油浸式變壓器滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)、預(yù)制一體化研究

李倩， 李龍

（1.青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司， 山東 膠州 266300；2.青島晟泰建設(shè)工程檢測(cè)有限公司膠州分公司， 山東 膠州 266300）

油浸式變壓器是發(fā)電廠和變電站的主要電力設(shè)備之一。 油浸式變壓器內(nèi)充滿大量的變壓器油， 一旦發(fā)生火災(zāi)， 不僅影響電廠機(jī)組運(yùn)行， 還威脅到周圍建筑、 設(shè)備和人員的安全， 因此油浸式變壓器滅火系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)提供了安全保障。 水噴霧滅火系統(tǒng)是室外大型變壓器通常采用的一種消防設(shè)施， 技術(shù)較為成熟， 在國(guó)內(nèi)外均有較為廣泛的應(yīng)用。 對(duì)油浸式變壓器滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2018 年版）》、 GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電所設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、DL 5027—2015《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》、 美國(guó)NFPA 15—2007、 NFPA 850—2015 等。 本文對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比分析， 結(jié)合國(guó)內(nèi)工程公司承包的國(guó)外設(shè)計(jì)施工一體化模式工程實(shí)例， 介紹了在美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)NFPA 及ASME 操作規(guī)程下進(jìn)行油浸變壓器滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、 預(yù)制、 包裝的一體化實(shí)施過(guò)程。

1 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

國(guó)內(nèi)對(duì)油浸式變壓器滅火系統(tǒng)的設(shè)置， 常規(guī)依據(jù)GB 50016—2014（2018 年版）、 GB 50229—2019和DL 5027—2015。 這3 本規(guī)范都從油浸式變壓器的裝機(jī)容量方面提出了要求， 其中GB 50016—2014（2018 年版）在8.3.8 條中要求“單臺(tái)容量在40 MV·A 及以上的廠礦企業(yè)油浸變壓器， 單臺(tái)容量在90 MV·A 及以上的電廠油浸變壓器， 單臺(tái)容量在125 MV·A 及以上的獨(dú)立變電站油浸變壓器”應(yīng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)， 并宜采用水噴霧滅火系統(tǒng)； 而GB 50229—2019 在7.1.6 條中對(duì)50 ～150 MW 的燃煤電廠和7.1.7 條中對(duì)200 MW 及以上但小于300 MW 的燃煤電廠規(guī)定“容量為90 MV·A 及以上的油浸變壓器應(yīng)設(shè)置自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、 水噴霧滅火系統(tǒng)或其他滅火系統(tǒng)”。 DL 5027—2015 的10.3.1 條則進(jìn)行了更細(xì)致的規(guī)定： “火電廠包括燃機(jī)電廠單臺(tái)容量為90 MV·A 及以上的油浸變壓器應(yīng)設(shè)置固定自動(dòng)滅火系統(tǒng)及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)”。 水電廠“室外單臺(tái)容量90 MV·A 及以上的油浸變壓器應(yīng)設(shè)置固定自動(dòng)滅火系統(tǒng)及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)”。 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)NFPA 850—2015 并未專門針對(duì)油浸式變壓器的裝機(jī)容量規(guī)模提要求， 而是提出了油浸變壓器油超過(guò)500 gal（1 893 L）需要設(shè)置2 h 等級(jí)防火墻的保護(hù)措施， 如果該保護(hù)措施不能在平面直線距離和高度上提供有效的保護(hù)， 則必須設(shè)置水噴霧或者泡沫滅火系統(tǒng)［1］。

此外， 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度方面也有差別。 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于變壓器及油斷路器的設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度要求為20 L／（min·m2）， 對(duì)集油坑的設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度要求為6 L／（min·m2）， 而美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)NFPA 15—2007 中對(duì)油浸式變壓器設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度要求為： 油浸式變壓器設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度為10.2 L／（min·m2）， 集油坑設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度為6.1 L／（min·m2）［2］。

2 油浸式變壓器滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)預(yù)制一體化

國(guó)外某項(xiàng)目新增5 臺(tái)50 MV·A 油浸式變壓器附設(shè)滅火系統(tǒng)， 項(xiàng)目規(guī)定設(shè)計(jì)、 制造全部采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)， 水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照NFPA 15—2007設(shè)置固定式消防水噴淋設(shè)備， 管材、 板材等材料全部選用ASME 標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)， 管道制造按照ASME 規(guī)程進(jìn)行操作， 包裝按照國(guó)際港口包裝要求進(jìn)行。

2.1 系統(tǒng)組成

油浸式變壓器水噴霧滅火系統(tǒng)主要由水源、 供水設(shè)備、 供水管道、 過(guò)濾器、 雨淋閥組和高速水霧噴頭及相應(yīng)的火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)等組成。 本項(xiàng)目采用穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)， 穩(wěn)壓泵保證管網(wǎng)中的壓力滿足消防時(shí)的要求。 整個(gè)水噴霧滅火系統(tǒng)采用自動(dòng)控制， 緊急情況時(shí)可采用手動(dòng)控制和應(yīng)急操作。

變壓器類帶電類火災(zāi)， 必須選用離心霧化型高速水霧噴頭， 噴頭選型時(shí)需要考慮噴頭的有效射程和最大噴射高度， 使最遠(yuǎn)端在有效射程范圍內(nèi)。 高速水霧噴頭的霧化角， 充分考慮滿足最大覆蓋面的使用要求， 選用120° 霧化角。 由于本項(xiàng)目處于沙漠地帶， 水霧噴頭加設(shè)防塵罩［3-4］。

