燃煤电厂消防给水双系统研究与应用

大连泰山热电有限公司 李 雷 李 帅 黄庆勇

消防水泵的选型工作十分关键，需确保能满足最坏情况下的供水压力要求。但在灭火过程中起实际作用的消防设备往往低于设计值，尤其是自动喷水灭火系统，人为无法控制开放喷头的数量和出水量。成功灭火、控火的事例中，自动喷水灭火系统的出水量往往低于设计流量，水泵出水量低于额定值时，其工作点曲线左移，导致水泵的压力升高。电厂消防有用水点多的特点，对水量及水压的要求差别很大，虽然选用流量一扬程曲线尽量平缓的水泵，但往往还会发生超压现象。如火灾初期，一支或两支水枪出水、一至两个喷头出水，水泵将在小流量、高扬程情况下工作；水泵检查或实验运转时一支水枪出水，也存在小流量、高扬程的情况。

1 某电厂的耐火等级与防火分区

1.1 厂区消防管网及室外消火栓布置

工厂消防给水系统要按照实际情况进行布局，通常会设置为若干小的环形结构，使整个工厂形成一个大的环形，且至少有两条管道从消防水泵房向环网输送。使用阀门将整个环形结构分为几个单独分段，在每个分段中消防栓数目不得多于5个。规范中明确指出，户外消火栓之间的间隔不得大于120m，这是为消防车辆所用消火栓而设计的，同时建筑外部消火栓的数目和配置间隔应被考虑在内。当前火力发电厂大多数建筑都配备了消防栓，如消防水管的长度和数量不足，可从室内的消火栓箱中获得。

此外，也不需每个户外消火栓都配备有水管和消防水枪，在管网及户外消防栓安装完毕后，应对管网进行更准确的供水需求设计。计算出供水管网的管段直径，并求出在不同设计流量下的水头损耗。只有这样才能对泵的扬程进行计算，从而得到各个用水点比较精确的用水数据。通过对各个消防系统进行水力计算判断是否需要采取降压措施，可防止压力起伏问题，此步骤可选用环网平差法并编成程序上机计算。

1.2 主厂房室内消防管道

主厂房的最底层有许多不同的管线，为防止管线交叉和碰撞对设备的安装和维修造成一定的影响，在运行层布置环形管线非常有必要，无论从设计、安装、维护等方面都会有很大优势，且可在考虑排放问题的情况下对管网进行倾斜设计。由于整个系统会有一段时间的空气积聚，所以尽管在主厂房的消防管路中并没有要求安装排气设备，但国外及国内的发电厂在设计时都会采用排气系统。将环管设于输送层即可有效解决排气问题，但如果将环管设于最底层，则需在各竖管上增设排气设备，同时也会增加排气管泄漏的几率，因此会对整个管道的压力保持产生一定的影响。

阳宗海电厂、巡检司电厂、宣威5、6期电厂的环网都位于下层，今后在运行层应尽可能地考虑采用水平环形网。常高压控制装置可随时适应室内灭火所需的压力和流量需求，无需设定遥控开关。若使用具有稳压泵的临时高压供水系统，当室内消火栓开启后，供水管路中的压力会随之降低，而无需设定灭火泵遥控开关。火力发电厂使用的是单独的灭火供水系统，很少会出现水泵故障问题（设有一个备用泵），也基本不会发生停电问题（双回路），保证了室内的灭火用水需要。如出现故障就须有消防队从城市管网、河流中取水，再用抽水机将水输送到消防管网中，这样才能保证消防安全。

2 灭火器配置设计

2.1 灭火器配置场所危险等级的确定和火灾种类

按照《建筑灭火器配置设计规范》(GB 50140-2005)中第3.2.2条可知，本电厂具有人多且空间密集、用电较多、有很多的燃烧物可发生燃烧及火灾发生后烟雾、热气等都蔓延较快、扑救火灾时因烟雾弥漫等问题导致扑救较困难等特点，则本电厂危险级别属于中危险级别；且《建筑灭火器配置设计规范》(GB 50140-2005)中规定电厂为中危险级别，综上本电厂的灭火器配置按中危险级考虑布置。

2.2 灭火器设计计算

计算单元划分及保护面积确定。据《建筑灭火器配置设计规范》(GB 50140-2005)第7.2.1条规定可知，为更好地扑灭火灾，在对灭火器进行计算时，按楼层或防火分区进行考虑，不允许跨越楼层和防火分区。所以可知每个防火分区都为一个单独的计算单元，本电厂为一个防火分区，则本电厂为一个计算单元。据《建筑灭火器配置设计规范》(GB 50140-2005)第7.2.2条规定，建筑物灭火器配置场所的保护面积应按建筑面积进行计算，但在实际进行布置时要考虑实际情况进行计算，所以要除去楼梯面积与坡道进出口等，可在楼梯与设备用房等单独设置灭火器，则需设置的防火分区的建筑面积约为3060m2，设备用房的面积为107.61m2，值班室面积为26.598m2。

