大型钢铁冶金企业焦化工程消防给水设计若干问题探讨.pdf

2024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER大型钢铁冶金企业焦化工程消防给水设计若干问题探讨林女玉1，2，陈志剑1，2（1.中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 400013；2.重庆市城镇污水处理工程技术研究中心，重庆400045）【摘要】现代大型钢铁冶金企业焦化工程主要由备煤系统、炼焦设施、干熄焦设施、焦处理系统、煤气净化系统等生产设施和辅助生产设施组成，在生产过程中使用的原料、燃料及其贮存、输送、生产多为可燃、易燃、易爆物，发生火灾的可能性和发生火灾后的破坏性大，消防给水系统是焦化工程消防设计的重要环节，尤其应受重视。对焦化工程消防给水系统的若干实际问题进行探讨，并提出一些建议和看法，有助于优化焦化工程消防给水设计。【关键词】焦化工程；消防设计；消防给水系统【中图分类号】TU998 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2024）02-0052-04 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Discussion on Some Problems of Fire-Fighting Water Supply Design of Coking Project for Large Iron and Steel Metallurgy EnterprisesLIN Nvyu1,2，CHEN Zhijian1,2(1.CISDI Engineering and Technology Co.Ltd.,Chongqing 400013;2.Chongqing Municipal Wastewater Treatment Res.&Eng.Center,Chongqing 400045,China)【Abstract】The coking project of modern large-scale iron and steel metallurgical enterprises mainly consists of coal preparation system,coking facilities,dry quenching facilities,coke treatment system,gas purification system and other production facilities and auxiliary production facilities.The raw materials,fuels and their storage,transportation and production used in the production process are mostly combustible,flammable and explosive materials,and the possibility of fire accidents and the destructiveness after fire are large,therefore,as an important part of the fire-fighting design of coking project,the fire-fighting water supply system should be especially emphasized.Several practical problems of fire-fighting water supply system in coking engineering are discussed and some suggestions and opinions are made,which can help to optimize the design of fire-fighting water supply in coking engineering.