封闭煤场消防设计浅析

封闭煤场消防设计浅析

王伟

山西京玉发电有限责任公司 山西省朔州市 037200

摘要：封闭式煤场具有占地面积小、单位面积储煤量大、对周围环境污染小、程序控制水平高、抗恶劣天气能力强、无煤粉外溢等优点。符合国家产业政策的燃煤电厂普遍采用封闭式煤场，封闭式煤场的消防设计成为水利工程专业亟待解决的课题。

关键词：封闭煤场；固定式消防水炮；

燃煤电厂储煤区内的煤所扬起的煤尘是该区域中最主要的空气污染源，露天堆放的煤炭在遇到三级以上的大风天气时，往往招致漫天的粉尘，给周边环境造成严重的污染。同时以扬尘的方式飞散于空中的煤尘，造成严重的煤炭资源的浪费。此外，依据中华人民共和国大气污染防治法规定，在人口密集的堆放有煤炭、煤矸石和煤渣等物料的地区，必要时需采用防自燃、防扬尘的手段及方法，以防污染空气环境。

一、工程设计

依据调查，封闭煤场中的煤层内部会挥发出氢气、甲烷等可燃气体，封闭空间内容易使这些气体聚集，浓度达到一定程度容易爆炸。煤场中堆放的煤有一些是高挥发性的或者堆放时间较长，均会导致煤的自燃，并且封闭煤场中的煤在输送和装卸的过程中，空气中往往会形成大量的煤尘，遇火星容易产生爆炸。因此燃煤电厂中封闭煤场的消防灭火设计尤为重要。以某燃煤电厂的封闭煤场为例，进行封闭煤场的消防设计。该燃煤电厂装机容量为2×330MW级直接空冷循环硫化床供热机组，电厂采用一座平面尺寸302m×164m的全封闭式气膜式煤场，其建筑面积占地约49528m2，煤场中的最高处约58m高。全封闭式煤场的气膜式结构，围墙为钢筋混凝土结构，高度为3m。

二、消防系统的选择

封闭煤场耐火等级为二级，火灾危险性属于丙类，依据现行火力发电厂与变电站设计防火规范对封闭煤场的室外消防用水量规定是大于等于20 L/s，同时规定封闭煤场需设置室内消火栓。依据建筑设计防火规范规定建筑面积大于300m2的厂房或者仓库需设置室内消火栓，同时规定建筑占地面积大于1500m2的单层丙类物品仓库需要设置自动灭火系统。一般室内消火栓的间距要求不大于30m，由于封闭煤场跨度较大，因此设计中往往难以满足消防设计要求。同时据了解，现行火力发电厂与变电站设计防火规范目前正在进行修订，从修改后的报批版中得知取消了封闭煤场设室内消火栓的规定。自动灭火系统分为闭式喷头形式的自动灭火系统和开式喷头形式的自动灭火系统。依据现行自动喷水灭火系统设计规范规定，闭式喷淋系统仅仅能设置在净空高度在13.5m以内的场所。而本工程封闭煤场净空高度约为58m，这远远大于规范的规定，因此不能采用闭式喷头形式的自动灭火系统。开式自动灭火系统常见的是雨淋系统，雨淋系统并没有高度限制，不过雨淋系统的启动受传动管或者自动报警系统控制，且其喷头均为开式的，因此雨淋系统对探测系统能否准确自动检测的要求较高，不能出现发生火灾监测不出或没有出现火灾发出错误的报警信号。同时雨淋系统中的雨淋阀控制的最大喷水面积不能超过260m2，本项目封闭煤场的面积约49528m2，采用雨淋系统就会需要多套雨淋阀，这样会使自动灭火系统管道布置庞杂，导致管道安装繁琐同时雨淋系统的后期维护与管理艰难。同时，根据雨淋系统的工作原理来看，只要一处发生火灾，系统的雨淋阀动作后，雨淋阀保护区内的所有开式喷头都会喷水，对于大空间的封闭煤场来说，采用雨淋系统的消防用水量和其管道水力损失都会很大。因此在封闭煤场中选取雨淋系统作为消防灭火方案并不恰当。现行建筑设计防火规范还规定当难以设置自动灭火系统的丙类厂房、仓库等高大空间宜采用固定消防炮灭火系统。目前修改后的报批版的火力发电厂与变电站设计防火规范中得知，封闭煤场设置消防炮。

