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注:地埋式污水处理厂土建工程一般按远期规模一次建成,安装工程分期实施,表中所列设计规模为土建设计规模。
模较小的地埋式污水处理厂,一般通过增加自动灭火系统保护即可使防火分区建筑面积控制在《建筑设计防火规范》允许范围内,如北京门头沟第二再生水厂、林州市第二污水处理厂等。对于规模较大的地埋式污水处理厂,有条件的会通过消防设计审查或者专项评估(论证)进行针对性的性能化设计,以使消防设计满足当地消防主管部门的要求,如北京槐房污水处理厂、合肥清溪污水处理厂;无条件的会通过参照相关规范予以解决,如上海泰和污水处理厂认为处理单元属于“构筑物”范畴,石家庄正定新区污水处理厂则对箱体内的火灾和消防救援进行了模拟分析,因此其防火分区的划分均未严格执行《建筑设计防火规范》。对于规模较大的地埋式污水处理厂,一般都会通过建筑消防性能化设计使地下箱体的防火分区建筑面积突破《建筑设计防火规范》的要求,如兰州七里河安宁污水处理厂(改扩建工程)对不符合现行防火规范要求的部分委托甘肃省建设工程消防专业委员会及甘肃省消防总队组织专项消防论证。但是,建筑消防性能化设计基本采用“一厂一议”模式,防火分区最大允许建筑面积不固定。
03 实例剖析
3.1 工程简介
武汉某污水处理厂设计规模为15万m³/d,采用全地埋建设模式,所有处理设施均位于地下箱体内。地下箱体结构尺寸为L×B=196.7 m×153.3 m,各处理单元分两组平行设置,平面布置见图1,竖向布置见图2。二级处理单元采用改良AAO生物池+MBR膜池工艺,出水水质主要指标设计值执行《地表水环境质量标准》(GB 3838)中的Ⅳ类水标准(其中TN≤15 mg/L);污泥脱水采用板框压滤工艺,待含水率降至60%以后泥饼外运至第三方进行最终处置。
图2 地下箱体竖向布置
3.2 建筑消防
膜酸洗药液采用30%的柠檬酸溶液(使用时在线稀释),膜碱洗和接触消毒药液采用5%的次氯酸钠溶液,生物池外加碳源采用25%的乙酸钠溶液,除磷药剂和污泥脱水调理剂采用成品PAC溶液(有效成分12%),均为不可燃溶液。设置除臭及通风系统后,地下箱体内的甲烷、硫化氢、氨气等易燃易爆气体浓度均降至规范允许范围内,无燃爆危险。地下箱体的火灾危险性等级为戊类,建筑耐火等级为一级,操作层(负1层)单个防火分区最大允许建筑面积按2 000 m²控制,防火分区之间采用防火墙分隔,各分区功能见表2。另外,地下2层的综合管廊单独作为一个防火分区(编号18),建筑面积为1 968.38 m²;地下2层其他构筑物无人区,如AAO生物池、MBR膜池、接触消毒池等均不再计入防火分区。
表2 地下箱体操作层建筑消防设计
表2中各防火分区建筑面积均包含域内结构柱和墙体截面积。为控制防火分区的建筑面积,将9防火分区、17防火分区内的柠檬酸、次氯酸钠及乙酸钠溶液池墙体从负1层底板浇筑至负1层顶板,形成不进人的封闭空间,建筑面积相应地予以扣除。根据《建筑设计防火规范》条文7.3.1,地埋式污水处理厂埋深大于10 m且总建筑面积大于3 000 m²时应设置消防电梯。由于操作人员需下至9防火分区、10防火分区、17防火分区的负2层及18防火分区,这4个防火分区需设置消防电梯。各疏散楼梯的净宽不小于1.1 m,疏散走道的净宽不小于1.4 m,任一分区的疏散距离均不超过60 m。
3.3 消防设施
地下箱体内的消防设施由消火栓灭火系统、自动喷淋灭火系统、气体灭火系统、便携式灭火器和火灾自动探测系统组成。消火栓灭火系统、自动喷淋灭火系统均采用临时高压给水系统,由消防水池、消防水泵、稳压设施、屋顶消防水箱、输配水管路及灭火设施、报警阀、水泵接合器、配套控制系统组成。其中,除消防水池、屋顶消防水箱共用外,其他设施分别独立设置。消火栓灭火系统、自动喷淋灭火系统、气体灭火系统的控制方式均有自动启动和手动启动两种,且平时处于自动开启状态。
