劉志剛 鐘振興

(1.北京首鋼礦山建設(shè)工程有限責任公司 河北遷安 064404; 2.武漢紡織大學環(huán)境工程學院 武漢 430200)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟和社會持續(xù)快速發(fā)展，近40年積累的大氣污染問題逐漸爆發(fā)，全國多個省市持續(xù)出現(xiàn)重度霧霾事件，特別是重工業(yè)聚集的京津冀地區(qū)，已連續(xù)多年成為我國空氣污染最嚴重、霧霾爆發(fā)最頻繁的地區(qū)之一，對民眾健康造成極大危害。

首鋼礦業(yè)燒結(jié)廠位于重工業(yè)匯聚的河北省唐山市，唐山市也是我國大氣污染治理的重點區(qū)域。針對當?shù)卮髿馕廴緡乐氐幕厩闆r，近幾年地方政府密集出臺了一系列環(huán)保政策，主要包括煤改氣、工業(yè)企業(yè)料場“露天改封閉”等。露天焦丁焦末料場由于風刮、雨沖等自然原因造成年物料損失達0.3%，且料場附近空氣中粉塵質(zhì)量濃度最高可達100 mg/m3，是造成大氣污染的重要原因之一[1-3]。為了切實執(zhí)行 “棚化、倉化”密閉儲存要求和空氣質(zhì)量治理行動，對首鋼礦業(yè)燒結(jié)廠露天焦丁焦末料場進行封閉改造，將對當?shù)乜諝赓|(zhì)量改善、霧霾治理和民眾健康具有重要的現(xiàn)實意義。

1 工程概況

首鋼礦業(yè)公司自建礦以來陸續(xù)建設(shè)配套料場14座，其中燒結(jié)廠室外露天焦丁焦末料場于1992年建設(shè)完成并投入使用，最高存儲量為2萬t?，F(xiàn)對該料場進行重新規(guī)劃并封閉改造，在滿足環(huán)保要求的前提下，同時滿足公司生產(chǎn)流程物料需求，合理壓縮儲料數(shù)量，優(yōu)化物料管理，減少企業(yè)資金占用。封閉料場為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，采用鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，周圍為2 m高鋼筋混凝土擋墻，料場封閉后斷面示意如圖1所示，尺寸如表1所示。

圖1 封閉料場斷面示意(單位：m)

表1 焦丁焦末封閉料場尺寸

在封閉料場內(nèi)運卸物料的過程中會產(chǎn)生大量粉塵并懸浮在空氣中，作業(yè)環(huán)境差，易誘發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，同時空氣中粉塵達到一定濃度時遇火星易爆炸。因此，在封閉料場內(nèi)，有必要設(shè)置水抑塵和水消防設(shè)施。該封閉料場特點是大空間、大跨度，焦丁焦末儲料集中量大且內(nèi)部空間無法進行分隔，國家現(xiàn)行規(guī)范對其消防設(shè)計尚無明確規(guī)定[4]，但國內(nèi)相關(guān)研究表明，消防水炮是大空間場所比較理想的滅火設(shè)施[5-7]。

2 水系統(tǒng)設(shè)計

水系統(tǒng)設(shè)計主要包括水抑塵系統(tǒng)設(shè)計和水消防系統(tǒng)設(shè)計，料場封閉后為密閉空間，其特性類似于倉庫，設(shè)計中建筑性質(zhì)按照工業(yè)建筑倉庫執(zhí)行。

2.1 水抑塵系統(tǒng)

