杜 傳 利，　賀 瑜 章，　李　強(qiáng)

(1.四川華能涪江水電有限責(zé)任公司，四川 平武　622550；2.平武縣消防大隊(duì)，四川 平武　622550)

氣體滅火系統(tǒng)在華能古城水電站發(fā)電機(jī)自消系統(tǒng)中的應(yīng)用

杜 傳 利1，賀 瑜 章1，李強(qiáng)2

(1.四川華能涪江水電有限責(zé)任公司，四川 平武622550；2.平武縣消防大隊(duì)，四川 平武622550)

摘要：目前水電廠的發(fā)電機(jī)一般采用傳統(tǒng)的水系統(tǒng)滅火方式，但該方式啟動后對被保護(hù)設(shè)備的損害較大。古城水電站嘗試采用氣體滅火系統(tǒng)對發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，取得了較好的效果。對氣體選型、設(shè)計(jì)參數(shù)、施工過程等進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：氣體滅火系統(tǒng)；IG541；發(fā)電機(jī)；古城水電站

1概述

水輪發(fā)電機(jī)在水電廠中占有核心位置，因此，確保水輪發(fā)電機(jī)的安全即成為電站消防的核心工作。目前水輪發(fā)電機(jī)的水輪機(jī)部分由于其均為純機(jī)械結(jié)構(gòu)，發(fā)生火災(zāi)的可能性較小，故防火的重點(diǎn)部位為發(fā)電機(jī)的電氣部分，即風(fēng)洞內(nèi)的定、轉(zhuǎn)子部分。

目前國內(nèi)水輪發(fā)電機(jī)普遍采用水滅火系統(tǒng)，利用雨淋閥開啟水噴霧滅火，可以快速地在發(fā)電機(jī)上覆蓋水層滅火、降溫，同時(shí)水霧亦可隔絕火焰，具有很好的滅火效果。

但是水滅火系統(tǒng)也具有自身的缺陷。在水滅火系統(tǒng)啟動后，對發(fā)電機(jī)將造成致命的破壞，有可能導(dǎo)致整個(gè)發(fā)電機(jī)報(bào)廢，所產(chǎn)生的損失無法估量，且其最壞的情況是在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)水滅火系統(tǒng)發(fā)生誤噴對發(fā)電機(jī)產(chǎn)生破壞，嚴(yán)重時(shí)將會燒毀發(fā)電機(jī)。已有水電站因水系統(tǒng)管路泄漏水進(jìn)入發(fā)電機(jī)后將機(jī)組燒毀的案例。

由此可見，水系統(tǒng)滅火有利有弊。目前各個(gè)水電廠基本上在水系統(tǒng)的雨淋閥這一級或者更上一級將水關(guān)閉。為防止誤噴，其實(shí)水系統(tǒng)滅火并未真正投入使用。但是這樣，在發(fā)電機(jī)真正發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候又存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。在這種背景下，研究新的滅火方式已成為當(dāng)務(wù)之急。

筆者在華能古城水電站建設(shè)前，分析了水系統(tǒng)滅火方式的利弊，并對國內(nèi)外發(fā)電機(jī)及電氣設(shè)備的滅火方式進(jìn)行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)水輪發(fā)電機(jī)組普遍采用水系統(tǒng)滅火方式，而國外水輪發(fā)電機(jī)則采用氣體滅火方式較多?？紤]到水系統(tǒng)滅火方式啟動后對發(fā)電機(jī)組會產(chǎn)生較大影響，經(jīng)綜合考慮，嘗試在古城水電站發(fā)電機(jī)上采用氣體滅火方式。

華能古城水電站位于四川省綿陽市平武縣古城鎮(zhèn)，裝機(jī)容量為2×50 MW，為中型水電站，發(fā)電機(jī)采用杭州力源公司產(chǎn)品，其參數(shù)如下：

型號：SF-J50-44/9200

額定容量：50 MW/58.8 MVA

額定電壓：10.5 kV

額定電流：3 234.5 A

額定功率因數(shù)：0.85(滯后)

額定轉(zhuǎn)速：136.4 r/min

飛逸轉(zhuǎn)速：290 r/min

額定頻率：50 Hz

轉(zhuǎn)動慣量：10 000 t·m2

定子鐵芯內(nèi)徑：8 630 mm

定子機(jī)座外徑：10 500 mm

定子鐵芯有效長度：852 mm

定子和轉(zhuǎn)子氣隙：13 mm

轉(zhuǎn)子外徑：8 604 mm

轉(zhuǎn)子高度：1 415 mm

空冷器數(shù)量：12個(gè)