【Keywords】coking and chemical engineering;fire-fighting design;fire-fighting water supply system1 概述现代大型钢铁冶金企业焦化工程主要由备煤系统、炼焦设施、干熄焦设施、焦处理系统、煤气净化系统等生产设施和公用辅助生产设施组成，在生产过程中使用的原料、燃料及其贮存、输送、生产等环节危险等级高，多为可燃、易燃、易爆物。主要的危险源有焦油、氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔、硫磺、煤尘等，在静电、明火、雷电、电气火花等爆炸因素诱发下，发生火灾的可能性和发生火灾后的破坏性大，应受到重视，火灾危险性、危险物质量、生产性质、操作管理水平以及环境状况等都是应关注的事项。2 设计条件焦化工程消防给水系统主要由室内消火栓、室外消火栓、自动喷淋灭火、泡沫灭火和蒸汽灭火等组成，结合焦化工程生产和运输过程的火灾爆炸危险品特性、建（构）筑物内爆炸和火灾环境危险区域、建筑物火灾危险类别详述如下。2.1 危险品特征（1）煤气焦炉煤气为甲类可燃气体，属T1IIB级。其燃爆极限（混合比）为4%40%，爆炸危险度为10左右，自燃点为560。（2）氨氨气为乙类可燃气体，具燃炸性。其爆炸极限为 15%28%，爆炸危险度为 1.9 左右，自燃点为630。（3）焦油焦油为丙类可燃液体，闪点为100，自燃点为580。（4）粗苯（轻油）粗苯为甲类可燃液体苯、甲苯等物质组成的混合物，其中可燃物质闪点一般在-15120 之间，苯、甲苯危险性较大，爆炸危险度为6.7左右。（5）洗油洗油为丙类可燃液体，闪点为100，自燃点为580 630。焦化生产过程中的可燃气体或可燃液体爆炸性混合物特性详见表1。生产过程中的可燃性粉尘特性详见表2。2.2 建筑物特征焦化火灾危险性类别为甲类的建（构）筑物有鼓风机室和酸碱油库的苯类产品存储区域，火灾危险性类别为乙类的建（构）筑物有冷凝泵房和终冷洗苯的粗苯回流泵房等。煤气精制综合电气室、轻油蒸馏电气室、循环水综合电气室、槽罐区电气室、转运站、混合机室、煤塔贮配煤室、综合仓库的生产火灾危险类别为丙类，其余各建筑物的生产火灾危险性类别为丁、戊类。以某大型钢铁冶金企业焦化工程为例，年产干全焦约300万t，主要产品有焦炭、焦炉煤气、焦油、粗苯、硫铵等。各建（构）筑物的耐火等级均为二级，焦化工程主要建筑物的使用性质、结构类型、火灾危险类别及采用的消火栓水量详见表3。3 消防给水3.1 水源消防给水及消火栓系统技术规范（GB 509742014）对消防水源做出规定，市政给水、消防水池、天然水源等可作为消防水源，并宜采用市政给水1。根据 钢铁冶金企业设计防火标准（GB 504142018）要求，钢铁冶金企业消防用水应统一规划，水源应有可靠保证2。同时从消防管理和一次投资的角度，消防用水和给水管网应统一规划、合并设计。根据焦化工程的火灾危险性类别和危险品特征，可考虑单独建设消防水池和给水管网。3.2 给水形式根据生产和储存物品的火灾危险性类别，煤气表1 可燃气体或可燃液体爆炸性混合物特性表2 可燃性粉尘特性表522024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER2 设计条件焦化工程消防给水系统主要由室内消火栓、室外消火栓、自动喷淋灭火、泡沫灭火和蒸汽灭火等组成，结合焦化工程生产和运输过程的火灾爆炸危险品特性、建（构）筑物内爆炸和火灾环境危险区域、建筑物火灾危险类别详述如下。2.1 危险品特征（1）煤气焦炉煤气为甲类可燃气体，属T1IIB级。其燃爆极限（混合比）为4%40%，爆炸危险度为10左右，自燃点为560。（2）氨氨气为乙类可燃气体，具燃炸性。其爆炸极限为 15%28%，爆炸危险度为 1.9 左右，自燃点为630。（3）焦油焦油为丙类可燃液体，闪点为100，自燃点为580。（4）粗苯（轻油）粗苯为甲类可燃液体苯、甲苯等物质组成的混合物，其中可燃物质闪点一般在-15120 之间，苯、甲苯危险性较大，爆炸危险度为6.7左右。