根据《建筑设计防火规范》条文8.2.1、8.3.3、8.3.4和《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974)条文3.3.2、3.6.1、3.6.2,地下箱体内的消火栓灭火系统按体积大于25 000 m³的地下建筑设防,同一时间火灾发生次数按1次考虑,火灾延续时间按2 h考虑,消防用水量按40 L/s设计。室内消火栓灭火系统输配水管路采用不分区环状网布置,同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱同时达到室内任何部位;栓口静水压力不超过1. 0 MPa,最不利点消火栓静水压力不小于0.07 MPa。
鉴于地下箱体为戊类厂房,火灾发生可能性低,根据《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50370)条文5.0.1,自动喷淋灭火系统按中危险I级设防,MBR膜池设备间(净空11.5 m)喷水强度按8 L/(min·m²)考虑,其余(净空7 m)均按6 L/(min·m²)考虑,火灾延续时间按1 h考虑,消防用水量按40 L/s设计。自动喷淋灭火系统输配水管路采用环状网布置,水力报警阀处的最大压力按1.2 MPa控制,最不利点喷头最低压力按0.05 MPa控制。
根据《气体灭火系统设计规范》(GB 50370),总配电间及MBR膜池配电间设有七氟丙烷气体灭火系统,采用全淹没灭火方式,设计浓度为9%。
根据《建筑灭火器配置设计规范》(GB 50140),地下箱体内的灭火器采用磷酸铵盐干粉灭火器,共设置143处,每处均配置两具手提式灭火器,局部配置推车式灭火器,以确保其最大保护距离满足规范要求。
3.4 通风及防排烟设施
地下箱体采用机械强制通风换气系统,且与除臭系统分开设置。根据《建筑防排烟系统技术标准》(GB 51251)的要求,地下箱体内属于高度自动化的工业厂房,区域内均无较多可燃物、无人员停留,故可不做排烟系统。负1层第1防火分区为一个防烟分区,设置有机械排烟系统,排烟量按照《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》条文8.2.5计算,负1层第2、3防火分区的疏散走道,设置有机械排烟系统,排烟量按照《建筑防烟排烟系统技术标准》条文4.6.3计算。疏散楼梯间、消防电梯前室设置机械加压送风系统,楼梯间与前室间设置余压阀,以保证楼梯间、前室的余压满足规范要求。根据《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50019)条文6.3.8,地下箱体内各区间换气标准见表3。
3.5 消防设计小结
该地埋式污水处理厂地下箱体建筑消防设计严格执行《建筑设计防火规范》的要求,箱体内的消防设施由消火栓灭火系统、自动喷淋灭火系统、气体灭火系统、便携式灭火器、火灾自动探测系统、通风及防排烟设施组成,单个防火分区最大允许建筑面积按2 000 m²控制。除此之外,地下箱体内还设有除臭系统,对生物处理区等设备较少的单元设置混凝土密封顶板,对预处理区、污泥处理区、膜池等必须敞口的单元的设备采用除臭罩密封,在维持良好工作环境的同时降低危险气体浓度和爆炸风险。该方案为保证工艺设计的合理性、便捷性提供有力支撑,同时也提升了厂区地面景观效果。
04 结语
(1)国内尚无针对性的消防设计专项标准,现行标准体系未能充分考虑污水处理厂的火灾特征,对地下箱体的设计约束较大。
(2)案例总结表明,目前我国地埋式污水处理厂的消防设计依据主要可分为“五级三类”。对于规模较大、防火分区划分较难的地埋式污水处理厂,一般可通过相关部门认可后的性能化消防设计方案突破现行《建筑设计防火规范》的要求,但是各厂执行情况不统一。
(3)为了解决地埋式污水处理厂消防设计的法理依据,有必要尽快总结地埋式污水处理厂消防设计经验和存在问题,适时启动对现行规范体系的完善工作。
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