2.1.1 抑塵設(shè)備選型

改造前的露天料場周邊設(shè)有抑塵噴槍，采用的是美國尼爾森SR系列大噴槍，該類型噴槍具有連接拆卸快速方便、獨特水力驅(qū)動旋轉(zhuǎn)噴射和重量輕等優(yōu)點，但缺點是耗水量大且對水源水壓要求高?？紤]到節(jié)水和抑塵效果，對抑塵系統(tǒng)重新設(shè)計，采用固定式遠程射霧器，該設(shè)備是目前世界上最新、最有效的抑塵設(shè)備。根據(jù)料場封閉后的平面尺寸，選擇FCF-60型射霧器，在料場兩長邊各設(shè)2臺，共4臺，實現(xiàn)全面積覆蓋，具體平面布置如圖2所示。改造前后抑塵設(shè)備型號及性能參數(shù)對比如表2所示，相同射程時射霧器較噴槍用水量少，水源水壓要求低，且抑塵水滴粒徑更小。水源接自料場附近生產(chǎn)水管，水量水壓滿足抑塵設(shè)備使用要求。

a—固定式遠程射霧器；b—消防水炮；c—室內(nèi)消火栓圖2 抑塵消防平面布置(單位：m)

表2 噴槍與射霧器性能參數(shù)對比

2.1.2 抑塵設(shè)備安裝高度

固定式遠程射霧器設(shè)置高度應能滿足其射出的水霧滴不受料棚上部建筑構(gòu)件的影響，保證水霧滴對揚塵的捕捉及覆蓋，以達到較好的抑塵效果?；谠摿吓飪?nèi)部大空間、大跨度的特點，內(nèi)部無任何遮擋物，因此根據(jù)工藝設(shè)計和料棚結(jié)構(gòu)形式，固定式遠程射霧器設(shè)置高度只需保證其射出的水霧滴能覆蓋整個料堆即可，具體立面布置形式如圖3所示。

圖3 固定式遠程射霧器立面布置(單位：m)

2.1.3 控制運行機制及抑塵效果

4臺射霧器可同時運行，也可單獨或分組輪流作業(yè)，每臺射霧器啟停控制方式有：①現(xiàn)場手動控制；②遙控器就地遙控；③集中控制室遠程手動控制。改造前后從現(xiàn)場運行效果來看，射霧器的抑塵效果比噴槍更加理想。

2.2 水消防系統(tǒng)

2.2.1 消防用水量

該封閉料場為大空間場所，凈高15 m，內(nèi)部空間無法分隔且屋頂不具備安裝自動噴水灑水噴頭的條件，因此室內(nèi)設(shè)置消防水炮主滅火系統(tǒng)，同時考慮到消防水炮由于射程和俯仰角在使用過程中可能存在消防盲區(qū)，設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)作為輔助滅火系統(tǒng)，消防水炮和室內(nèi)消火栓布置形式如圖2所示。封閉料場外設(shè)置室外消火栓系統(tǒng)。各消防給水系統(tǒng)用水量如表3所示。

表3 消防用水量

2.2.2 消防水源及泵房

室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)采用常高壓消防給水系統(tǒng)，消防水源由生產(chǎn)水供給，持續(xù)供水量滿足消火栓系統(tǒng)要求，水壓不小于0.45 MPa，滿足消火栓出口水壓要求。室內(nèi)消防水炮系統(tǒng)采用臨時高壓給水系統(tǒng)，水源由消防水池及消防水泵房獨立供給，水池利用料場附近現(xiàn)有水池，長×寬×高=12 m×8 m×3 m；消防水泵房利用現(xiàn)有循環(huán)冷卻水泵房，長×寬×高=35 m×15 m×4 m，泵房內(nèi)重新考慮消防水炮泵基礎(chǔ)。

2.2.3 消防供水管網(wǎng)

本工程共設(shè)兩套消防供水管網(wǎng)：①室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)合用一套供水管網(wǎng)，環(huán)狀布置，管徑DN200，管材選用焊接鋼管，地埋敷設(shè)，環(huán)氧煤瀝青漆加強防腐；②消防水炮系統(tǒng)設(shè)獨立供水管網(wǎng)，環(huán)狀布置，管徑DN200，管材選用無縫鋼管，地埋敷設(shè)，環(huán)氧煤瀝青漆加強防腐。