（5）洗油洗油为丙类可燃液体，闪点为100，自燃点为580 630。焦化生产过程中的可燃气体或可燃液体爆炸性混合物特性详见表1。生产过程中的可燃性粉尘特性详见表2。2.2 建筑物特征焦化火灾危险性类别为甲类的建（构）筑物有鼓风机室和酸碱油库的苯类产品存储区域，火灾危险性类别为乙类的建（构）筑物有冷凝泵房和终冷洗苯的粗苯回流泵房等。煤气精制综合电气室、轻油蒸馏电气室、循环水综合电气室、槽罐区电气室、转运站、混合机室、煤塔贮配煤室、综合仓库的生产火灾危险类别为丙类，其余各建筑物的生产火灾危险性类别为丁、戊类。以某大型钢铁冶金企业焦化工程为例，年产干全焦约300万t，主要产品有焦炭、焦炉煤气、焦油、粗苯、硫铵等。各建（构）筑物的耐火等级均为二级，焦化工程主要建筑物的使用性质、结构类型、火灾危险类别及采用的消火栓水量详见表3。3 消防给水3.1 水源消防给水及消火栓系统技术规范（GB 509742014）对消防水源做出规定，市政给水、消防水池、天然水源等可作为消防水源，并宜采用市政给水1。根据 钢铁冶金企业设计防火标准（GB 504142018）要求，钢铁冶金企业消防用水应统一规划，水源应有可靠保证2。同时从消防管理和一次投资的角度，消防用水和给水管网应统一规划、合并设计。根据焦化工程的火灾危险性类别和危险品特征，可考虑单独建设消防水池和给水管网。3.2 给水形式根据生产和储存物品的火灾危险性类别，煤气表1 可燃气体或可燃液体爆炸性混合物特性火灾、爆炸危险物品焦炉煤气氨焦油粗苯洗油级别BA-A-引燃温度组别T1T1-T1-危险特征爆炸下限/%4.015.0-1.2-爆炸上限/%40.028.0-8.0-闪点/-气态100-15120100引燃温度/560651-535-自燃点/560630580-580630相对密度0.40.50.6-表2 可燃性粉尘特性表名称煤焦炭高温表面沉积粉尘(5 mm厚)的引燃温度/C280430粉尘云的引燃温度/C580610750爆炸下限浓度/(g/m3)34473750粉尘平均粒径/m51045532024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER鼓风机室、脱硫平台及催化剂室、炼焦综合电气室、筛分及粉碎机室、贮配煤室、煤塔等建筑物设置了室内消火栓系统和室外消防栓系统。根据 建筑设计防火规范（GB 500162014），高层乙、丙类厂房应设自动灭火系统，宜采用自动喷水灭火系统3。根据 石油化工企业设计防火规范（GB 501602008），粗苯闪点小于90，应采用固定泡沫灭火系统。采用人工确认火灾地点后，人工手动打开阀门向失火罐供水灭火4。以某大型钢铁冶金企业焦化工程为例，年产干全焦约300万t，主要产品有焦炭、焦炉煤气、焦油、粗苯、硫铵等。根据各建（构）筑物及生产、储运物质特性，统计汇总了各类消防给水形式的设计参数，详见表4。3.3 管网设计消防给水系统按管网水压分为高压消防给水系统、临时高压消防给水系统和低压消防给水系统。高压消防给水系统管网内能够维持足够高的压力，不论火灾是否发生，管网所需水压来源的水泵均处于运行状态。室外灭火时不需要使用消防车或其他移动式消防水泵加压，从消火栓直接接出表4 主要消防给水形式设计参数统计表生产单元转运站混合机室筛分及粉碎机室贮配煤室煤塔煤气鼓风机室炼焦综合电气室综合仓库粗苯储罐焦油储罐油库单元室外消火栓/(L/s)2520304535303025-室内消火栓/(L/s)2515203040202020-持续时间/min180180180180180180180180120180-自动喷淋水/消防冷却水/(L/s)-80-138持续时间/min-60-360泡沫供给强度/L/（min)-66-持续时间/min-4560-表3 主要建筑物的建筑面积、火灾危险类别及消火栓统计表建筑物名称转运站混合机室筛分及粉碎机室贮配煤室煤塔煤气鼓风机室脱硫平台及催化剂室炼焦综合电气室粉碎机室变电所综合仓库生产类别丙丙丙丙丙甲乙丙丙丙层数3232、4621314建筑面积/m21 4005003 4007 2303 30026001504 2001402 400建筑高度/m15.013.523.036.559.418.56.015.65.018.0耐火等级二二二二二二二二二二室外消火栓/(L/s)25203045353015301525室内消火栓/(L/s)25152030402010201020持续时间/min180180180180180180180180180180542024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER水带、水枪就能灭火。