古城水電站發(fā)電機(jī)風(fēng)洞為封閉空間，適宜氣體噴放后浸漬滅火，且因發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子在風(fēng)洞內(nèi)占有部分空間，為達(dá)到滅火濃度所需的氣體量并不太多；風(fēng)洞為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)為金屬結(jié)構(gòu)，氣體噴放所產(chǎn)生的壓力不會對建筑物和設(shè)備產(chǎn)生影響；另外，氣體滅火時(shí)電絕緣性能好，不會造成水漬損失，滅火后無殘留且易于清理；鑒于氣體滅火系統(tǒng)隨時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)，故不必?fù)?dān)心誤動作給設(shè)備帶來的損害，其缺點(diǎn)為氣體滅火設(shè)備價(jià)格較高?？紤]到對發(fā)電機(jī)設(shè)備的保護(hù)，該工程在設(shè)計(jì)階段最終決定采用氣體滅火系統(tǒng)。

2氣體滅火系統(tǒng)及氣體選型

氣體滅火系統(tǒng)主要應(yīng)用在不適于設(shè)置水滅火系統(tǒng)等其他滅火系統(tǒng)的環(huán)境中，比如計(jì)算機(jī)機(jī)房、重要的圖書館、檔案館、移動通信基站(房)、UPS室、電池室、一般的柴油發(fā)電機(jī)房等，滅火劑平時(shí)以液體、液化氣體或氣體狀態(tài)存貯于壓力容器內(nèi)，滅火時(shí)以氣體(包括蒸汽、氣霧)狀態(tài)噴射作為滅火介質(zhì)的滅火系統(tǒng)，并能在防護(hù)區(qū)空間內(nèi)形成各方向均一的氣體濃度，而且至少能保持該滅火濃度達(dá)到規(guī)范規(guī)定的浸漬時(shí)間，進(jìn)而撲滅該防護(hù)區(qū)內(nèi)的空間、立體火災(zāi)。該系統(tǒng)由貯存容器、容器閥、選擇閥、液體單向閥、噴嘴和閥驅(qū)動裝置組成。

氣體滅火系統(tǒng)的滅火原理是降低氧氣濃度，切斷鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，大量撲捉自由基，窒息燃燒源并通過混合作用來完成滅火過程。

目前常用的滅火氣體為二氧化碳、七氟丙烷、IG541以及氣溶膠，對環(huán)境污染較大的哈龍氣體已不采用。古城電站在設(shè)計(jì)階段對以上幾種氣體進(jìn)行了綜合分析對比，其結(jié)果表明低壓二氧化碳系統(tǒng)滅火效果最好。二氧化碳噴放時(shí)，一方面可以吸收熱量，另一方面二氧化碳可以將被保護(hù)設(shè)備與空氣隔離，滅火效果良好；但是，因二氧化碳容易引起人窒息，故在機(jī)組檢修或人員進(jìn)入發(fā)電機(jī)風(fēng)洞檢查時(shí)若發(fā)生誤噴，將存在人員死傷的風(fēng)險(xiǎn)；七氟丙烷滅火氣體在滅火時(shí)所需的濃度小，滅火效率較高，但是七氟丙烷氣體存儲壓力較小，需要由儲氣鋼瓶內(nèi)的高壓氮?dú)馔扑停瑥亩髢怃撈侩x發(fā)電機(jī)風(fēng)洞不能太遠(yuǎn)。但實(shí)際情況是在發(fā)電機(jī)風(fēng)洞附近不能放置儲氣鋼瓶，而應(yīng)將其在較遠(yuǎn)的地方用單獨(dú)的房間存放；另外，七氟丙烷還具有弱毒性，滅火時(shí)會分解產(chǎn)生氫氟酸，其具有一定的腐蝕性；IG541為混合惰性氣體，其中氮?dú)馑壤秊?2%，氬氣占40%，二氧化碳占8%，IG541不污染環(huán)境，無毒、無副作用，不會對被保護(hù)設(shè)備構(gòu)成危害，而且氣體壓力為15 MPa，可以將儲氣鋼瓶放在較遠(yuǎn)的位置，在發(fā)生誤噴的情況下，既使有人員在發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)也不會造成窒息。最終本工程決定采用IG541氣體。

3設(shè)計(jì)與施工

3.1氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該工程1#發(fā)電機(jī)風(fēng)洞和2#發(fā)電機(jī)風(fēng)洞均按全淹沒滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滅火設(shè)計(jì)濃度為37.5%，滅火劑設(shè)計(jì)噴放時(shí)間為55 s，滅火浸漬時(shí)間按電氣設(shè)備火災(zāi)考慮采用10 min。

