燃煤電廠消防給水雙系統(tǒng)研究與應(yīng)用

大連泰山熱電有限公司 李 雷 李 帥 黃慶勇

消防水泵的選型工作十分關(guān)鍵，需確保能滿足最壞情況下的供水壓力要求。但在滅火過程中起實際作用的消防設(shè)備往往低于設(shè)計值，尤其是自動噴水滅火系統(tǒng)，人為無法控制開放噴頭的數(shù)量和出水量。成功滅火、控火的事例中，自動噴水滅火系統(tǒng)的出水量往往低于設(shè)計流量，水泵出水量低于額定值時，其工作點曲線左移，導(dǎo)致水泵的壓力升高。電廠消防有用水點多的特點，對水量及水壓的要求差別很大，雖然選用流量一揚程曲線盡量平緩的水泵，但往往還會發(fā)生超壓現(xiàn)象。如火災(zāi)初期，一支或兩支水槍出水、一至兩個噴頭出水，水泵將在小流量、高揚程情況下工作；水泵檢查或?qū)嶒炦\轉(zhuǎn)時一支水槍出水，也存在小流量、高揚程的情況。

1 某電廠的耐火等級與防火分區(qū)

1.1 廠區(qū)消防管網(wǎng)及室外消火栓布置

工廠消防給水系統(tǒng)要按照實際情況進(jìn)行布局，通常會設(shè)置為若干小的環(huán)形結(jié)構(gòu)，使整個工廠形成一個大的環(huán)形，且至少有兩條管道從消防水泵房向環(huán)網(wǎng)輸送。使用閥門將整個環(huán)形結(jié)構(gòu)分為幾個單獨分段，在每個分段中消防栓數(shù)目不得多于5個。規(guī)范中明確指出，戶外消火栓之間的間隔不得大于120m，這是為消防車輛所用消火栓而設(shè)計的，同時建筑外部消火栓的數(shù)目和配置間隔應(yīng)被考慮在內(nèi)。當(dāng)前火力發(fā)電廠大多數(shù)建筑都配備了消防栓，如消防水管的長度和數(shù)量不足，可從室內(nèi)的消火栓箱中獲得。

此外，也不需每個戶外消火栓都配備有水管和消防水槍，在管網(wǎng)及戶外消防栓安裝完畢后，應(yīng)對管網(wǎng)進(jìn)行更準(zhǔn)確的供水需求設(shè)計。計算出供水管網(wǎng)的管段直徑，并求出在不同設(shè)計流量下的水頭損耗。只有這樣才能對泵的揚程進(jìn)行計算，從而得到各個用水點比較精確的用水?dāng)?shù)據(jù)。通過對各個消防系統(tǒng)進(jìn)行水力計算判斷是否需要采取降壓措施，可防止壓力起伏問題，此步驟可選用環(huán)網(wǎng)平差法并編成程序上機(jī)計算。

1.2 主廠房室內(nèi)消防管道

主廠房的最底層有許多不同的管線，為防止管線交叉和碰撞對設(shè)備的安裝和維修造成一定的影響，在運行層布置環(huán)形管線非常有必要，無論從設(shè)計、安裝、維護(hù)等方面都會有很大優(yōu)勢，且可在考慮排放問題的情況下對管網(wǎng)進(jìn)行傾斜設(shè)計。由于整個系統(tǒng)會有一段時間的空氣積聚，所以盡管在主廠房的消防管路中并沒有要求安裝排氣設(shè)備，但國外及國內(nèi)的發(fā)電廠在設(shè)計時都會采用排氣系統(tǒng)。將環(huán)管設(shè)于輸送層即可有效解決排氣問題，但如果將環(huán)管設(shè)于最底層，則需在各豎管上增設(shè)排氣設(shè)備，同時也會增加排氣管泄漏的幾率，因此會對整個管道的壓力保持產(chǎn)生一定的影響。

陽宗海電廠、巡檢司電廠、宣威5、6期電廠的環(huán)網(wǎng)都位于下層，今后在運行層應(yīng)盡可能地考慮采用水平環(huán)形網(wǎng)。常高壓控制裝置可隨時適應(yīng)室內(nèi)滅火所需的壓力和流量需求，無需設(shè)定遙控開關(guān)。若使用具有穩(wěn)壓泵的臨時高壓供水系統(tǒng)，當(dāng)室內(nèi)消火栓開啟后，供水管路中的壓力會隨之降低，而無需設(shè)定滅火泵遙控開關(guān)?；鹆Πl(fā)電廠使用的是單獨的滅火供水系統(tǒng)，很少會出現(xiàn)水泵故障問題（設(shè)有一個備用泵），也基本不會發(fā)生停電問題（雙回路），保證了室內(nèi)的滅火用水需要。如出現(xiàn)故障就須有消防隊從城市管網(wǎng)、河流中取水，再用抽水機(jī)將水輸送到消防管網(wǎng)中，這樣才能保證消防安全。

