准电公司封闭煤场消防水系统的设计

王文渊

（内蒙古国华准格尔发电有限责任公司，内蒙古 准格尔 017000）

0 引言

准电公司煤场建设初期，在煤场四周设置防风抑尘网半封闭措施，并设有喷淋装置，现配合煤场设备共同作业。从运行现状看，贮煤量和防风抑尘效果与设计预期有一定的差距，在实际运行过程中存在煤尘污染问题，仍不能完全消除。在有风季节，煤场区域飞起的煤尘高度远远超过现有的防风抑尘网高度，在煤场设备作业时，并随风向飘向远方；而在恶劣的自然环境条件下，煤场防风抑尘效果更难实现，且经常面临环保污染和煤量流失的双重压力。所以封闭煤场设计和应用势在必行，封闭煤场对周围的环境污染少，在恶劣天气不会由于煤粉溢出而减少煤耗，且符合国家产环保政策，被广泛应用于燃煤电厂。封闭煤场有许多优点，但是需要采取防火防爆的措施，做好封闭煤场的消防设计尤为重要。

1 封闭煤场框架

整体结构形式采用钢网架，网架结构受力合理，能承受各方向的作用，并且为高次超静定结构，如一杆局部失效，整体结构不会失效，安全性很高，钢网架结构中的支撑件是钢架，钢架受力均匀，多个支撑杆件相互作用，整体的完整性和稳定性好，在较大的跨度能够承受不对称的静载荷和动载荷，具有较好的抗震性能。在节点荷载作用下，每个支撑杆件主要承受轴向拉力或压力，能充分提高材料强度，节省钢材，具有空间受力好、刚度大、抗风压（雪压）能力强、抗震性能好以及技术成熟等优点。

2 灭火系统的选择

燃煤电厂的用煤量非常庞大，封闭煤棚贮量约7.9万吨，可满足4×330MW机组约5天耗煤量要求，灭火系统不仅要达到灭火效果，而且要满足自动化、可视化的控制要求，结合目前市场中的实际案例，选用图像型自动跟踪定位射流灭火系统，该系统通过图像处理和模式识别技术进行智能化分析与处理，对火灾进行探测和定位，能够克服红紫外传感器的缺点，适用于大型封闭煤场。图像型自动跟踪定位射流灭火系统将图像安全监控和火灾探测系统、图像定位系统有效结合、局域网总线控制，如图1所示，图像型自动跟踪定位射流灭火系统包括火灾探测和消防水炮图像定位灭火。火灾探测选用防爆图像火灾探测装置，全方位360°采集环境信息，自动识别是否有火灾情况发生，发现火灾后，计算传输火灾相对位置和空间位置，联动消防水炮，同时启动监控中心的声、光、启动录像报警系统[4]。系统在收到火灾报警信号后，消防炮能在3 s内自动启动并开始进行火源自动定位，在其保护范围内自动定位及开始自动出水时间不超过60 s。在有人值班时，值班人员能根据探测系统提供的火灾报警视频信息采用远程手动控制方式灭火，也可根据需要切换至自动控制方式；在无人的值守时采用自动控制方式，实现自动定点式灭火。

图1 图像型自动跟踪定位射流灭火系统

3 消防系统设计

3.1 消防水设计及选用

根据《火力发电厂与变电站设计防火规范》（GB 50229—2019）中条款，确定采用消防水炮。根据国家标准《固定消防炮灭火系统施工及验收规范》（GB 50498—2009）[1]，通过水炮的工作压力时的射程、水炮的额定工作压力、水炮的设计工作压力计算水炮的设计射程，计算水炮的设计射程；结合封闭煤场的主体结构和面积计算消防设计水量见表1。

表1 消防设计水量

当封闭煤场发生火灾时，根据上述两表计算，设计消防水量为390.96 m3/h（108.6 L/s），设计水压为127.6m。当设计流量为400 m3/h时，消防水泵的扬程为108 m。根据这些参数选用符合要求的消防水泵。单台消防水炮详细参数见表2。

