淺談國外水泥廠消火栓系統(tǒng)的設(shè)計

秦江江，王洲亞

1 工程概述

近年來，我公司在阿聯(lián)酋、阿曼、敘利亞、土耳其、安哥拉、津巴布韋、阿根廷等國家承建的水泥生產(chǎn)線和水泥粉磨站項目，業(yè)主一般會聘請專業(yè)的咨詢公司對項目的工程設(shè)計進行審查，除少數(shù)業(yè)主同意按中國標準設(shè)計廠區(qū)的消防系統(tǒng)外，大部分業(yè)主在招標文件中均明確要求按照美國消防協(xié)會標準（以下簡稱“NFPA 標準”）進行消防系統(tǒng)的設(shè)計。NFPA 標準得到了很多國家的認可，我國在制訂相關(guān)的消防規(guī)范時也將NFPA 標準列為重要的參考資料。

消火栓系統(tǒng)作為水泥廠消防系統(tǒng)的組成部分，是重要的滅火工具。本文以我公司承建的阿根廷某水泥廠5 800t/d水泥熟料生產(chǎn)線二線的消防設(shè)計為例，詳細比較國內(nèi)外水泥廠消火栓系統(tǒng)的設(shè)計差異。該項目位于阿根廷布宜諾斯艾利斯省，由當?shù)爻邪特撠熛缊D紙的本土化轉(zhuǎn)換及消防系統(tǒng)的施工工作。

2 消火栓系統(tǒng)選擇

2.1 NFPA標準規(guī)定

根 據(jù) NFPA 14-2019Standard for the Installation of Standpipe and Hose Systems（以下簡稱“NFPA 14-2019”）第 3.3.20 條、第 5.4.1 條、第 5.4.2條中的規(guī)定，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)分為全自動干式系統(tǒng)、全自動濕式系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓和自噴組合系統(tǒng)、手動干式系統(tǒng)、手動濕式系統(tǒng)、半自動干式系統(tǒng)和濕式系統(tǒng)。濕式消火栓系統(tǒng)與干式消火栓系統(tǒng)相比，省去了充水時間，能夠迅速出水，有利于撲滅火災(zāi)，非寒冷地區(qū)的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)應(yīng)采用全自動濕式系統(tǒng)[1]。另根據(jù)NFPA 24-2019Standard for the Installation of Private Fire Service Mains and Their Appurtenances（以 下簡稱“NFPA 24-2019”）第3.3.13條、第A.3.3.13條中的規(guī)定，室外消火栓系統(tǒng)采用高壓消防給水系統(tǒng)或穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)供水[2]。

2.2 中國標準規(guī)定

根據(jù)GB 50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018 版）（以下簡稱“建規(guī)”）第8.1.2 條、第8.2.1條、第8.2.2 條及GB 50295-2016《水泥工廠設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱“水泥規(guī)”）第10.5.7 條中的規(guī)定，水泥廠廠區(qū)應(yīng)設(shè)置室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)[3-4]。另根據(jù)GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱“消水規(guī)”）第6.1.4條第2款、第6.1.6條、第6.1.7條、第6.1.9條中的規(guī)定，由于煤預(yù)均化堆場規(guī)模較大，廠區(qū)室外消防給水系統(tǒng)應(yīng)采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)，且室內(nèi)外合用臨時高壓消防給水系統(tǒng)，并宜采用穩(wěn)壓泵維持系統(tǒng)的充水和壓強[5]。

2.3 項目情況

根據(jù)業(yè)主招標文件的要求，本工程消防系統(tǒng)應(yīng)按NFPA 標準設(shè)計施工。根據(jù)NFPA 標準，該項目的消火栓系統(tǒng)采用室內(nèi)外消火栓合用的濕式穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)，根據(jù)NFPA標準確定設(shè)計參數(shù)并進行工程設(shè)計。本文主要從室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、消防水泵和消防穩(wěn)壓泵3個方面對NFPA標準和中國消防標準進行設(shè)計差異對比。