2 滅火器配置設(shè)計

2.1 滅火器配置場所危險等級的確定和火災(zāi)種類

按照《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》(GB 50140-2005)中第3.2.2條可知，本電廠具有人多且空間密集、用電較多、有很多的燃燒物可發(fā)生燃燒及火災(zāi)發(fā)生后煙霧、熱氣等都蔓延較快、撲救火災(zāi)時因煙霧彌漫等問題導(dǎo)致?lián)渚容^困難等特點，則本電廠危險級別屬于中危險級別；且《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》(GB 50140-2005)中規(guī)定電廠為中危險級別，綜上本電廠的滅火器配置按中危險級考慮布置。

2.2 滅火器設(shè)計計算

計算單元劃分及保護(hù)面積確定。據(jù)《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》(GB 50140-2005)第7.2.1條規(guī)定可知，為更好地?fù)錅缁馂?zāi)，在對滅火器進(jìn)行計算時，按樓層或防火分區(qū)進(jìn)行考慮，不允許跨越樓層和防火分區(qū)。所以可知每個防火分區(qū)都為一個單獨的計算單元，本電廠為一個防火分區(qū)，則本電廠為一個計算單元。據(jù)《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》(GB 50140-2005)第7.2.2條規(guī)定，建筑物滅火器配置場所的保護(hù)面積應(yīng)按建筑面積進(jìn)行計算，但在實際進(jìn)行布置時要考慮實際情況進(jìn)行計算，所以要除去樓梯面積與坡道進(jìn)出口等，可在樓梯與設(shè)備用房等單獨設(shè)置滅火器，則需設(shè)置的防火分區(qū)的建筑面積約為3060m2，設(shè)備用房的面積為107.61m2，值班室面積為26.598m2。

滅火器設(shè)置點的位置和數(shù)量的確定。電廠的面積較大也較空曠，正常除去立柱外一般無其他障礙物，手提式滅火器在這種情況下使用較為順暢，而推車式滅火器需兩人合作操作，火災(zāi)發(fā)生時秉承著降低人員傷亡率原則，應(yīng)最大限度的減少進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場的人員，所以推車式滅火器不適用于電廠，應(yīng)選用手提式滅火器。按《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》(GB 50140-2005)第5.2.2條規(guī)定可知，手提式滅火器的最大保護(hù)距離為12m。則根據(jù)現(xiàn)場圖紙可得，防火分區(qū)滅火器設(shè)置點的數(shù)量為N=12個，設(shè)備用房、值班室與兩個樓梯的面積較小，可分別設(shè)置一個滅火器設(shè)置點。

驗算各設(shè)置點和各單元實際配置的所有滅火器的滅火級別。根據(jù)實際放置，本防火分區(qū)共設(shè)置16個滅火器設(shè)置點，其中在電廠中設(shè)置12個滅火器設(shè)置點，每個設(shè)置點放置5具3kg的磷酸銨鹽干粉滅火器；在設(shè)備用房中設(shè)置一個滅火器設(shè)置點，放置3具3kg的磷酸銨鹽干粉滅火器；在樓梯與值班室中各設(shè)置一個滅火器設(shè)置點，放置一具3kg的磷酸銨鹽干粉滅火器。

3 某電廠火災(zāi)給水系統(tǒng)設(shè)計

3.1 給水系統(tǒng)的選型

給水系統(tǒng)就是指在火災(zāi)發(fā)生時，能自動或手動啟動給水滅火的一種裝置，能對人們的生命財產(chǎn)安全起到很好的保障作用。給水系統(tǒng)有很多分類，根據(jù)管道開閉形式不同，可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)兩大類，其中兩大類也會分為幾小類，根據(jù)場所的性質(zhì)進(jìn)行給水系統(tǒng)的選擇是至關(guān)重要的。依照《給水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB 50084-2017）第4.2.2條規(guī)定可知，在場所的環(huán)境溫度介于4℃與70℃之間時，應(yīng)采用濕式系統(tǒng)。再綜合考慮規(guī)定及其場所的特殊性，本電廠將采用閉式濕式系統(tǒng)。

