水泥工厂防火设计

2022-09-10

由于社会的发展、技术的创新, 各类规范也在不断地修编、更新。《水泥工厂设计规范》GB50295-2008已发布, 并于2009年1月1日实施。该规范中关于防火设计的具体要求篇幅极少, 多数情况下只提要满足《建筑设计防火规范》GB50016的相关规定。但《建筑设计防火规范》GB50016中的厂房 (仓库) 篇和可燃材料堆放篇是对所有工业建筑而言的, 对水泥工厂的针对性不强。本文就两本规范间对同一问题中容易引起混淆的问题, 以及水泥工厂防火设计中应该注意的问题加以阐述。

1 设计依据

水泥工厂建 (构) 筑物的防火设计, 除应满足《水泥工厂设计规范》GB50295-2008相关章节的规定外, 《水泥工厂设计规范》中8.1.5条同时明确:应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定。

2 水泥工厂的火灾危险性分类

《建筑设计防火规范》GB50016对工业建筑的建 (构) 筑物根据生产中使用或产生的物质性质及其数量等因素进行生产的火灾危险性分类, 分为甲、乙、丙、丁、戊五个类别, 并分别对每一类使用或产生的物质的火灾危险性特征进行了描述。

《建筑设计防火规范》GB50016对工业建筑的储存物品根据储存物品的性质和储存物品中的可燃物数量等因素进行储存物品的火灾危险性分类, 分为甲、乙、丙、丁、戊五个类别, 并分别对每一类储存物品的火灾危险性特征进行了描述。

3 厂房 (仓库) 的耐火等级与构件的耐火极限

建 (构) 筑物的耐火等级与构件的耐火极限是两个密不可分的概念, 两本规范均已明确其二者之间的关系, 有表可查。同时应注意到对于丁、戊类厂房 (仓库) 和设置了自动灭火系统的单层丙类厂房中二级耐火等级建筑的梁、柱可采用无防火保护的金属结构, 其中能受到甲、乙、丙类液体或可燃气体火焰影响的部位, 应采取外包敷不燃材料或其他防火隔热保护措施。

有些结构设计人员对建筑设计防火规范不熟悉, 常在结构设计总说明中对钢结构笼统地写一句钢结构承重构件外涂防火涂料, 既不注明防火涂料类别, 也不提涂膜厚度, 这就是一个设计误区。如烧成窑尾车间的钢结构框架, 其火灾危险性类别为丁类、耐火等级为不低于二级, 那么其梁、柱就可以采用无防火保护的钢结构。故对于钢结构应依各车间的火灾危险性类别和其对应的耐火等级确定其建筑构件的防火保护措施, 并在建筑设计总说明中详细说明。选择防火涂料时应注明其材料类别, 并依照构件所要求的耐火极限注明涂层厚度。

4 总平面布置

4.1 总平面布置原则

总平面的设计内容庞杂, 从厂址选择到总平面布置;从运输线路及码头布置到竖向设计;从管线综合到绿化设计, 不一而足。总平面设计除应遵循《工业企业总平面设计规范》GB 50187-93的各项要求外, 尚应符合国家现行的防火、安全、卫生、交通运输和环境保护等有关标准规范的规定。

遍查规范, 行业性的防火规范仅石油化工行业有一本《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008于2009年7月1日实施, 而水泥行业没有单独的行业性防火规范。在《水泥工厂设计规范》GB50295-2008里很多条款均注明按照《建筑设计防火规范》GB50016执行, 其“厂址选择及总体规划”、“总图运输”两章中对总平面的防火设计更是寥寥数语。纵观水泥工厂中各车间的火灾危险性类别:仅氧气乙炔瓶库为甲类;煤粉制备车间为乙类;煤破碎、煤预均化堆场、窑头点火油库、材料库、总降压变电站、车间变电所、生产汽车、装载机、推土机库、中央控制室、中央化验室为丙类, 而其余车间、仓库均为丁、戊类建 (构) 筑物, 说明全厂的火灾危险性程度不高, 只要满足《建筑设计防火规范》GB50016的相关要求, 即可满足水泥工厂的消防设计要求。

4.2 防火间距

防火间距的确定主要综合考虑满足扑救火灾需要, 防止火势向邻近建筑蔓延扩大以及节约用地等因素。影响防火间距的因素较多、条件各异, 从火灾蔓延角度看, 主要有“飞火”、“热对流”、“热辐射”等。火灾时建筑物可能产生的热辐射强度与消防扑救力量、火灾延续时间、可燃物的性质和数量、相对外墙开口面积的大小、建筑物的长度和高度以及气象条件等有关。

