需要穿越现有厂区、敷设在挡土墙内或敷设在岩石地貌时，可以采取槽室埋地敷设的方式。甘李军编辑表设计实例对比项目名称火灾报警室外布线方式工程量山西省某新建焦化项目管道埋地敷设多孔栅格管10 850 m，镀锌钢管3 164 m，设置手孔 98 座、人孔 5 座土耳其某新建焦化项目综合管廊上方穿管敷设、穿管埋地敷设镀锌钢管 4 860 m我国西南地区某焦化项目槽室敷设、穿管埋地敷设多孔栅格管 994 m，镀锌钢管 432 m 槽室 510 m，手孔 23 座一种干熄焦炭冷却、增湿系统本实用新型涉及一种干熄焦炭冷却、增湿系统，包括带式输送机一、加湿溜槽、带式输送机二及焦炭加水装置；带式输送机一的尾部为干熄焦炭接收端，带式输送机一的头部通过加湿溜槽与带式输送机二的尾部相连，带式输送机二的头部为湿冷焦炭输出端；焦炭加水装置包括水泵、输水管道及多个喷嘴；水泵的一端连接水源，另一端通过输水管道连接沿干熄焦炭输送路径设于带式输送机一上方、加湿溜槽上方、带式输送机二上方的多个喷嘴。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：将干熄焦炭的加湿过程分解为冷却和增湿两个过程，从而在带式输送机运输过程中，更好地实现干熄焦炭的降温冷却和加水增湿目的；通过干熄焦炭冷却、增湿过程，有效实现固液分离、废气收集及处理，保证生产环境清洁环保；工艺及系统简单，操作方式灵活，实际应用价值高；特别适用于采用以干法熄焦的焦化企业，具有良好的应用前景。专利申请号：202120497612.1专利发明人：肖建生杨俊峰郑卫军等