閉式濕式給水系統(tǒng)是由閉式管道、管道系統(tǒng)、安全閥、止回閥、信號蝶閥、濕式報警閥、水流指示器、壓力表、末端試水裝置等組合而成。其工作原理為當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，管道上的熱敏原件在溫度的作用下，達(dá)到或者超過最高溫度，其熱敏原件將破裂，管道隨即開起，實施給水以達(dá)到滅火的作用。本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、施工、管理與維護(hù)都較方便，且滅火速度較快，消防效率高，應(yīng)用廣泛，可放心使用等優(yōu)點。

3.2 設(shè)置場所火災(zāi)危險等級

根據(jù)《電廠設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50067-2014）第7.2.2條規(guī)定可知，在電廠在進(jìn)行自8動給水滅火系統(tǒng)設(shè)計時，其火災(zāi)危險等級按中危險等級判定；根據(jù)《給水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范 》（GB50084-2017），直接將電廠規(guī)定為中危險等級II級。綜上，本電廠危險等級按中危險等級II級確定。

3.3 管道的設(shè)置

根據(jù)《給水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50084-2017）第6.1.3條規(guī)定可知，在不吊頂?shù)碾姀S可采用直立型管道；結(jié)合場所特點本電廠采用玻璃球閉式管道，公稱動作溫度為68℃的管道，其工作液色標(biāo)為紅色。

根據(jù)《給水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50084-2017）第7.1.2條規(guī)定，在對直立型管道進(jìn)行布置時，由給水的強(qiáng)度、管道的流量系數(shù)等共同來確定其同根配水支管上的管道間距，以及相鄰配水支管上的間距。依照標(biāo)準(zhǔn)可知，本電廠屬于中危險II級，一只管道的最大保護(hù)面積為11.5m2，管道距離墻端的距離最大為1.7m、最小為0.1m。管道在進(jìn)行正方形布置時，其邊長為3.4m，在進(jìn)行矩形或平行四邊形布置時的長邊長為3.6m。綜上，管道在進(jìn)行布置時的間距取決于布置的形狀，根據(jù)形狀的不同間距也不同，間距長度是在進(jìn)行什么形狀的布置時，不得大于此形狀的邊長或長邊長、且都不小于2.4m。

本電廠危險等級為中危險II級，依照《給水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50084-2017）第5.0.1條規(guī)定，中危險II級其給水強(qiáng)度為8L/min.m2，作用面積為160m2，系統(tǒng)最不利點處管道的工作壓力取0.10MPa。管道布置有正方形、矩形和菱形3種形式，本電廠的給水系統(tǒng)管道為正方形布置，管道的最大保護(hù)面積為11.5m2（半徑為1.91m）,其正方形布置示意如圖1，其間距計算公式為：L=2Rcos45°=√2R。

3.4 水力計算

本電廠為中危險II級，由4.3章和《給水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范GB 50084-2017》可知，系統(tǒng)作用面積不低于160m2，則本文所選作用面積為161.29m2。

管道流量：q=K√10P，式中：q為管道處節(jié)點流量、L/min，P為管道處水壓（管道工作壓力）、MPa，K為管道流量系數(shù)、取80；流速V：V=4qxh/πDj2， 式 中 ：Q 為 管 段 流 量 L/s、 Dj為管道的計算內(nèi)徑（m）；水力坡降式中：i為每米管道的水頭損失（kPa/m）、dj為管道的計算內(nèi)徑（m）、qg為管道設(shè)計流量（L/min）、Ch為海登—威廉系數(shù)、鍍鋅鋼管120Ch。其中管徑/管內(nèi)徑數(shù)據(jù)（mm）分別為25/27.3、32/35.4、40/41.3、50/52.7、65/68.1、80/80.9、100/106.3、150/159.3。沿程水頭損失：h沿程=i×L，式中L為管段長度（m）；局部損失（采用當(dāng)量長度法）：h局部=i×L(當(dāng)量)，式中L(當(dāng)量)為管段當(dāng)量長度，單位m；總損失：h=h局部+h沿程+h高差；終點壓力：hn+1=hn+h。

綜上，電廠消防給水干管應(yīng)根據(jù)室外消防管網(wǎng)的布置，采用分散與整體共存的組合給水方式。電廠消防給水管的給水方式根據(jù)輸煤構(gòu)筑物的自身特點確定，輸煤棧橋內(nèi)采用順坡給水、煤倉間皮帶層采用中間給水、卸煤溝根據(jù)管材用量最少的原則確定最優(yōu)給水方式。