【摘要】帮写论文在《火力发电厂与变电所设计防火规范》修订过程中,在对钢结构优缺点进行讨论的基础上,分析了火力发电厂钢结构厂房防火存在的问题,以期对规范的修订起到指导作用。
【关键词】火电厂;钢结构;防火
钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。近十几年来,我国火力发电厂建筑已大量采用钢结构。钢结构以其质量轻、截面尺寸小、安装方便、施工周期短等优点,在发电厂复杂的工艺流程、超常规工期的情况下,逐步显示出其优势。钢结构的耐火性能差,是钢结构建筑防火多年来一直研究的问题。《火力发电厂与变电所设计防火规范》(GB50229—96)(以下简称《火规》)对混凝土结构的防火要求是成熟的,对于钢结构却亟待修订明确,这也是针对这几年来火力发电厂钢结构防火争议较大的原因。本次修订主要是解决火力发电厂钢结构防火的问题。
1 钢结构厂房的优缺点
a. 优点
钢结构厂房的质量轻,便于运输;制造、安装机械化程度高,而且加工简便,适宜于成批大量生产;安装施工简便,而且螺栓连接的钢结构便于改造拆迁;在平面布局上的灵活性,则是另一重要特点,从而延长建筑物的使用寿命。
b. 缺点
钢结构厂房虽是不燃材料,但在火灾高温作用下,其力学性能如屈服强度、弹性模量等会随温度升高而降低。在550℃左右时降低幅度更为明显,一般在15 min左右就会丧失承重能力而垮塌。国内外钢结构建筑物的火灾案例都证明,发生火灾后20 min以内就把建筑物烧垮,最后形成一片废墟。
2 火力发电厂钢结构厂房防火存在问题
2.1 主厂房建筑
火力发电厂主厂房建筑一般由汽机房、除氧煤仓间、锅炉房等组成,由于工艺需要,几个部分必须连在一起。《火规》第2.0.11条“汽机房、除氧间与锅炉房、煤仓间或合并的除氧煤仓间之间的隔墙应采用不燃烧体。运转层以下纵向隔墙的耐火极限不应小于4 h,运转层以上隔墙的耐火极限不应小于l h。”
钢结构厂房难以实现这一要求。在厂房轴线上的墙体材料的耐火极限容易达到,但由于火力发电厂的框架柱往往比一般的工业厂房大得多,采用耐火材料封包等措施难度大,且影响美观。
新修订的《建筑设计防火规范》(审批稿)(以下简称《建规》)中对于防火墙重新定义(第7.1.1条):“防火墙应直接设置在建筑物的基础或钢筋混凝土等承重框架上,相应框架中梁和柱的耐火极限不应低于防火墙的耐火极限。”第7.1.6条“设计防火墙时,应考虑防火墙任意一侧的屋架、梁、楼板等受到火灾的影响而破坏时,不致使防火墙倒塌。”如果《火规》中的此墙体为防火墙,则汽机房、除氧间或煤仓间、锅炉房任意一侧的框架应满足《建规》中第7.1.1条和第7.1.6条的规定,而目前的火力发电厂主厂房中的汽机房、除氧间、煤仓间、锅炉房几乎全部都是钢结构,如果采取防火保护,难度大而且投资非常惊人。
纵观我们收集的自1971年以来火力发电厂的火灾案例,主厂房内的火灾主要发生在电缆、汽轮机头部、锅炉等处,而汽轮机漏油或管道附件破裂喷油等引起的火灾事故,占汽轮机头部火灾的90%以上。除西北某电厂由于汽轮机高压油喷出,引起的火灾烧毁一榀屋架外,建国40多年来,还没有由于汽轮机头部火灾造成主厂房发生的重大火灾事故。自1996年颁布的《火规》实施以来,对汽轮机头部的油箱油管路采取保护措施,目前还没有此部分的火灾事故纪录。
电缆引起的火灾在火力发电厂火灾事故中占有较大的比例。据不完全统计,在《火规》颁布之前,电缆引起的火灾占主厂房火灾的36%左右,列主厂房火灾的第一位;《火规》实施之后,在电缆沟、电缆夹层、竖井等处采取了封堵、构件保护、阻燃、报警等措施,取得了明显的效果,而这几年阻燃电缆产品的改进也使这部分火灾案例减少了许多。
从对国内各个地区的主要火力发电厂的收资情况来看,对汽轮机头部油箱、电缆夹层、油管路等基本满足了《火规》的要求,而除氧间与锅炉房的隔墙、钢结构厂房的工程均未达到规范的要求,即使有个别工程采取了措施,也不理想。如果按新《建规》的要求,无一例工程能满足要求。
鉴于火力发电厂在工业建筑中控制、建设、管理、设备水平等方面均处于领先,从汽机房、除氧间、煤仓间、锅炉房的工艺分区、卫生要求、检修碰撞等角度综合考虑,此墙应该定义为耐火极限不小于1 h的隔墙较为合适。
2.2 主控制楼
大型机组将集中控制室、计算机室、继电器室、电气设备间等布置在一栋主控制楼内,该楼一般布置在两炉之间,与锅炉房及汽机房均有隔墙分开,形成一个独立的建筑。