3 設(shè)計差異分析

3.1 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設(shè)計對比

3.1.1 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的類型

“NFPA 14-2019”第3.3.20條中規(guī)定，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)分為全自動干式系統(tǒng)、全自動濕式系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓和自噴組合系統(tǒng)、手動干式系統(tǒng)、手動濕式系統(tǒng)、半自動干式系統(tǒng)和濕式系統(tǒng)。

“消水規(guī)”第7.1.2條、第7.1.3條中規(guī)定，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)分為濕式系統(tǒng)和干式系統(tǒng)。

對比可知，“NFPA 14-2019”在室內(nèi)消火栓系統(tǒng)類型上的劃分比“消水規(guī)”更細致，且“消水規(guī)”中無室內(nèi)消火栓和自噴組合系統(tǒng)，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)與自噴系統(tǒng)可以合用消防泵，但供水管網(wǎng)沿水流方向應(yīng)在濕式報警閥前分開設(shè)置。

3.1.2 室內(nèi)消火栓的等級

“NFPA 14-2019”第3.3.22條、第5.3條中規(guī)定，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的等級分為I 級系統(tǒng)、II 級系統(tǒng)和III級系統(tǒng)，具體詳見表1。結(jié)合阿根廷工程項目可知，對于火災(zāi)危險性大的高層建筑，發(fā)生火災(zāi)時室外消火栓的撲救能力受建筑高度影響，建議室內(nèi)消火栓系統(tǒng)采用I 級系統(tǒng)或III 級系統(tǒng)以保證撲滅火災(zāi)的出水量；對于單多層建筑，火災(zāi)發(fā)生時室外消火栓撲滅火災(zāi)相對容易，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)可采用II級系統(tǒng)。

表1 NFPA標準中關(guān)于室內(nèi)消火栓的分級

“消水規(guī)”第7.4.2 條中規(guī)定，室內(nèi)消火栓分為DN65 消火栓箱、消防軟管卷盤箱和輕便水龍箱。國內(nèi)水泥工程項目的煤粉制備車間、煤預(yù)均化堆場、包裝紙袋庫、中央控制室設(shè)置DN65 室內(nèi)消火栓，丁、戊類廠房（倉庫）設(shè)置室內(nèi)消防軟管卷盤。廠前區(qū)的辦公、生活等輔助建筑，根據(jù)建筑規(guī)模，按規(guī)范考慮是否設(shè)置室內(nèi)消火栓。

對比可知，“NFPA 14-2019”與“消水規(guī)”在室內(nèi)消火栓的選型上均是根據(jù)使用者、火災(zāi)危險性、火災(zāi)類型和不同滅火功能等因素綜合確定的，但“消水規(guī)”中的室內(nèi)消火栓沒有40mm消火栓，僅有DN65 消火栓和DN25 的消防軟管卷盤、輕便水龍。阿根廷項目的煤粉制備車間的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)采用I級系統(tǒng)，煤預(yù)均化堆場、包裝紙袋庫、中央控制室的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)采用II級系統(tǒng)。

3.1.3 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設(shè)計流量

由于煤預(yù)均化堆場、煤粉制備車間是廠區(qū)內(nèi)火災(zāi)危險性比較高的建筑單體，消火栓系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)應(yīng)按上述兩個單體分別選取。其中，阿根廷項目的煤預(yù)均化堆場的平面尺寸為225m×55m，堆場中的最高處約32m；煤粉制備車間的平面尺寸為32.2m×14m，建筑高度為44.2m。

“NFPA 14-2019”第 7.10.1.1 條、第 7.10.1.2 條中規(guī)定，消火栓I級系統(tǒng)或III級系統(tǒng)中最不利消火栓立管的最小流量為1 893L/min（31.55L/s），單層面積＜7 432m2的建筑單體的附加立管的最小流量為946L/min（15.77L/s），未設(shè)自噴系統(tǒng)保護的建筑單體的消火栓系統(tǒng)的總流量應(yīng)≯4 731L/min（78.85L/s）；在保證系統(tǒng)中最不利兩個消火栓栓口的流量各為946L/min（15.77L/s）和其他各立管的消火栓栓口最小動壓強滿足相應(yīng)要求的前提下，進行系統(tǒng)水力計算和管徑確定。另“NFPA 14-2019”第7.10.2.1 條、第 7.10.2.2 條中規(guī)定，消火栓 II 級系統(tǒng)中最不利消火栓立管的最小流量為379L/min（6.32L/s），當栓口多于一個時，不需要附加額外流量；在保證系統(tǒng)中最不利消火栓栓口最小動壓強滿足相應(yīng)要求時的流量為379L/min（6.32L/s）的前提下，進行系統(tǒng)水力計算和管徑確定。

