火力发电厂水消防给水系统水力计算研究

张 捷，胡华强

(1.中机国能电力工程有限公司，上海 200061；2.江苏省电力设计院有限公司，江苏 南京 211102)

火力发电厂水消防给水系统水力计算研究

张 捷1，胡华强2

(1.中机国能电力工程有限公司，上海 200061；2.江苏省电力设计院有限公司，江苏 南京 211102)

根据相关规程的要求，对火电厂消防给水系统的设计计算进行分析研究。以某燃煤电厂工程实例，对部分水消防灭火系统在施工图设计阶段进行了设计计算研究，发现了其对消防给水设备、消防储水设施要求与消防设计规范所规定的最低要求存在较大差距,应引起设计人员的重视、关注。

管网水力计算；消防用水量；系统工作压力；消防储水量。

1 概述

火力发电厂生产工艺过程复杂，主机辅机系统众多；厂内带电设备多，电缆密布，存在各类可燃性固体、液体；一旦发生火灾，火势发展快，扑救困难，经济损失大，修复时间长。火力发电厂厂内主要有：主厂房区、配电装置区、点火油罐区、贮煤场区等重点消防区域。

对于大中型火力发电厂(主要指单机容量300 MW及以上的机组)，按照设计常规将对各保护对象(含设备与建构筑物)配置对应的火灾自动报警系统和固定灭火系统，固定灭火系统主要包括：固定式气体灭火系统、泡沫灭火系统、水喷雾系统、自动喷水系统(含水幕系统)等；水消防灭火系统在其中占据着极其重要的地位，汽机房、锅炉房内的绝大部分保护对象、变压器、输煤系统、柴油发电机及柴油机消防泵组常规均采用水消防灭火系统进行防护。因此，水消防灭火系统的配置与火力发电厂的消防安全息息相关。

2 火力发电厂消防给水系统的确定

根据现行的GB50229－2006《火电发电厂与变电站设计防火规范》第7.1.5条，目前火电厂一般均对各水消防灭火系统合并设置消防给水系统(合并设置的消防给水系统包括消防水池、消防水泵、消防稳压装置、厂区消防管网等)。因此，电厂消防水池的储水容积应满足所有水消防灭火系统一次灭火用水量的要求；电厂消防给水系统的设计流量、扬程应满足所有水消防灭火系统用水量、压力的要求。

按照设计要求，在火力发电厂消防设计的初步设计阶段，将对全厂消防用水量和水压进行估算；保证最不利点消火栓和各类水消防灭火系统所需的水压、用水量以及一次火灾所需消耗的最大消防用水储量，并将以此为依据对消防给水系统设备编写技术规范书并进行招标。

以某2×300 MW燃煤电厂为例，按照消防规范中的消火栓及水消防灭火系统的配置要求，消防给水系统的用水量、储水量和水压的计算参见表1和表2。

表1 火力发电厂主要建筑设施消防用水量、储水量计算

表2 火力发电厂最不利点水压计算

根据表1、表2可知，此电厂消防最大用水量为主厂房所需122.5 L/s，折合约441 m3/h，最大水头为主厂房所需1.03 MPa，火灾发生时所需最大一次消防用水总量为主厂房所需576 m3。由此可确定，该电厂的消防给水系统理论出力：Q=441 m3/h，H=103m；理论消防储水容积：576 m3。

3 系统实际消防用水量差异

表1中的消防用水量、储水量仅仅是依据规范中最低的强度要求结合保护对象外形尺寸得到的最小消防用水量(又称理论用水量)，其实际用水量与各水消防灭火系统喷头的布置位置、高程、阀组处的消防供水压力有关；实际计算出的系统设计用水量，往往要比最小消防用水量大得多。

以某火电厂送至主厂房的最后一段输煤栈桥C7为例。

该栈桥：宽8 m，长171 m，栈桥倾角16°，自喷系统作用面积160 m2。

按照GB50084－2001《自动喷水灭火系统设计规范(2005年版)》要求，此段栈桥配置的水消防灭火系统的理论用水量为：8L/m2·min×160 m2＝1280 L/min＝21.33 L/ s；自喷系统作用面积内喷头布置详见图1。

图1 自喷系统作用面积内喷头布置图

图1中，当栈桥自喷系统最不利作用面积(即距离阀组最远且最高的160 m2作用面积)内的最不利点喷头处达到最低工作压力和喷水强度要求时，最不利喷头工作压力为0.08 MPa，最不利作用面积起点处压力为0.29 MPa，作用面积内平均喷水强度为13.52 L/m2·min实际计算出的最不利作用面积内系统设计用水量高达36.06 L/ s，是理论用水量的1.7倍。