集中控制楼采用钢结构的占了大多数,而控制室多数为大空间,屋面采用钢屋架。在以往的工程中,由于对规范的理解偏差等因素,有的工程将集中控制楼钢结构全部涂刷防火涂料,而有的工程又不作防火保护。本次修订单独列为一项,明确为丁类二级,可以执行《建规》第7.2.8条“二类耐火等级的丁、戊类厂(库)房的柱、梁均可采用无保护层的金属结构,但甲、乙、丙类液体或可燃气体的部位,应采取防火保护措施。”
集中控制楼是电厂的心脏,全厂的控制中心,大多采用了目前在世界上领先的设备,且许多设备自身配套有消防设施。控制室内布置了消防监测屏,并有消防设施的启动控制和各区域火灾报警的显示。控制楼内按《火规》设计了自动报警、气体灭火等设施,因此控制楼的钢结构构件可不采取防火保护措施,但室内装修材料应采用不燃烧体,以满足《建筑内部装修设计防火规范》(GB50222—95)的要求。
2.3 输煤建筑
《火规》第4.3.2条“运送褐煤或易自燃的煤种的栈桥,其内部的外露承重钢结构应采取防火措施,其耐火极限不应小于l h。”从近几年新建发电厂钢结构输煤栈桥大多采取了防火保护措施,涂刷防火涂料的比例达95%以上,但由于钢结构的截面不规则,凸凹复杂,实际涂刷效果多数满足不了防火保护的要求。
输煤栈桥的火灾危险主要是煤和粉尘,除输煤皮带外其他均为不燃烧构件,设计规范规定了输煤皮带应采用阻燃皮带。美国国家标准NFPA850中规定了“对发电至关重要的且有煤或煤尘堆积的输煤构筑物应设自动喷淋或自动喷雾消防系统”且规定了“喷淋系统应保护皮带”。
从许多可考证的资料上分析,采取自动喷水灭火系统为主动防火,采取防火保护措施为被动防火。从投资而言,针对特定区域诸如电厂的输煤栈桥,自动灭火系统的投资少,防火保护措施的投资大。
输煤建筑的钢结构干煤棚近几年来在实际工程中普遍采用,结构形式多为拱形屋架、网架。按《火规》第2.0.1条定义为丙类二级,《建规》第2.0.5条“二级耐火等级的屋顶如采用耐火极限不低于0.5 h的承重构建有困难时,可采用无保护层的金属构件。但甲、乙、丙类液体火焰能烧到的部位,应采取防火保护措施”。干煤棚储存的是固体煤,不同于可燃液体。统计煤场的火灾案例,全部为煤的自燃,无大的火焰、无钢结构干煤棚被烧毁的纪录,因此无须计算火焰高度,但考虑到干煤棚结构形式的特殊性,如果拱形屋架的根部被破坏,将造成较大的损失,所以本次修订对干煤棚建筑的结构根部规定了其附近的一定范围内的承重构件应采取的有效防火保护措施。
综上所述,可以考虑针对输煤建筑,以其特殊的使用功能,自动喷水灭火系统能有效扑灭、控制初期火灾,与采取一些防火保护等辅助措施结合并用,作为输煤建筑有效的消防手段。
2.4 锅炉房电梯
由于火力发电厂的检修运行要求,锅炉房内每台锅炉往往设置一部电梯,按《火规》第4.3.1条“主厂房电梯井和电梯机房的墙应采用不燃烧体。其室内部分的耐火极限不应小于l h,室外部分的耐火极限不应小于0.25 h。”在实际工程中,锅炉房电梯多数超过50 m以上,全部为钢结构形式,并且与锅炉房钢结构构架连接,执行《火规》关于内锅炉电梯围护墙体的要求实现非常困难。
《建规》第3.7.7条规定:“当高度大于32 m,且每层工作平台人数不超过2人的高层塔架,可不设消防电梯”。发电厂锅炉房采用大面积的钢格栅板,平时各层平台除生产巡视1~2个人外几乎没人,况且电梯的造价与锅炉房内许多大型设备的工程造价比微乎其微。本次修订只要求锅炉电梯围护墙体为不燃烧材料即可。
3 结论
关于火力发电厂钢结构厂房的防火问题,针对火力发电厂是一个特殊的工艺系统的建筑群体,具有独特的建(构)筑形式,主厂房高大空旷,尤其锅炉房的平台都是钢格栅板,虽为多层厂房,实际上和单层厂房相似;生产人员少,与一般的高层工业厂房比可以忽略不计,疏散通道多;控制水平高;设备先进,因此本次修编对钢结构发电厂防火讨论了一些主要的条文的修订:
a. 汽机房、除氧间与锅炉房、煤仓间或合并的除氧煤仓间之间的隔墙应采用不燃烧体,隔墙的耐火极限不应小于l h。(说明:此墙体不定义为防火墙,只作为隔墙考虑,并作了耐火极限的要求。)
b. 主控制楼为丁类二级,可按《建规》“二类耐火等级的丁、戊类厂(库)房的柱、梁均可采用无保护层的金属结构,但甲、乙、丙类液体或可燃气体的部位,应采取防火保护措施”执行。
c. 输煤系统采用自动喷水灭火系统时,承重构件可不采取防火保护措施。
d. 干煤棚当采用钢结构时,如采用耐火极限不低于0.5 h的承重构件有困难时,可采用无保护层的金属构件,但应考虑其与煤接触的根部范围的承重构件应采取有效的防火保护措施,其耐火极限不小于1 h。
e. 主厂房电梯井和电梯机房的墙应采用不燃烧体。
