酸洗线在钢铁冶金领域生产中起着关键作用, 它主要是借助于机械和化学的作用, 把从热连轧厂来的带钢钢卷表面氧化铁皮及污垢去掉, 得到表面清洁的带钢。目前国内众多大型钢铁企业均建设有冷轧酸洗线, 绝大部分都采用槽式酸洗工艺。PP高分子合成材料由于其良好的可塑性、耐酸性和较低成本而在制造酸洗槽上得到广泛应用。但由于PP材料具有可燃性, 在实际生产中若发生生产事故, 将造成重大财产损失。水喷雾是将水通过特殊构造的水雾喷头, 呈雾状喷出, 雾状水滴的平均粒径一般在100~700μm。水雾喷向燃烧物, 通过冷却、窒息、稀释等作用扑灭火灾, 也可以向保护对象喷射水雾进行防护冷却。本文通过设置固定式水喷雾冷却防护系统, 对PP槽和罐进行保护, 从系统选择、合理性设计等, 探讨水喷雾冷却防护系统在现代钢铁企业生产安全中的应用。

　　 自1970年代我国引进冷轧生产工艺以来, 国内的冷轧生产线数量不断增多, 酸洗工艺在钢铁冶金领域冷轧带钢生产中起着关键作用。国内酸洗线绝大部分采用了槽式酸洗工艺。随着国内冷轧生产线的增多, 相应的区域安全问题在生产线运行多年后逐渐出现。国内报道有关酸洗工艺火灾发生多起, 见图1所示。

　　 国内某钢厂某个冷轧生产线已建设运营多年, 在生产运营过程中发生过火灾事故。为保护其冷轧酸洗线生产安全, 维护生产正常进行, 减少火灾时财产损失, 业主方决定对冷轧生产线酸洗线设置一套防护系统进行保护。

　　 酸洗槽原料为PP材料。国内近年来发生的几起酸洗槽火灾火情发展迅速一方面是由于PP材料极易迅速熔化;另一方面, 酸洗槽内酸和金属反应生成了微量氢气, 对火灾起到了一定的助推作用。

　　 冷轧属于钢铁冶金企业中的一个工艺, 其适用规范包括《钢铁冶金企业设计防火规范》 (GB 50414-2007) 以及《建筑设计防火规范》 (GB 50016-2014) 。由于当前规范中没有关于酸洗槽区域设置何种消防保护的条文规定, 故无法依据规范对保护对象进行消防设计。

　　 为降低酸洗槽温度并减少其融化状态的流动性, 从而降低火势扩张速率, 达到控制火情目的, 考虑在酸洗槽周边设置一套冷却系统, 同时在酸洗槽平台增设一定数量的室内消火栓作为辅助措施。增设的室内消火栓接入车间内原有室内消火栓系统管网, 原系统供水可以满足要求。酸洗生产线一般架空设置, 包括地上和地下空间。为保证防护效果并考虑降低发生火灾期间对生产恢复的影响, 综合表1灭火系统的比较, 水喷雾系统最为合适。

　　 在本例所涉及项目中, 工厂已建成车间内无可用于水喷雾冷却防护系统的供水源。为满足水喷雾冷却用水需求, 本方案拟新设1组水喷雾加压泵, 考虑1用1备, 就近设置在保护区域附近。由于循环水泵房内净循环泵供水能力达到2 000m³/h≈555L/s, 初步判定其总供水能力可以满足水喷雾防护冷却系统用水需要, 因此暂定利用循环水池作为水喷雾冷却防护系统水源。

　　 为保证发生火情时及时报警和反馈, 考虑增加部分自动探测报警设备, 接入原有报警控制系统, 同时设置安全监控系统摄像头, 以便及时发现火灾, 手动启动水喷雾防护冷却系统进行控火。

　　 冷轧厂酸洗线为单层共一条生产线, 酸洗生产线设备设置在高出地面6.575m的酸洗平台上。酸洗区域分电解槽和混酸段, 酸洗槽以及旁边贮酸罐为可燃耐酸PP材质。

　　 冷轧酸洗车间地面标高为±0.00m, 酸洗工艺流水线位于车间中部。

　　 根据《水喷雾灭火系统设计规范》 (GB 50219-2014) 列出的防护类型, 酸洗槽设计参数参考固体火灾的冷却防护设计要求, 其中冷却防护设计延续时间不小于1h;贮酸罐设计参数参考甲、乙、丙类液体罐冷却参数, 其中由于罐体直径小于20 m, 故设计持续冷却时间按不小于4h, 水雾喷头设计工作压力不低于0.25MPa。经过与业主方充分沟通, 以上方案获得了业主方的认可。水喷雾冷却防护系统设计参数见表2。