每臺發(fā)電機(jī)風(fēng)洞均為一個(gè)獨(dú)立的防護(hù)區(qū)，該防護(hù)區(qū)容積為474.6 m3，發(fā)電機(jī)占用容積約為36.2 m3，因此該防護(hù)區(qū)凈容積V=474.6-36.2=438.4(m3)。

發(fā)電機(jī)防護(hù)區(qū)為混凝土外墻，其上下均設(shè)置有鋼蓋板，防護(hù)區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受內(nèi)壓的允許壓強(qiáng)不小于1 200 Pa。古城水電站發(fā)電機(jī)防護(hù)區(qū)高程為800 m，防護(hù)區(qū)最低環(huán)境溫度按0 ℃設(shè)計(jì)。

IG541混合氣體儲存容器采用一級充壓(15 MPa)系統(tǒng)，充裝量為211.15 kg/m3。

防護(hù)區(qū)泄壓口設(shè)置在混凝土外墻上。泄壓口面積按IG541氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)定確定。該泄壓口平時(shí)關(guān)閉，當(dāng)防護(hù)區(qū)壓力達(dá)到整定值時(shí)開啟。

依據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50370—2005，滅火劑設(shè)計(jì)用量公式為：

W=K×(V/S)×ln[100/(100-C)]

式中S=0.657 5+0.002 4T。

式中W為滅火設(shè)計(jì)用量(kg)；K為高程修正系數(shù)，其按發(fā)電機(jī)防護(hù)區(qū)高程800 m進(jìn)行修正；S為滅火劑氣體在101 kPa大氣壓和防護(hù)區(qū)最低環(huán)境溫度下的比容(m3/kg)；V為防護(hù)區(qū)的凈容積(m3)；C為設(shè)計(jì)濃度或惰化設(shè)計(jì)濃度(%)；T為最低環(huán)境溫度(℃)。

經(jīng)計(jì)算得知，IG541設(shè)計(jì)滅火用量為279.3 kg。采用威特龍消防設(shè)備有限公司生產(chǎn)的WLHQ-90L型IG541氣體滅火劑16瓶。由于1#發(fā)電機(jī)和2#發(fā)電機(jī)凈容積相同，最終考慮共用一組氣體滅火系統(tǒng)，通過2個(gè)啟動鋼瓶和2個(gè)選擇閥實(shí)現(xiàn)兩個(gè)氣滅區(qū)的滅火。

氣體管路在發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)采用環(huán)形布置，其末端裝有四個(gè)噴頭，噴頭位于發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)，對準(zhǔn)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子部分,噴頭方向與噴孔的方向垂直，噴孔末端壓力為2 MPa。由于噴頭距離被保護(hù)設(shè)備有一段距離且噴孔未正對設(shè)備，故氣體噴放時(shí)不會對設(shè)備造成沖擊損害(圖1)。

圖1　氣體滅火系統(tǒng)管路布置圖

防護(hù)區(qū)設(shè)置了泄壓裝置，其設(shè)置高度為風(fēng)洞內(nèi)壁凈高的2/3，面積為700 mm×420 mm。泄壓裝置常閉，動作開啟壓力為1 000 Pa，并能在泄壓后自動關(guān)閉，耐火極限不小于0.5 h。

3.2氣體滅火系統(tǒng)的啟動方式

氣體滅火系統(tǒng)的啟動方式為自動、手動、機(jī)械應(yīng)急手動三種，介紹于后。

(1)自動控制：采用西門子公司生產(chǎn)的BC8013氣體消防控制盤。正常狀態(tài)下, 火災(zāi)報(bào)警控制器的控制方式選擇在"自動"位置，滅火系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)。當(dāng)保護(hù)區(qū)發(fā)生火情時(shí)，火災(zāi)探測器的感煙探頭和感溫探頭同時(shí)發(fā)出火警信號，火災(zāi)報(bào)警控制器在發(fā)出聲、光報(bào)警信號的同時(shí)發(fā)出聯(lián)動命令，關(guān)閉風(fēng)機(jī)、防火卷簾等通風(fēng)設(shè)備，經(jīng)過30 s延時(shí)(此時(shí)保護(hù)區(qū)內(nèi)的人員必須迅速撤離)輸出DC24V/1.5A滅火電源信號驅(qū)動啟動瓶電磁閥，啟動鋼瓶釋放出的控制氣體打開對應(yīng)區(qū)域的選擇閥，繼而打開滅火劑貯瓶上的瓶頭閥釋放出IG541氣體實(shí)施滅火。火災(zāi)報(bào)警探測器安裝在發(fā)電機(jī)空冷裝置冷卻片的兩側(cè)，可以檢測到發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)的溫度和煙霧，配以極早期空氣采樣裝置，在火災(zāi)發(fā)生的早期給予預(yù)警。