表2 单台消防水炮详细参数

3.2 封闭煤场内消防水炮的布置

平面尺寸大约为194m×87m的条形封闭煤场，煤场内设置的固定式消防水炮安装位置要满足对煤场内的火灾进行灭火，保证煤场内任何地方（煤堆顶部及放坡区域）都能满足至少两股水柱可同时到达。煤场上部的马道上设置12只自动寻踪消防水炮，每侧马道上分别设置6只。消防水炮的布置间距不大于消防炮的最大射程。由于地处严寒地区，冬季环境温度很低，消防水炮系统为干式系统，即水炮的供水母管上、水炮供水支管上应设置放空阀门，可将消防水放空。在煤场进水母管上设置有电动蝶阀，管路最高处设置快速排气阀，当火灾发生后，这些措施可确保从开启后至水炮喷水的时间不超过5 min。对这些阀门设置明显的启闭指示器，在火灾报警区域盘内，当煤场发生火灾时，联动打开煤场进水母管电动蝶阀，并将阀门状态信号传至火灾报警系统。为防止腐蚀，水炮系统的管道须采用内外热镀锌的无缝钢管，管子行为尺寸、化学成分及力学性能须满足《输送流体用无缝钢管》（GB/T 8163）的要求。当管道的直径≥50 mm时，采用卡箍连接，水平安装的管道应设置0.2%~0.5%的坡度，坡向泄水阀。其连接方式及附件符合《自动喷水灭火系统施工及验收规范》的要求。

3.3 消防水炮系统设计

智能型自动寻踪消防水炮系统具有定位精准、工作效率高、作用面积大以及反应速度快等优点，因此当发生火灾时，能将过火面积和损失降至最小。该系统主要由图像火灾探测系统、系统主机、图像处理设备、自动跟踪定位消防炮系统（回转机构、仰俯机构、直流-水雾切换机构、炮筒或炮嘴、炮身等）、控制装置、自备电源、水流指示器、电动阀、电动阀控制装置以及检修阀等保证系统正常安全运行的设备和部件组成[3]。其中，火灾探测系统要检测到保护区的所有位置，所有探测器的安装应根据其覆盖角度的特点，确保足够有效的检测覆盖范围，如图2所示。在封闭煤场内，距离地面高度10m处的两侧墙体均匀布置40台检测器，实现360°无死角监控探测，降低火灾风险系数。

图2 探测器安装示意图

图像火灾探测系统及图像处理设备随智能型自动寻踪消防水炮提供，实现定点灭火功能。消防水炮系统有自动控制、手动控制及应急操作3种启动方式，手动控制和自动控制能实现操作转换，该转换开关和手动控制系统设在就地控制盘上。在控制盘上可以手动操作启动消防炮。1）自动控制方式。当前端探测器报警后，报警信号传给消防炮中央控制系统，由主机对火灾进行分析判别后，确定着火点，同时对着火区域的2台消防炮自动指向着火点，打开电动阀（消防泵自动启动），向着火点喷水灭火。在整个搜索、定位及灭火过程中，硬盘录像机自动进行全程实时录像。2）远程手动控制方式。当前端探测器报警后，值班人员通过监视器上被自动强制切换过来的彩色画面，通过控制室的中心手动操作盘控制消防炮瞄准着火点，打开电动阀喷水灭火。同时可操作消防炮的俯仰和回转机构，将炮头水流调整至火源点灭火（带监控功能）。在整个远程手动操作及灭火过程中，硬盘录像机自动进行全程实时录像[2]。3）现场应急手动控制。无论系统处于何种状态，当现场人员发现火灾后，直接通过消防炮现场手动操作盘控制消防炮瞄准着火点，打开电动阀喷水灭火。同时运行手动操作机构，将手柄顺时针扳至位置。一般在停电、维修、调整或特殊情况下用手动操作消防炮。在整个现场应急手动操作及灭火过程中，硬盘录像机自动进行全程实时录像。

自动消防炮灭火系统能根据着火点的远近及大小自动修正消防炮的喷射点角度，保证消防炮的定位准确。消防炮能在水平和垂直方向进行大角度的旋转调节，以保护在其保护范围内的立体空间，包括在其射程范围内的屋顶。消防炮具有柱状和雾状无级转换功能，近距离喷射为雾状，远距离喷射为柱状，其转换功能由现场手动操作盘、中央手动操作盘和系统软件设定。自动水炮与图像火灾探测报警系统应互相结合，实现智能化控制，现场精确定点扑救。在火灾发生时，系统主机根据火灾报警信号对火灾探测器提供的火灾坐标位置将图像切换到控制室，在控制室需要看到现场扑救图像，对被保护场所进行无死角可视图像监控。火灾报警发生时，系统可通过硬盘录像机进行自动录像。承包方需提供消防控制台（消防琴台），通过消防控制台实现对火灾自动报警及消防控制系统的监控。