“消水規(guī)”第3.5.2 條中規(guī)定，煤預(yù)均化堆場的室內(nèi)消火栓設(shè)計流量為40L/s，煤粉制備車間的室內(nèi)消火栓設(shè)計流量為30L/s；每根消火栓豎管的最小流量為15L/s。

對比可知，“NFPA 14-2019”中的消火栓系統(tǒng)設(shè)計流量遠高于“消水規(guī)”，國外水泥廠項目的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合項目實際情況按“NFPA 14-2019”中的規(guī)定進行設(shè)計流量的選取。阿根廷項目的煤粉制備車間采用I 級系統(tǒng)，共設(shè)兩根消火栓立管，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設(shè)計流量為47.32L/s。

3.1.4 室內(nèi)消火栓的栓口壓強及系統(tǒng)分區(qū)

“NFPA 14-2019”中規(guī)定，室內(nèi)最不利點處的65mm 消火栓、40mm 消火栓栓口動壓強及靜壓強應(yīng)滿足“NFPA 14-2019”第7.2.3.1 條、第 7.2.3.2 條、第7.8.1 條中規(guī)定，具體詳見表2。另“NFPA 14-2019”第7.2.1 條中規(guī)定，當系統(tǒng)工作壓強＞2.80 MPa時，消防系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)。

表2 NFPA標準中關(guān)于室內(nèi)消火栓栓口壓強要求

“消水規(guī)”規(guī)定，消火栓栓口動壓強應(yīng)符合第7.4.12 條中規(guī)定，具體詳見表3。另“消水規(guī)”第6.2.1條中規(guī)定，當系統(tǒng)工作壓強＞2.40MPa或消火栓栓口處靜壓強＞1.0MPa時，消防系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)。

表3 “消水規(guī)”中關(guān)于室內(nèi)消火栓栓口壓強要求

對比可知，“NFPA 14-2019”對消火栓栓口動壓強要求高于“消水規(guī)”中的規(guī)定，所以國外水泥工程項目的消防水泵的揚程應(yīng)按“NFPA 14-2019”中的規(guī)定計算。由于阿根廷項目的煤粉制備車間消火栓采用I 級系統(tǒng)，栓口動壓強應(yīng)≮0.69MPa，在選擇消防水泵揚程時應(yīng)滿足其最不利室內(nèi)消火栓栓口壓強要求。

3.2 消防水泵設(shè)計對比

根據(jù)NFPA 20-2016Standard for the Installa?tion of Stationary Pumps for Fire Protection（以下簡稱“NFPA 20-2016”）第 6.2.1 條、第 6.2.2 條、第7.1.2.1 條、第 7.1.2.2 條及“消水規(guī)”第 5.1.6 條中規(guī)定可知，當消防水泵出口流量為設(shè)計流量的150%時，其出口壓強不應(yīng)低于設(shè)計工作壓強的65%，且消防水泵零流量時的壓強不應(yīng)大于設(shè)計工作壓強的140%[5-6]。另“NFPA 20-2016”第4.21.2.2條中規(guī)定，消防水泵的出水管上應(yīng)設(shè)置測試能力不小于水泵額定流量175%的流量計及直徑為89mm的壓強表用于測試水泵的性能，以確定其是否滿足設(shè)計要求；“消水規(guī)”第5.1.11 條中規(guī)定，消防泵組宜設(shè)置泵組流量和壓強測試裝置，流量檢測裝置最大量程的75%應(yīng)大于最大一臺消防水泵設(shè)計流量值的175%，壓強檢測裝置最大量程的75%應(yīng)大于最大一臺消防水泵設(shè)計壓強值的165%。