2.2.4 消火栓及消防水炮布置

本工程為鏟車上料，汽車卸料，料場中間無設(shè)置室內(nèi)消火栓和消防水炮的位置，在保證消火栓水柱和消防水炮射流不受堆料及上部建筑構(gòu)件影響的前提下，沿封閉料場周邊均勻布置室內(nèi)消火栓和消防水炮[5]，使消防水炮滿足兩股水柱同時到達室內(nèi)任意一點，室內(nèi)消火栓布置間距不大于30 m，消防水炮的立面布置形式如圖4所示。沿封閉料場室外道路均勻布置室外消火栓，間距不大于120 m，距路邊0.5～2.0 m。

圖4 消防水炮立面布置(單位：m)

2.2.5 設(shè)備選型

(1)消防水炮：ZDMS0.8/30SEx防爆型自動消防水炮8臺；性能參數(shù)：額定流量30 L/s，額定壓力1.0 MPa，最大保護半徑55 m，水平旋轉(zhuǎn)角度360°，俯角-90°，仰角+30°。

(2)消防水炮泵：XBD10/60G立式消防泵；性能參數(shù)：額定流量60 L/s，額定壓力1.0 MPa，轉(zhuǎn)速2 980 r/min，功率110 kW·h。

(3)增壓穩(wěn)壓設(shè)備：25LGW3-10×13穩(wěn)壓泵2臺，1用1備，配SQL1200×1.5立式隔膜式氣壓罐。

2.2.6 控制及運行機制

消火栓系統(tǒng)為手動控制，閥門開啟時立即出水，閥門關(guān)閉時停水，為常高壓消防給水系統(tǒng)。自動消防水炮兼具手動、自動及遠程控制功能，滅火及時且可靠性高。

(1)手動控制：現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)火情，人工操作水炮現(xiàn)場控制箱，打開水炮前電動閥和啟動水泵，并可通過方向鍵調(diào)整水炮噴射方位實現(xiàn)有效滅火。

(2)自動控制：自動水炮探測到火源時報警，聯(lián)動控制器顯示動作水炮的地址信息，打開電動閥并啟動水泵進行滅火。

(3)遠程控制：根據(jù)消控室主機上視頻圖像定位并打開相應水炮，啟動的同時通過主機上的搖柄控制水炮噴射方位進行滅火。

3 結(jié)論

(1)從現(xiàn)場運行效果看，固定式遠程射霧器抑塵效果優(yōu)異，在滿足露天料場揚塵污染治理要求的同時，相較于噴槍，更加節(jié)水且便于運行管理。料場封閉后不僅減小了自然因素造成的物料損失，而且解決了惡劣天氣對燒結(jié)廠日常運行的影響，優(yōu)化了生產(chǎn)組織，保障公司正常生產(chǎn)運營。

(2)改造完成后，水消防系統(tǒng)運行良好，消防水炮實現(xiàn)全自動控制，能實時自動監(jiān)測火災并有效進行控火滅火，確保不適合設(shè)噴淋系統(tǒng)的大空間封閉式焦丁焦末料場消防安全，運行維護管理方便。實踐證明，消防水炮是大空間封閉料場理想的消防設(shè)施。

(3)室內(nèi)消火栓布置雖不能全面覆蓋整個料堆，但其對消防水炮的消防盲區(qū)具有很好的輔助防控作用；同時，固定式遠程射霧器在火災時也可作為消防設(shè)施使用，均有較好的防護冷卻作用。因此，整個料棚以消防水炮為主滅火設(shè)施，兼以室內(nèi)消火栓和固定式遠程射霧器作為輔助滅火設(shè)施，多方位保證整個料棚的消防安全。

(4)鑒于當前國內(nèi)露天料場的改造工程和水系統(tǒng)設(shè)計均沒有明確的規(guī)定和規(guī)范，因此，該項焦丁焦末露天料場封閉改造工程的成功應用，可為國內(nèi)類似工程設(shè)計提供重要參考，具有很好的借鑒意義。