3.4 火灾安全监控系统

封闭煤场内的图像型火灾探测报警系统选用非接触式传感器作为前端探测器，高分辨率CCD传感器。CCD传感器的优点是探测距离大、抗环境干扰性能突出以及探测灵敏度高，还具有非常适合煤场环境的密封性和防腐蚀特性。煤场两侧（长度方向）同时现场安装52台一氧化碳探测器和34台可燃气体探测器，所有的探测器均通过总线4×2.5 mm²的PWP电缆接入主机，当现场发生报警时，探测器将信号反馈主机，主机接收单个或多个并行的探测器传输预警信号，确认火灾，提高报警的可靠性和响应速度。一台信息处理主机可连接多个防火并行处理器，组成区域集中报警系统。在探测报警区域内，无论是一氧化碳还是可燃气体探测器出现故障或火灾，消防控制台发出声光报警和文字信息提示，同时发生火灾或故障的相对位置信息和和实时影像资料自动切换至显示器上放大显示。值班人员通过文字提示信息和现场实时画面可以准确直观地了解报警或故障信息，并通过点实时画面右侧的控制按钮，对消防炮进行实时诊断和实时控制，提高系统的可靠性和工作效率。彩色多媒体平面图形系统应能够实时显示火灾报警、故障、状态信息，并能实时顺序记录保存现场实时录相及操作人员的控制记录，便于火灾后查询。

3.5 明火煤监测装置系统

在封闭煤场取煤的带式输送机上设置的明火煤监测装置上，发现明火后应紧急停输煤皮带并灭火，以防止着火的煤进入运煤系统。明火煤的监测覆盖煤场内的整个带式输送机，确保输送机皮带上任意一点煤着火都有报警信号输出。明火煤监测装置接入火灾报警区域盘进行报警，并输出联动干接点，联动干接点接入输煤程控系统，用于停转运站内的带式输送机，干接点信号及触点容量数量应满足工程需要。明火煤监测信号把输送机皮带上煤着火信号送至火灾报警区域盘，火灾报警区域盘把联动停煤场取煤位置的皮带输送机的信号送至输煤程控系统，并把联动信号送至消防炮控制盘，连锁就近2台消防炮，寻找着火点，对皮带上的明火煤进行灭火。有就近消防炮对明火煤监测部位进行全方位灭火，因此明火煤系统不需提供一套全套自动喷淋装置对皮带上的明火煤进行灭火。自动消防炮设备系统应接收火灾报警区域盘送来的明火煤检测的输送机皮带上煤着火信号，对皮带上的明火煤进行灭火。明火煤监测并能送出着火信号到全厂火灾报警系统报警及煤场自动寻踪消防水炮控制盘联动。

3.6 消防系统电源设计

消防用电必须按照以下原则：消防用电必须有专用回路，工业用电与民用电被切断时，消防用电不间断。智能型自动寻踪消防水炮的就地控制箱、煤场气体成分检测柜、煤场明火煤检测控制箱、水系统电动门应布置在煤场内，设置独立动力配电箱提供电源。煤场动力配电箱设切换开关。智能型自动寻踪消防水炮控制盘及液晶电视布置在三期除灰综合楼9.2 m层脱硫辅网控制室，火灾报警及消防系统区域盘及自动消防炮控制盘采用双路电源，由三期除灰渣程控电源柜备用电源引接。

4 结语

通过在大型条形封闭储煤场消防系统的设计，大幅度地减少煤场对四周环境的污染，降低火灾风险，解决了环境污染和煤量流失的问题。该消防系统适用于跨度大、净空高、空间大且不易分隔以及火灾风险危险等级高的建筑。该设计为相似类型的消防设计积累了经验。在后续设计工作中，还需要不断优化系统设计[5]。