而栈桥长达约171 m，总平面面积约1368 m2；栈桥内自喷系统布置详见图2、图3。

图2 C7栈桥自喷系统平面布置图

图3 C7栈桥自喷系统透视图

图中，栈桥自喷系统最有利作用面积(即距离阀组最近的160 m2作用面积)内系统设计用水量，较之最不利作用面积内系统设计用水量又存在着较大的差异。此差异源自于两处作用面积间存在着的巨大的系统工作压力；巨大的压力差又来源于两点：第一，从最不利作用面积到最有利作用面积，两者间连接着长约150 m的栈桥，因而两者之间也连接着长达150 m的供水干管，则此时两处作用面积间工作压力上因为供水管网水头损失造成的压差，数值上等于这150 m长度的供水干管中所有沿程、局部阻力损失总和，共计约25.26 m H2O；第二，同样因为从最不利作用面积到最有利作用面积，两者间连接着约长150 m的栈桥，两处作用面积间工作压力上因为静压力造成的压差约为43.01 m H2O；综合考虑以上两点因素，最不利作用面积系统工作压力(0.29 MPa)与最有利作用面积系统工作压力(0.98 MPa)差值达到了0.69 MPa，两者的系统设计用水量分别为36.06 L/ s和65.46 L/ s，相差1.81倍；而最有利作用面积处的系统设计用水量已经达到理论用水量的3倍多。上述论述可以看出，仅满足理论计算结果的消防用水量、储水量，是不能够满足实际灭火系统工作的需要的，必须全面校核实际供水情况下消防灭火系统所需的用水量、储水量。该电厂所选消防给水系统设备、储水量皆能满足要求。

4 影响消防用水量差异的其他因素

上述分析内容不是影响水消防灭火系统设计水量的全部因素。

由于火电厂消防给水系统的水量、扬程应满足所有水消防灭火系统水量、压力的要求，事实上，供至水消防灭火系统阀组处的压力并不一定刚好吻合该灭火系统最不利点的最低工作压力和强度要求，往往会有一定的富余；因此，适当的减压措施必不可少，以免出现消防供水压力过大，导致系统用水量过大，在火灾延续时间内消耗过多消防水，造成消防储水量不足的恶性后果；而在我国现行的消防规范中，并未像美标NFPA11中第5.2.5.2.3条以及第5.3.5.3.4条中那样，含有对灭火强度超过规定要求的情况可以减免火灾延时的条款。

此外，在GB50229－2006《火电发电厂与变电站设计防火规范》第7.2.2条和第7.4.1条中多次要求对满足条件的消防系统给水管网进行成环布置并要求两路以上进水，目的是为了保证在一路管线断水或泄漏的不利条件下，另一路进水也能够完全满足水消防灭火系统的用水量、水压要求。而在水消防灭火系统真正投入使用时，两路进水管线往往均为完好，水消防灭火系统同时使用两路消防供水。根据管网平差的基本理论，此时到达灭火系统阀组处的消防供水压力要比一路供水校核工况下该处的供水压力大，仍以上述电厂C7栈桥为例，在一路供水情况下，到达灭火系统阀组处的压力较之两路供水情况低0.05 MPa以内，对系统消防用水量的影响不大。

因此，目前合理的做法是，在消防水泵参数选定的情况下，单路供水的工况下，应校核消防给水系统的流量、扬程；两路以上供水的工况下，应复核全厂消防储水量；只有当各方面均满足条件时，才能说该电厂消防给水系统是合格、可靠的。

5 结论

综上所述，火力发电厂水消防灭火系统水力验算在整个电厂的消防设计过程中至关重要；只有对全厂各水消防灭火系统进行完整的核算，才能保证在实际发生火灾时消防给水系统各设备、消防储备水量均能满足需要，从而真正实现火电厂的消防安全保障。

[1] GB 50229－2006，火力发电厂与变电站设计防火规范[S].

[2] GB50084－2001，自动喷水灭火系统设计规范(2005年版)[S].

[3] NFPA 11，Standard for Low－, Medium－, and High－Expansion Foam[S].

Research on Hydraulic Calculation for Firefighting Water Supply System in Thermal Power Plant

ZHANG Jie1, HU Hua-qiang2
(1. China Sinogy Electric Engineerng Co.,Ltd., Shanghai 200061, China; 2. Jiangsu Electric Power Design Institute, Nanjing 211102, China)

According to current standards, the article analyses the design of firefighting water supply system in fossil fired power plant. Illustrated by the example of 2×300 MW coal-fired power plant, do some research on the firefighting system in detail design. And it is found that there is a wide mismatch in the requirements of firefighting water consumption and firefighting water storage to the specification standard. And attention should has been paid to this.

hydraulic calculation of network; firefighting water consumption; system operating pressure; firefighting water storage.

TM621

B

1671-9913(2017)02-0015-04

2017-02-06

张捷(1983- )，男，江苏南通人，注册公用设备工程师，从事电厂水工消防设计工作。