三、固定消防炮系统设计

电厂的消防系统采用2台流量Q=270m3/h，扬程H=105m的电动消防水泵以及一台流量Q=540m3/h，扬程H=105m的柴油机消防水泵，并配有消防稳压系统。系统总水头损失20m，为便于检修消防炮布置在封闭煤场马道附近，布置高度为19.1m。消防炮的设计压力Pe：105m-20m-19.1m=65.9m。本项目封闭煤场选用自动消防炮，参数如下：额定工作压力/最大工作压力0.9\1.0MPa；额定流量：30L/s；额定射程：60m；定位时间≤60s；入口法兰：DN80；具有直流/散花无级可变功能；水平回转角：≥180°(可调整设定)；俯仰角度：40°～-90°(可调整设定)；炮身自重：35kg；当工作压力为0.9MPa时，消防炮后坐力为353kg。

1.消防用水量。依据固定消防炮灭火系统设计规范规定，消防炮灭火及冷却强度用水量应大于等于60L/s，灭火持续时间为1h。依据消防给水及消火栓系统技术规范，本项目302m×164m的全封闭式条形煤场的室外消火栓用水量45L/s，灭火持续时间为3h。因此该封闭煤场的消防用水量60×3.6×1+45×3.6×3=702m3。全封闭式条形煤场的消防设计水量378m3/h。

2.消防炮的设计流量。依据固定消防炮灭火系统设计规范，固定消防炮消防设计条件下的流量Qs依照式(1)计算。

（1）

式中，Qs为固定消防炮消防设计条件下的流量，L/s；

qso为固定消防炮在额定工况下的流量，L/s；

Pe为固定消防炮消防设计条件下的压力，MPa；

Po为固定消防炮在额定工况下的压力，MPa。

本项目消防炮消防设计条件下的流量Qs为25.67 L/s。

3. 消防炮的设计射程。依据固定消防炮灭火系统设计规范，固定消防炮消防设计条件下的射程Ds依照式(2)计算。

（2）

式中，Ds为固定消防炮消防设计条件下的射程，m；

Dso为固定消防炮在额定工况下的射程，m；

其他同式(1)。

本项目消防炮消防设计条件下的射程Ds为51.3m。

4.固定消防炮的布置。封闭煤场固定消防炮的布置按照任意一处着火两门消防炮同时到达该位置进行布置，依据给水排水设计手册可参考室内消火栓的布置形式对消防炮进行布置，依照式(3)计算。

（3）

式中，S为固定消防炮消防设计条件下可以覆盖的半径，

m；b为固定消防炮在实际布置条件下最大的保护距离，m；

其他同式(2)。

本项目302m×164m的全封闭式条形煤场中固定消防炮消防设计条件下的射程Ds为51.3m，因此设置两排消防炮，每一列消防炮在实际布置条件下最大的保护距离b=82/4=20.5m。依照式(3)计算，全封闭式条形煤场固定消防炮消防设计条件下可以覆盖的半径S不超过47m。因此在302m×164m的全封闭式条形煤场内设计7门消防炮，消防炮悬挂在封闭煤场马道附近的网架上。本项目采用的是自动消防炮，一旦煤场出现火灾事故，煤场内的自动报警系统探测出火灾事故发生后，确定火源位置后自动打开消防炮系统的电动阀同时输送控制信号到消防控制室，自动启动消防水泵，自动消防炮对煤场内发生火灾处进行射水灭火，待火灾扑灭后，手动关停消防水泵，消防炮停止灭火。同时自动消防炮启动方式还有控制室手动和现场应急手动启动。考虑到封闭煤场内煤的组成成分中挥发性煤较多，本项目的自动消防炮的电机应采用防爆电机及可隔爆的装置。

总之，根据国家相应消防规范以及工程设计实践，对于燃煤电厂的封闭煤场，由于其建筑占地面积大、煤场室内的净空较高、煤场室内空间不易做防火分隔的特点，采用固定式消防炮是封闭煤场较为理想的消防灭火措施。

参考文献：

[1]赵欣.固定式消防炮在火电厂封闭圆形煤场中的应用.2019.

[2]王玉华，关于封闭煤场消防设计浅析.2020.