　　 水喷雾冷却防护系统所有管道均采用内外壁热镀锌钢管, 外涂防腐油漆, 250>DN≥100的管道采用专用沟槽式管道连接器连接, DN<100的管道采用螺纹连接。

　　 酸洗槽工段共18个酸洗槽, 其中电解槽10个, 混酸槽8个, 每2个酸洗槽为一个保护区, 分别用雨淋报警阀组控制, 共设置9组雨淋报警阀组。雨淋报警阀组及其控制箱放在主厂房靠近柱列处。

　　 当发生火灾时, 按照同时启动2个保护区工况考虑, 见图2所示。

　　 水喷雾冷却防护系统设计参数见表2, 喷头参数见表3。

　　 酸洗槽分为2种规格, 理论水量计算结果见表4。

　　 考虑安全因素, 实际需要布置喷头数量:混酸槽单槽12只喷头, 单区24只喷头;电解槽单槽9只喷头, 单区18只喷头。单次酸洗槽水喷雾冷却用水流量按2个最大区同时启动计算, 不小于24×63×2×1.05=3 175.2 (L/min) =52.92 (L/s) , 单次酸洗槽水喷雾冷却用水总量不小于3 175.2×60=190.5 (m³) 。

　　 按照工艺分布, 沿生产线方向电解槽旁分布有2个贮酸罐, 混酸槽旁分布有4个贮酸罐。按照电解槽与混酸槽分开的工艺设置, 贮酸罐考虑设置2个防护分区, 电解槽旁的2个贮酸罐为1个防护分区, 混酸槽旁的4个贮酸罐为1个防护分区, 采用水喷雾系统进行冷却保护, 每个防护分区均设1组雨淋报警阀组及其控制箱于主厂房靠近柱列处。当相应槽段发生火情后, 槽体设置的水喷雾冷却防护系统不能控制酸洗槽火情情况下, 启动该槽段侧贮酸罐水喷雾冷却防护系统对罐体进行冷却保护。

　　 水喷雾冷却防护系统设计参数见表2, 喷头参数见表5。保护区计算喷头数见表6。

　　 考虑安全因素, 实际需要布置喷头数量:混酸槽段单个贮酸罐9只喷头, 单组分区共36只喷头;电解槽段单个贮酸罐9只喷头, 单组分区共18只喷头。

　　 当酸洗槽发生火情后, 罐体冷却防护用水量最大的为第一组4个贮酸罐, 用水量不小于36×53.33×1.05=2 014.74 (L/min) =33.579 (L/s) 。贮酸罐单次水喷雾冷却用水总量不小于2 014.74×60×4=483.6 (m³) , 由于483.6 m³在所有冷却防护系统用水量中最高, 因此水喷雾防护冷却供水能力应以该值进行校核。从已掌握的该厂循环水量参数, 其净循环水泵供水能力在2 000m³/h以上, 厂内正常生产为24h倒班制, 循环水池供水能力完全可以满足水喷雾防护冷却系统用水需要。

　　 以上为初步计算水喷雾冷却防护系统两种类型防护对象的最小用水量, 酸洗槽与贮酸罐冷却系统不同时开启。酸洗槽防护区冷却用水流量、防护喷头设置高度要求比贮酸罐防护区均要高, 故防护冷却系统供水泵参数以酸洗槽防护区需求来确定。由于酸洗工艺较长, 距离泵房最近的两个酸洗槽防护区喷头实际的工作压力比最不利两个防护区要大, 在根据规范相关公式对水喷雾冷却防护系统按照各个区段实际计算后, 所需水量接近80L/s, 最终确定冷却系统供水泵参数为Q=80L/s, H=80m。

　　 由于目前国内规范对于酸洗工艺段是否设置自动灭火系统没有明确的规定, 因此在进行本项内容设计时是按照工艺系统增加冷却装置的原则进行考虑。

　　 根据目前系统已实施情况, 系统的设置虽然满足了生产安全的需要, 但是日常设施维护也是很重要的一方面, 在日常管理中需要加强区域人员以及维护人员教育, 重视设施的维护。