對比可知，“NFPA 20-2016”在消防水泵的選型及性能監(jiān)測方面與“消水規(guī)”一致。阿根廷項目采用室內(nèi)外消火栓合用系統(tǒng)，消防水泵的流量為340m3/h，揚程為10bar（1.0MPa）。

3.3 消防穩(wěn)壓泵設(shè)計對比

“NFPA 20-2016”第4.26.2.1 條中規(guī)定，消防穩(wěn)壓泵的設(shè)計流量是在維持消防系統(tǒng)所需壓強的前提下，不小于系統(tǒng)正常情況下10min 或3.8L/min 的泄漏量（以量大者為準）；另“NFPA 20-2016”Annex A 第A.14.2.6 條中規(guī)定，當消防泵采用系統(tǒng)壓降啟泵時，穩(wěn)壓泵的停泵壓強應(yīng)為消防水泵零流量時的壓強加上其最小靜吸水壓強，穩(wěn)壓泵的啟泵壓強應(yīng)比停泵壓強至少低0.68bar（0.068MPa），消防水泵的啟泵壓強比穩(wěn)壓泵的啟泵壓強低0.34bar（0.034MPa），其他消防水泵的啟泵壓強依次遞減0.68bar（0.068MPa）。

“消水規(guī)”第5.3.2 條中規(guī)定，穩(wěn)壓泵的設(shè)計流量不應(yīng)小于消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄漏量和系統(tǒng)自動啟動流量，當沒有管網(wǎng)泄漏量數(shù)據(jù)時，宜按消防給水設(shè)計流量的1%~3%計，且不宜＜1L/s；另“消水規(guī)”第5.3.3條、第8.2.3條中規(guī)定，穩(wěn)壓泵的設(shè)計壓強應(yīng)滿足系統(tǒng)自動啟動和管網(wǎng)充滿水的要求，穩(wěn)壓泵的啟泵壓強宜比消防水泵的啟泵壓強高0.07~0.10MPa，且穩(wěn)壓泵的設(shè)計壓強應(yīng)保證系統(tǒng)最不利點處滅火設(shè)施的靜水壓強＞0.15MPa。

對比可知，“NFPA 20-2016”與“消水規(guī)”在穩(wěn)壓泵的設(shè)計流量及設(shè)計壓強的選取規(guī)則方面基本一致，穩(wěn)壓泵的設(shè)計流量均按消防系統(tǒng)的泄漏量為基準確定，且穩(wěn)壓泵的啟泵壓強均與消防水泵的啟泵壓強相關(guān)聯(lián)。

4 結(jié)語

通過比較NFPA 標準與中國標準可知，二者雖在消防水泵與穩(wěn)壓泵的選型規(guī)則方面比較相近，但仍存在以下不同點：

（1）NFPA 標準的消防系統(tǒng)通常采用穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)。

（2）“NFPA 14-2019”在室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的類型及等級方面均多于“消水規(guī)”。

（3）“NFPA 14-2019”室內(nèi)消火栓的 I 級系統(tǒng)或III級系統(tǒng)的設(shè)計流量高于“消水規(guī)”，II級系統(tǒng)的設(shè)計流量低于“消水規(guī)”。

（4）“NFPA 14-2019”在室內(nèi)消火栓栓口壓強要求高于“消水規(guī)”。

在進行國外水泥廠設(shè)計時，應(yīng)仔細閱讀招標文件，注意招標文件中對消防設(shè)備的特殊要求，很多消防設(shè)備需經(jīng)UL/FM 認證和項目所在國認證，如阿根廷項目的消火栓部件就需得到阿根廷IRAM 認證。隨著國家“一帶一路”發(fā)展規(guī)劃的持續(xù)推進，我公司將繼續(xù)開拓海外市場，參與不同國家的水泥EPC 工程的招投標及工程建設(shè)，設(shè)計人員需努力學習國際通行標準，采用國際通行標準參與國外項目的競爭，提高公司競爭力。