沙湾水电站消防供水系统的优化设计

2013-08-15向春见

山东工业技术 2013年14期

向春见

(大唐观音岩水电开发有限公司，四川攀枝花617012)

1 沙湾水电站消防供水系统缺陷

消防供水系统取自两路水源，一路来自坝区消防水箱，另一路来自变频泵（火灾时来自消防泵），两路水源互为备用。在消防系统日常运行中，由于消防变频泵所提供水压力为0.67MPa，而消防水箱提供压力完全来自于水的自重，用水压力完全由用水处高程决定，通常情况仅为0.1-0.3MPa，且在消防水箱出水侧安装逆止阀，所以在正常状况下，消防供水系统仅仅取自变频泵供水一条支路。

沙湾电站此种消防系统的配置是出于安全考虑，使整个消防系统在全厂失电的状况下亦能在一定的时间内维持消防供水。但是此种配置确实不尽合理，主要有以下两点：

（1）消防变频水泵运行时间过长，可靠性较差。在日常运行过程中，由于机组主轴密封用水、生活用水、深井泵润滑用水均取自消防供水系统，消防管网压力将会不停的变化，而消防变频泵作为正常状态下维持消防管网压力的唯一动力来源将会不停工作，并且来回切换，将会造成其寿命大大降低。沙湾水电站两台变频泵在投运两年之后均因寿命极限而烧毁。

（2）消防供水能耗大、能效低。正常情况下，由两台变频泵维持消防系统压力，这种供水方式是一种低效高能耗的供水方式。首先，消防用水取自上游，通过消防滤水器送至消防清水池之后，再由变频泵将消防清水池内水源送至用户，这种供水方式并未充分利用水自身所携带重力势能，能效低。其次，除消防管网需维持0.67MPa 以外，其他消防水用户均无此压力要求，所以在实际供水过程中出现升压再降压的能量浪费过程。例如，机组主轴密封水水压必须维持在0.05-0.2MPa之间，所以在使用初始压力为0.67MPa 的消防水时，还必须先通过减压阀进行降压，这种过程造成极大的能量损耗。

总之，沙湾电站消防供水系统存的设备使用不合理，可靠性差，能耗大、能效低等缺陷，不利于水电站的安全高效运行。

2 沙湾水电站消防供水系统改造设计

改造方案包括以下三方面：第一，改变原消防供水系统不合理的供水布局；第二，用新型消防水压系统替代消防变频水泵维持消防管网系统压力；第三，改变消防清水池的设计，充分利用上游水源自身重力势能。

2.1 沙湾水电站消防用水的合理化配置

通过以上分析可知，沙湾水电站消防供水系统在日常运行过程中并未充分利用消防水箱，而使用效率较低的变频水泵；并且消防供水日常用户并不需要0.67MPa 压力的消防水。为此，作者对沙湾水电站消防用水进行了合理化配置。

由图二所示，在正常状况下，消防供水切换阀处于全关位置，日常消防供水用户以消防水箱作为主用水源；而消防系统管网压力将由消防主供水系统提供（具体提供设备后述）。当遇火灾事故或者消防水箱水位过低时，消防供水切换阀将自动（手动）开启，以实现两路消防水的冗余供水效应。

2.2 新型消防水压维持系统的设计

在沙湾电站消防供水系统日常运行中，采用两台变频泵维持消防系统管网压力，采用隔膜式气压供水罐调节消防水系统的正常使用压力。由于用水量大，这种配置往往造成变频泵长时间运行，隔膜式气压供水罐的保压效果并不明显。为此，作者设计了新型消防水压维持系统，其基本工作原理如图1 所示。

新型消防水压维持系统通过连接低压气系统维持所需0.67MPa的压力，并通过压力水罐的水位来控制消防维压水泵的启停，维持系统所需的基本用水。当火灾事故发生导致用水量较大时，则采用大功率消防泵为管网供水，这时压力水罐就充当隔膜式气压供水罐的角色，调节消防水系统的正常使用压力。

2.3 封闭式消防清水池的设计

沙湾水电站消防供水系统上游水源的正常水位为432m，通过两台消防滤水器过滤之后，进入消防清水池，再由消防清水池供给消防水用户。由于消防清水池水位仅为406m，所以在实际运行过程中并未充分利用上游来水的重力势能，存在极大能量浪费。为此，作者提出了封闭式消防清水池的设计。其基本原理如图1 所示。

上游库区水源将会通过消防滤水器流至封闭式正压消防清水池。由于封闭式正压消防清水池处于密封状态，且消防水用户高程均高于上游取水口高程432m[用户1：消防管网（等价高程499m）；用户2：消防水箱（437m）]，所以上游所取消防水将会不断流向封闭式正压清水池，流水不断挤压封闭式正压清水池上方空气，形成正压空气。此时，封闭式正压清水池仅相当于连通器的中间环节，上游来水重力势能得到充分利用。