灭火器设置点的位置和数量的确定。电厂的面积较大也较空旷，正常除去立柱外一般无其他障碍物，手提式灭火器在这种情况下使用较为顺畅，而推车式灭火器需两人合作操作，火灾发生时秉承着降低人员伤亡率原则，应最大限度的减少进入火灾现场的人员，所以推车式灭火器不适用于电厂，应选用手提式灭火器。按《建筑灭火器配置设计规范》(GB 50140-2005)第5.2.2条规定可知，手提式灭火器的最大保护距离为12m。则根据现场图纸可得，防火分区灭火器设置点的数量为N=12个，设备用房、值班室与两个楼梯的面积较小，可分别设置一个灭火器设置点。

验算各设置点和各单元实际配置的所有灭火器的灭火级别。根据实际放置，本防火分区共设置16个灭火器设置点，其中在电厂中设置12个灭火器设置点，每个设置点放置5具3kg的磷酸铵盐干粉灭火器；在设备用房中设置一个灭火器设置点，放置3具3kg的磷酸铵盐干粉灭火器；在楼梯与值班室中各设置一个灭火器设置点，放置一具3kg的磷酸铵盐干粉灭火器。

3 某电厂火灾给水系统设计

3.1 给水系统的选型

给水系统就是指在火灾发生时，能自动或手动启动给水灭火的一种装置，能对人们的生命财产安全起到很好的保障作用。给水系统有很多分类，根据管道开闭形式不同，可分为开式系统和闭式系统两大类，其中两大类也会分为几小类，根据场所的性质进行给水系统的选择是至关重要的。依照《给水系统设计规范》（GB 50084-2017）第4.2.2条规定可知，在场所的环境温度介于4℃与70℃之间时，应采用湿式系统。再综合考虑规定及其场所的特殊性，本电厂将采用闭式湿式系统。

闭式湿式给水系统是由闭式管道、管道系统、安全阀、止回阀、信号蝶阀、湿式报警阀、水流指示器、压力表、末端试水装置等组合而成。其工作原理为当发生火灾时，管道上的热敏原件在温度的作用下，达到或者超过最高温度，其热敏原件将破裂，管道随即开起，实施给水以达到灭火的作用。本系统具有结构简单、施工、管理与维护都较方便，且灭火速度较快，消防效率高，应用广泛，可放心使用等优点。

3.2 设置场所火灾危险等级

根据《电厂设计防火规范》（GB 50067-2014）第7.2.2条规定可知，在电厂在进行自8动给水灭火系统设计时，其火灾危险等级按中危险等级判定；根据《给水系统设计规范 》（GB50084-2017），直接将电厂规定为中危险等级II级。综上，本电厂危险等级按中危险等级II级确定。

3.3 管道的设置

根据《给水系统设计规范》（GB50084-2017）第6.1.3条规定可知，在不吊顶的电厂可采用直立型管道；结合场所特点本电厂采用玻璃球闭式管道，公称动作温度为68℃的管道，其工作液色标为红色。

根据《给水系统设计规范》（GB50084-2017）第7.1.2条规定，在对直立型管道进行布置时，由给水的强度、管道的流量系数等共同来确定其同根配水支管上的管道间距，以及相邻配水支管上的间距。依照标准可知，本电厂属于中危险II级，一只管道的最大保护面积为11.5m2，管道距离墙端的距离最大为1.7m、最小为0.1m。管道在进行正方形布置时，其边长为3.4m，在进行矩形或平行四边形布置时的长边长为3.6m。综上，管道在进行布置时的间距取决于布置的形状，根据形状的不同间距也不同，间距长度是在进行什么形状的布置时，不得大于此形状的边长或长边长、且都不小于2.4m。

本电厂危险等级为中危险II级，依照《给水系统设计规范》（GB50084-2017）第5.0.1条规定，中危险II级其给水强度为8L/min.m2，作用面积为160m2，系统最不利点处管道的工作压力取0.10MPa。管道布置有正方形、矩形和菱形3种形式，本电厂的给水系统管道为正方形布置，管道的最大保护面积为11.5m2（半径为1.91m）,其正方形布置示意如图1，其间距计算公式为：L=2Rcos45°=√2R。

3.4 水力计算

本电厂为中危险II级，由4.3章和《给水系统设计规范GB 50084-2017》可知，系统作用面积不低于160m2，则本文所选作用面积为161.29m2。

管道流量：q=K√10P，式中：q为管道处节点流量、L/min，P为管道处水压（管道工作压力）、MPa，K为管道流量系数、取80；流速V：V=4qxh/πDj2， 式 中 ：Q 为 管 段 流 量 L/s、 Dj为管道的计算内径（m）；水力坡降式中：i为每米管道的水头损失（kPa/m）、dj为管道的计算内径（m）、qg为管道设计流量（L/min）、Ch为海登—威廉系数、镀锌钢管120Ch。其中管径/管内径数据（mm）分别为25/27.3、32/35.4、40/41.3、50/52.7、65/68.1、80/80.9、100/106.3、150/159.3。沿程水头损失：h沿程=i×L，式中L为管段长度（m）；局部损失（采用当量长度法）：h局部=i×L(当量)，式中L(当量)为管段当量长度，单位m；总损失：h=h局部+h沿程+h高差；终点压力：hn+1=hn+h。

综上，电厂消防给水干管应根据室外消防管网的布置，采用分散与整体共存的组合给水方式。电厂消防给水管的给水方式根据输煤构筑物的自身特点确定，输煤栈桥内采用顺坡给水、煤仓间皮带层采用中间给水、卸煤沟根据管材用量最少的原则确定最优给水方式。