目前设计中确定防火间距时, 以查表法为准, 依据规范给出的最小防火间距, 基本能防止火灾的初期蔓延。《建筑设计防火规范》GB50016中表3.4.1给出了厂房之间及其与乙、丙、丁、戊类仓库、民用建筑之间的防火间距;表3.5.1给出了甲类仓库之间及其与其他建筑、明火或散发火花地点、铁路等的防火间距;表3.5.2给出了乙、丙、丁、戊类仓库之间及其与民用建筑之间的防火间距。《水泥工厂设计规范》GB50295-2008特别对各建 (构) 筑物之间的防火间距做出了明确规定 (详见该规范附录A) 。设计中生产厂房、仓库之间的防火间距以《水泥工厂设计规范》GB50295-2008的规定为准。

4.3 消防车道

消防车道的设置可结合厂区的交通运输道路设置, 但应满足消防车道通行与停靠的要求。合理设置消防通道, 可确保发生火灾时, 消防车辆畅通无阻, 迅速抵达火场展开作业面, 及时扑灭大火, 力争将人员、厂房、设备的损失降到最低限度。

消防车道的设置应遵循《建筑设计防火规范》GB50016第六章“消防车道”的规定;同时《水泥工厂设计规范》GB50295-2008在附录B中提出了厂区各类道路的技术指标。但两本规范之间在个别指标上的规定不一致, 一般来说, 当有不一致的情形时, 我们取其要求较严的值。

道路宽度的确定, 还要结合管线综合一并考虑, 可查阅《水泥工厂设计规范》GB50295-2008附录C地下管线最小水平净距;附录D地下管线、架空管线与建 (构) 筑物之间最小水平净距;附录E地下管线之间或地下管线与铁路、道路交叉的最小垂直净距。

5 防火分区

防火分区的合理划分, 可以为电气、给排水专业带来设计便利, 同时也为业主降低了消防设施的投入。如通过建筑设计手段将一个防火分区的面积既控制在规范要求的范围内, 又能满足工艺生产的要求, 就可不必再增加防火卷帘、防火分隔水幕等设施。

5.1 防火分区的类别

通常防火分区可分为3种类型:水平防火分区、竖向防火分区、特殊部位和重要房间的防火分隔。

5.2 划分防火分区时面积控制的要点

《建筑设计防火规范》GB50016中依火灾危险性类别、建 (构) 筑物的耐火等级及其层数等明确了每个防火分区的最大建筑面积。可查阅规范中的表3.3.1及表3.3.2。设计时应注意以下几点。

(1) 防火分区之间应采用防火墙分隔。除甲类厂房外的一、二级耐火等级单层厂房, 当其防火分区的建筑面积大于表中规定, 且设置防火墙确有困难时, 可采用防火卷帘或防火分隔水幕分隔。

(2) 一、二级耐火等级的煤均化库是个特例, 每个防火分区的最大允许建筑面积可放宽至不大于12000m2。

(3) 厂房内设置自动灭火系统时, 每个防火分区的最大允许建筑面积可按该规范第3.3.1条的规定增加1.0倍。当丁、戊类的地上厂房内设置自动灭火系统时, 每个防火分区的最大允许建筑面积不限。

仓库内设置自动灭火系统时, 每座仓库最大允许占地面积和每个防火分区最大允许建筑面积可按该规范第3.3.2条的规定增加1.0倍。

厂房内局部设置自动灭火系统时, 其防火分区增加面积可按该局部面积的1.0倍计算。

(4) 使用或储存特殊贵重的机器、仪表、仪器等设备或物品的建筑, 其耐火等级应为一级。

(5) 建筑面积小于等于300m2的独立甲、乙类单层厂房, 可采用三级耐火等级的建筑。

(6) 二级耐火等级的筒仓可采用钢板仓, 亦可采用无防火保护的金属承重构件。

6 安全疏散

安全疏散问题是防火设计的重点, 不论民用建筑还是工业建筑的防火设计, 均把人员的安全撤离放在首位。设计重点在安全疏散口的数量、疏散楼梯间的类型、防火门的级别等方面。

6.1 安全出口

规范规定:厂房的安全出口应分散布置。每个防火分区、一个防火分区的每个楼层, 其相邻2个安全出口最近边缘之间的水平距离不应小于5m。厂房的每个防火分区、一个防火分区内的每个楼层, 其安全出口的数量应经计算确定, 且不应少于2个。

每座仓库的安全出口不应少于2个, 当一座仓库的占地面积小于等于300m2时, 可设置1个安全出口。仓库内每个防火分区通向疏散走道、楼梯或室外的出口不宜少于2个, 当防火分区的建筑面积小于等于100m2时, 可设置1个。通向疏散走道或楼梯的门应为乙级防火门。