(2)手動控制：在保護(hù)區(qū)內(nèi)有人工作或值班時(shí)，控制方式選擇"手動"位置，滅火系統(tǒng)處于手動控制狀態(tài)。若保護(hù)區(qū)發(fā)生火情，現(xiàn)場人員按下火災(zāi)報(bào)警控制器面板上的“啟動”按鈕，也可在確認(rèn)人員已經(jīng)全部撤離的情況下按下該區(qū)門口設(shè)置的“緊急啟動”按鈕，即可啟動滅火裝置，實(shí)施滅火。

(3)機(jī)械應(yīng)急手動：當(dāng)保護(hù)區(qū)發(fā)生火情，而自動、手動兩種控制方式均因故不能啟動時(shí)，應(yīng)通知有關(guān)人員撤離現(xiàn)場，關(guān)閉聯(lián)動設(shè)備，然后在設(shè)備間拔掉對應(yīng)防護(hù)區(qū)啟動瓶組上的保險(xiǎn)環(huán)，用手壓下手柄，即可釋放啟動氣體驅(qū)動選擇閥、瓶頭閥實(shí)施滅火。

噴放IG541滅火劑后，應(yīng)保持必需的滅火浸漬時(shí)間并確認(rèn)滅火后才能通過風(fēng)機(jī)對保護(hù)區(qū)實(shí)施通風(fēng)換氣。該工程在發(fā)電機(jī)風(fēng)洞底部設(shè)置有常閉出風(fēng)口，在氣體噴放滅火后，可以開啟該出風(fēng)口的風(fēng)機(jī)對氣滅區(qū)換氣。在保護(hù)區(qū)噴放滅火劑時(shí)和未徹底通風(fēng)的情況下工作人員不得進(jìn)入。

3.3系統(tǒng)安裝

(1)系統(tǒng)安裝根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙并按照《氣體滅火系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50263進(jìn)行。

(2)系統(tǒng)安裝分為IG541主設(shè)備部分和管路噴嘴部分。在IG541主設(shè)備部分中的滅火劑儲存裝置安裝后，泄壓裝置的泄壓方向不應(yīng)朝向操作面；儲存容器的支、框架應(yīng)固定牢靠，并應(yīng)做防腐處理；安裝集流管前應(yīng)檢查內(nèi)腔，確保其清潔；連接儲存容器與集流管間的單向閥的流向指示箭頭應(yīng)指向介質(zhì)流動方向；集流管應(yīng)固定在支、框架上，支、框架應(yīng)固定牢靠并做防腐處理。管路噴嘴帶裝飾罩，裝飾罩緊鄰噴嘴。

(3)輸送氣體滅火劑的管道采用無縫鋼管，其質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)并內(nèi)外鍍鋅。公稱直徑等于或小于80 mm的管道采用螺紋連接；公稱直徑大于80 mm的管道采用法蘭連接。

(4)氣體輸送管道以選擇閥為分界面分成兩部分。第一部分是從氣瓶高壓軟管出口到選擇閥管道為上游管道，簡稱集流管，其最大的工作壓力為17.2 MPa；第二部分為選擇閥出口至噴頭的管道，其最大的工作壓力為7 MPa。

(5)啟動管路的管材選用φ8紫銅管，其質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)施工圖并應(yīng)在廠家指導(dǎo)下進(jìn)行安裝。

(6)管道安裝高度為系統(tǒng)圖標(biāo)高，當(dāng)其與其它專業(yè)管道發(fā)生沖突時(shí)應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整；鋼瓶用支架由膨脹螺栓固定在地上或承重墻上，避免氣體釋放時(shí)鋼瓶晃動。

(7)管道支、吊架按國家標(biāo)準(zhǔn)中的防晃支架參考圖進(jìn)行安裝，管道支、吊架間的最大間距見表1。

表1　管道支架、吊架最大間距表

(8)管道安裝完成后進(jìn)行氣壓強(qiáng)度試驗(yàn)，氣壓強(qiáng)度試驗(yàn)壓力取10.5 MPa。施壓持續(xù)未發(fā)現(xiàn)明顯滴漏或明顯漏氣且管道未發(fā)生變形為安裝合格。氣密性試驗(yàn)前，采用氮?dú)饣驂嚎s空氣對管道系統(tǒng)進(jìn)行吹灰，吹除管道中的灰渣，保證管道的通暢性，吹灰時(shí)管道末端的氣體流速為20 m/s。