2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)NFPA 15—2007 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 變壓器水噴霧滅火系統(tǒng)圖和計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1 所示， 主要設(shè)計(jì)參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1、 表2 所示。

表1 油浸式變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)（NFPA 15—2007）Tab. 1 Design parameters of oil-immersed transformer（NFPA 15—2007）

表2 水噴霧滅火系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果Tab. 2 Calculation results of water spray fire protection system

圖1 室外單臺(tái)油浸式變壓器水噴霧滅火系統(tǒng)圖和計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig. 1 System and calculation diagram of water spray fire protetion system for outdoor single oil-immersed transformer

2.3 自動(dòng)報(bào)警和聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)

該項(xiàng)目按照高度在油浸式變壓器外表面1.5 m、4.0 m 處設(shè)置2 層感溫型火災(zāi)探測(cè)器， 在油枕處單獨(dú)設(shè)置1 個(gè)感溫型火災(zāi)探測(cè)器， 在整個(gè)變壓器區(qū)域?qū)翘幐髟O(shè)置1 處視頻火災(zāi)探測(cè)器， 視角覆蓋這5臺(tái)油浸式變壓器區(qū)域。 一旦系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)， 報(bào)警信號(hào)同時(shí)傳送至值班室和消防控制中心。 值班室和消防控制中心可以從視頻監(jiān)控中發(fā)現(xiàn)和了解火災(zāi)情況， 并及時(shí)采取措施并安排消防專業(yè)人員進(jìn)行后續(xù)消防等安全操作［5］。

2.4 管道、 管件材質(zhì)及連接

該項(xiàng)目處于沙漠地帶， 管道不考慮保溫， 管道選用普通ASTM A106 碳鋼管道， 管件選用ASTM A234 管件， 熱浸鋅處理， 所有的大于或等于2 英寸（5.08 cm）的管道采用氬弧焊打底， 焊接連接，其余選用螺紋連接。 包裝運(yùn)輸規(guī)格決定了管道的分段長(zhǎng)度， 段與段之間采用法蘭連接， 法蘭選用帶頸對(duì)焊突面法蘭， 熱浸鋅處理。 高速水霧噴頭選用了銅合金鍍鉻材質(zhì)。

2.5 管道支架設(shè)計(jì)

管道支架的設(shè)置應(yīng)滿足最大允許跨距的要求，需對(duì)管道支架的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算， 計(jì)算時(shí)考慮風(fēng)載、 地震載荷、 管道充水后的重力載荷。 管道支架的生根考慮設(shè)置在地面上， 采用預(yù)埋地腳螺栓進(jìn)行設(shè)置。 在管道的支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上， 本項(xiàng)目采用了聯(lián)合基礎(chǔ)的型式， 即管道支架的基礎(chǔ)和集油坑的基礎(chǔ)做成一體的， 既可以減少管道與變壓器間距， 也加強(qiáng)了管道支架基礎(chǔ)的強(qiáng)度， 有利于現(xiàn)場(chǎng)施工。

3 管道預(yù)制

設(shè)計(jì)預(yù)制一體化要求施工現(xiàn)場(chǎng)盡量減少點(diǎn)火動(dòng)焊， 加大預(yù)制深度， 因而所有的管道及支架都必須在國(guó)內(nèi)預(yù)制完成， 運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后僅僅進(jìn)行螺栓連接。 在管道預(yù)制時(shí)， 需要預(yù)制廠按照ASME 操作規(guī)程， 使所有的操作具有可追溯性。 要求填寫材料到貨驗(yàn)收記錄、 材料追蹤記錄、 鋼管組對(duì)記錄、 焊接記錄、 焊縫檢查記錄、 射線檢驗(yàn)評(píng)定記錄、 射線探傷報(bào)告、 水壓試驗(yàn)報(bào)告、 噴漆記錄、 鍍鋅記錄、 外觀檢查記錄。 這些記錄是竣工資料的一部分， 需要預(yù)制廠嚴(yán)格按照ASME 操作規(guī)程進(jìn)行記錄。

4 包裝發(fā)運(yùn)

將管道運(yùn)輸至國(guó)外施工現(xiàn)場(chǎng)， 包裝是很重要的環(huán)節(jié)， 包裝的型式關(guān)系著合格的產(chǎn)品能否安全合格運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)。 本項(xiàng)目按照國(guó)際包裝運(yùn)輸要求， 對(duì)管道進(jìn)行塑料膜包覆和纏繞膠帶各兩層， 外層包覆防雨布， 整體采用鐵籠包裝， 管道固定在鐵籠上， 防止串動(dòng)。 緊固件、 噴頭等放入鐵箱中， 鐵箱內(nèi)放入海綿等軟性物質(zhì)。 最后統(tǒng)一采用集裝箱運(yùn)輸。

5 結(jié)語(yǔ)

越來(lái)越多的國(guó)外工程項(xiàng)目使用了設(shè)計(jì)預(yù)制一體化的施工模式， 加大工程的國(guó)內(nèi)預(yù)制深度， 減少工程的國(guó)外施工量， 實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)。 精湛的設(shè)計(jì)、 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)念A(yù)制和規(guī)范的操作流程相結(jié)合， 需要在實(shí)踐中結(jié)合設(shè)計(jì)方案和預(yù)制過(guò)程， 給出最優(yōu)化方案， 做到安全可靠、 經(jīng)濟(jì)合理。