一方面, 因各车间供设备安装、检修的门已足够宽大, 可兼做人员的安全出口。附建在厂房内的值班室、控制室、休息室等小房间, 设在一层时可直接对室外设出口, 设在楼层时, 按各自厂房的火灾危险性类别查对《建筑设计防火规范》GB 50016表3.7.4, 满足到最近的安全出口的距离即可。另一方面水泥工厂生产车间、仓库的生产定员人数均小于规范规定的可只设一个安全出口的人数限制。所以在安全出口的设计上, 不存在问题, 很容易满足规范要求。

6.2 疏散楼梯间及楼梯

水泥工厂厂房、仓库的楼梯一直习惯性的用金属梯, 各类规范近年几经修编, 这样设计是否能满足现行规范的要求呢?《水泥工厂设计规范》GB50295-2008全文中仅一处提到“生产车间可采用金属梯作为工作平台交通梯, 楼层间疏散梯的设置应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定, 且主梯宽度不应小于0.9m。”那么金属梯能否作为疏散梯呢?下面我们就对《建筑设计防火规范》GB 50016的相关规定结合水泥工厂各车间、库房的情况加以对照研究。

6.2.1《建筑设计防火规范》GB50016规定

厂房内的疏散楼梯、走道、门的各自总净宽应根据疏散人数, 按百人指标依建筑物层数一、二层0.6m、三层0.8m、四层及以上1.0m核算, 但疏散楼梯的最小净宽度不宜小于1.1m。

高层厂房和甲、乙、丙类多层厂房应设置封闭楼梯间或室外楼梯。建筑高度大于32m且任一层人数超过10人的高层厂房, 应设置防烟楼梯间或室外楼梯。

仓库的安全出口应分散布置。每个防火分区、一个防火分区的每个楼层, 其相邻2个安全出口最近边缘之间的水平距离不应小于5m。

6.2.2 疏散楼梯及疏散楼梯间类型的确定

水泥工厂生产车间的楼梯绝大多数利用楼层间的交通梯兼做疏散楼梯, 并未单独设置疏散用的专用楼梯间。

纵观全厂生产车间中仅煤粉制备车间为乙类多层厂房;烧成窑头为高层厂房。下面我们就重点讨论这两个建筑物的疏散楼梯问题。

(1) 煤粉制备:煤粉制备车间不满足只设一个出入口的条件, 故该车间每个防火分区至少设两个安全出口。

当室外楼梯满足净宽不小于0.9m, 且倾角不大于45°, 梯段和平台采用不燃材料, 且耐火极限分别不低于1.00h和0.25h时, 可作为疏散楼梯。能满足规范最低要求的设计措施:其一, 布置两组封闭楼梯间梯段用钢梯, 梯宽不小于0.9m (钢梯可选用《钢梯》02J401中T4B09、T4B12型) 。其二, 布置一组封闭楼梯间, 再布置一组能满足疏散要求的室外钢梯。室外疏散楼梯周围2m范围内除设置乙级防火门疏散出口外, 不得开启其他门窗洞口。由于室外楼梯在梯段宽度、坡度、防雨防滑等方面都不尽如人意, 故应该注意防滑防跌落措施。

(2) 烧成窑尾:烧成窑尾塔架宜设置载货电梯, 且满足不设消防电梯的条件。设置防烟楼梯间、封闭楼梯间的目的是为了防止火灾发生时烟气涌入逃生通道, 致人窒息。而窑尾塔架是全开敞式的高层塔架, 故不需设置封闭楼梯间, 可以利用层间交通梯兼做疏散楼梯。窑尾塔架属丁类厂房, 每层建筑面积一般都在250m2左右, 各楼层的建筑面积总和也不超过丁类一、二级高层厂房一个防火分区建筑面积4000m2的限制, 且人数远远小于规范规定30人的上限。故满足只设一个防火分区, 且只设一个安全出口的规定。能满足规范最低要求的设计措施:只设一组要求同室外疏散楼梯的室内钢梯即可。注意疏散楼梯在各层的平面位置不应改变。所以, 不注意查对《建筑设计防火规范》GB 50016的要求, 笼统地将层间交通梯简单地兼做疏散楼梯的习惯设计做法是不对的。

全厂生产车间及库房, 除煤粉制备车间注意要满足特定条件外 (其他甲、乙、丙类单层厂房不存在楼梯间的问题, 其他丁类多层厂房规范不要求设疏散楼梯间) , 满足室外疏散梯条件的层间交通梯——钢梯是可以兼做疏散楼梯的。