(9)IG541輸送管道的外表面施工完成后，刷紅丹防銹漆兩遍。

4結(jié)語

現(xiàn)場安裝調(diào)試完畢，設(shè)計(jì)、監(jiān)理和業(yè)主三方按照《氣體滅火系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50263-2007進(jìn)行現(xiàn)場檢查和驗(yàn)收，認(rèn)為該系統(tǒng)滿足發(fā)電機(jī)氣體滅火要求，施工及調(diào)試符合標(biāo)準(zhǔn)。后經(jīng)平武縣消防大隊(duì)進(jìn)行驗(yàn)收，其結(jié)論為合格。

該系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，消防維保單位每月定期對該系統(tǒng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。因IG541氣體滅火系統(tǒng)壓力高，故在平時(shí)維護(hù)時(shí)一定要加強(qiáng)管理，并對電站現(xiàn)場維護(hù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，使其在應(yīng)急情況下能正確使用該系統(tǒng)，做到正確動作，及時(shí)滅火。

本工程改變了以往水電廠發(fā)電機(jī)采用水系統(tǒng)滅火的方式，對氣體滅火方式進(jìn)行了嘗試。雖然其造價(jià)比水系統(tǒng)滅火高，但是其對被保護(hù)設(shè)備無損害且能達(dá)到滅火效果，因此，我們在該工程中進(jìn)行了嘗試，期望對將來新建電站發(fā)電機(jī)自消系統(tǒng)的選擇有所借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]氣體滅火系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范，GB50263-2007[S].

[2]電力設(shè)備典型消防規(guī)范，DL5027-93[S].

[3]氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，GB50370-2005[S].

杜傳利(1978-)，男，山東夏津人，工程師，碩士，從事水電站通信、工業(yè)電視、消防設(shè)施建設(shè)與維護(hù)工作；

賀瑜章(1956-)，男，四川雅安人，總經(jīng)理，高級工程師，從事水電工程建設(shè)技術(shù)與管理工作；

李強(qiáng)(1974-)，男，四川自貢人，中校，教導(dǎo)員，學(xué)士，從事消防監(jiān)管工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

華中電網(wǎng)水能利用提高率達(dá)8.93%

國家電網(wǎng)公司近日透露，2014年，國網(wǎng)華中分部積極應(yīng)對區(qū)域內(nèi)水電來水豐枯不均、秋汛明顯、綜合利用任務(wù)多、水火電矛盾突出等問題，水電消納取得多項(xiàng)突破。截止2014年12月31日，全網(wǎng)重點(diǎn)水電廠節(jié)水增發(fā)電量66.80億千瓦時(shí)，比去年同期增加8.48億千瓦時(shí)，水能利用提高率達(dá)8.93%，同比提高0.75%，優(yōu)化調(diào)度工作成效顯著。華中分部全網(wǎng)水電發(fā)電量創(chuàng)歷史新高，其中直調(diào)水電五強(qiáng)溪、三板溪電廠年發(fā)電量創(chuàng)歷史新高；五強(qiáng)溪電廠全開滿發(fā)天數(shù)達(dá)124天，滿發(fā)天數(shù)創(chuàng)歷史新高；做好四川水電消納工作，四川電網(wǎng)最大外送電力達(dá)2 676萬千瓦，相比去年最大外送電力增加55.7%，外送電量1 068億千瓦時(shí)，同比增長65.7%，均創(chuàng)歷史紀(jì)錄；直調(diào)水電實(shí)現(xiàn)全額消納，水庫年末蓄能值創(chuàng)歷史新高，年末全部直調(diào)水電基本蓄滿；直調(diào)水電水布埡、隔河巖電廠年平均耗水率歷史最小，成功應(yīng)對汛末發(fā)生的洪水，同時(shí)聯(lián)合三峽水庫實(shí)現(xiàn)長江洪水錯峰調(diào)度，既保證了下游度汛安全，也保證了三峽機(jī)組全開滿發(fā)；克服在建水電站移民搬遷、水庫初期蓄水等諸多制約因素，首次實(shí)施沅水三板溪、白市、托口梯級水庫聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，保障了沅水流域水庫安全度汛，實(shí)現(xiàn)托口水電站初期蓄水、6臺新機(jī)組全部投產(chǎn)。

收稿日期:2014-06-12

文章編號:1001-2184(2015)02-0090-04

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV7;TV734.2

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