采用这种给水系统时，其管网内的压力应使水枪的充实水柱不小于10 m，要求水枪布置在保护范围内任何建筑物的最高处，且生产用水量和消防用水量达到最大。根据 石油化工企业设计防火规范（GB 501602008）规定，大型石油化工企业的工艺装置区、罐区等应设独立的稳高压消防给水系统，其压力宜为0.71.2 MPa。稳高压消防系统由消防水泵房、消防水池、稳高压消防管网等组成。消防给水管道的材质选择和连接方式根据使用位置来确定。埋地管道根据系统工作压力大小可选用球墨铸铁、钢丝网骨架塑料复合管、加厚钢管或无缝钢管。钢管的连接宜采用沟槽连接件和法兰，钢丝网骨架塑料复合管应采用可靠的电熔连接或机械连接。室内外架空管道根据系统工作压力大小可选用热浸锌镀锌钢管、热浸镀锌加厚钢管或热浸镀锌无缝钢管，宜采用沟槽连接件、螺纹、法兰、卡压等方式连接，不宜采用焊接连接。不论是埋地管道，还是室内外架空管道，规范都不建议采用焊接连接方式，但是规范的条文解释说明了室内架空管道的连接不宜采用焊接的原因。在确保施工安全措施到位的情况下，埋地管道和室外明设消防管道可考虑采用焊接连接，特别是管网系统较大的情况下，有利于施工组织，可以提高施工效率，并能更好地保证施工质量。3.4 消防站根据 石油化工企业设计防火规范（GB 501602008），大中型石油化工企业应设消防站，考虑到被保护对象的性质，配备消防车辆的车型以大型泡沫消防车为主。钢铁冶金企业设计防火标准（GB 504142018）规定年产 1 000 万 t以上的特大型钢铁冶金企业应当建立消防站。大型钢铁冶金企业可根据焦化工程的规模，考虑建设企业内部消防站，满足钢铁企业自主扑救、控制初期火灾的救援能力需求。若钢铁冶金企业未设消防站，应考虑与邻近消防站加强信息互通，在消防管理上统一考虑，必要时可将企业的消防控制系统接入城市消防监控中心。3.5 蒸汽灭火系统大型钢铁冶金企业有完备的蒸汽管网系统，工艺装置设置固定式或半固定式蒸汽灭火系统，简单易行，且初期灭火系统效果良好。冯书辉等人5介绍了在粗苯蒸馏系统设置蒸汽灭火系统，有着很好的推广应用意义。4 结论（1）大型钢铁冶金企业焦化工程可考虑独立的消防水源。（2）考虑到焦化单元消防用水量大、消防系统用水压力较高（宜为0.71.2 MPa），可考虑在焦化单元单独设计消防给水系统。（3）初期火灾的扑救尤为重要，大型钢铁冶金企业应考虑消防站的建设。消防救援应起到保护人民群众生命安全和企业财产安全的作用，消防灭火及防护应以自动灭火系统为主。（4）焦化工程的原料、半成品、产成品火灾危险等级高，火灾与爆炸是生产过程中的最大威胁。努力做好消防管理与协调工作，加强消防管理是减少火灾事故的强力抓手。此外，应加强消防设施及设备的维修与维护，使其充分发挥作用，应做好消防安全检查的常态化管理和应急演练的策划和执行工作。参 考 文 献 1 中华人民共和国公安部.消防给水及消火栓系统技术规范：GB509742014S.北京：中国计划出版社，2014.2 中国冶金建设协会，中华人民共和国公安部.钢铁冶金企业设计防火标准：GB504142018 S.北京：中国计划出版社，2018.3 中华人民共和国公安部.建筑设计防火规范：GB500162014 S.北京：中国计划出版社，2018.4 中国石油化工总公司.石油化工企业设计防火规范：GB501602008 S,北京：中国计划出版社，2009.5 冯书辉，刘刚，段宗舰.自动蒸汽消防装置在粗苯蒸馏系统中的应用J.云南化工，2006（12）：32-34.收稿日期：2022-12-20收修日期：2024-02-02作者简介：林女玉（1982-），女，硕士，正高级工程师，主任设计师，主要从事冶金行业水处理设计、咨询工作。55