張 捷，胡華強(qiáng)

(1.中機(jī)國能電力工程有限公司，上海 200061；2.江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 211102)

火力發(fā)電廠水消防給水系統(tǒng)水力計(jì)算研究

張 捷1，胡華強(qiáng)2

(1.中機(jī)國能電力工程有限公司，上海 200061；2.江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 211102)

根據(jù)相關(guān)規(guī)程的要求，對(duì)火電廠消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行分析研究。以某燃煤電廠工程實(shí)例，對(duì)部分水消防滅火系統(tǒng)在施工圖設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算研究，發(fā)現(xiàn)了其對(duì)消防給水設(shè)備、消防儲(chǔ)水設(shè)施要求與消防設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的最低要求存在較大差距,應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的重視、關(guān)注。

管網(wǎng)水力計(jì)算；消防用水量；系統(tǒng)工作壓力；消防儲(chǔ)水量。

1 概述

火力發(fā)電廠生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜，主機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)眾多；廠內(nèi)帶電設(shè)備多，電纜密布，存在各類可燃性固體、液體；一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢發(fā)展快，撲救困難，經(jīng)濟(jì)損失大，修復(fù)時(shí)間長?；鹆Πl(fā)電廠廠內(nèi)主要有：主廠房區(qū)、配電裝置區(qū)、點(diǎn)火油罐區(qū)、貯煤場區(qū)等重點(diǎn)消防區(qū)域。

對(duì)于大中型火力發(fā)電廠(主要指單機(jī)容量300 MW及以上的機(jī)組)，按照設(shè)計(jì)常規(guī)將對(duì)各保護(hù)對(duì)象(含設(shè)備與建構(gòu)筑物)配置對(duì)應(yīng)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和固定滅火系統(tǒng)，固定滅火系統(tǒng)主要包括：固定式氣體滅火系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)、自動(dòng)噴水系統(tǒng)(含水幕系統(tǒng))等；水消防滅火系統(tǒng)在其中占據(jù)著極其重要的地位，汽機(jī)房、鍋爐房內(nèi)的絕大部分保護(hù)對(duì)象、變壓器、輸煤系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)及柴油機(jī)消防泵組常規(guī)均采用水消防滅火系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)。因此，水消防滅火系統(tǒng)的配置與火力發(fā)電廠的消防安全息息相關(guān)。

2 火力發(fā)電廠消防給水系統(tǒng)的確定

根據(jù)現(xiàn)行的GB50229－2006《火電發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第7.1.5條，目前火電廠一般均對(duì)各水消防滅火系統(tǒng)合并設(shè)置消防給水系統(tǒng)(合并設(shè)置的消防給水系統(tǒng)包括消防水池、消防水泵、消防穩(wěn)壓裝置、廠區(qū)消防管網(wǎng)等)。因此，電廠消防水池的儲(chǔ)水容積應(yīng)滿足所有水消防滅火系統(tǒng)一次滅火用水量的要求；電廠消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量、揚(yáng)程應(yīng)滿足所有水消防滅火系統(tǒng)用水量、壓力的要求。

按照設(shè)計(jì)要求，在火力發(fā)電廠消防設(shè)計(jì)的初步設(shè)計(jì)階段，將對(duì)全廠消防用水量和水壓進(jìn)行估算；保證最不利點(diǎn)消火栓和各類水消防滅火系統(tǒng)所需的水壓、用水量以及一次火災(zāi)所需消耗的最大消防用水儲(chǔ)量，并將以此為依據(jù)對(duì)消防給水系統(tǒng)設(shè)備編寫技術(shù)規(guī)范書并進(jìn)行招標(biāo)。

以某2×300 MW燃煤電廠為例，按照消防規(guī)范中的消火栓及水消防滅火系統(tǒng)的配置要求，消防給水系統(tǒng)的用水量、儲(chǔ)水量和水壓的計(jì)算參見表1和表2。

表1 火力發(fā)電廠主要建筑設(shè)施消防用水量、儲(chǔ)水量計(jì)算

表2 火力發(fā)電廠最不利點(diǎn)水壓計(jì)算

根據(jù)表1、表2可知，此電廠消防最大用水量為主廠房所需122.5 L/s，折合約441 m3/h，最大水頭為主廠房所需1.03 MPa，火災(zāi)發(fā)生時(shí)所需最大一次消防用水總量為主廠房所需576 m3。由此可確定，該電廠的消防給水系統(tǒng)理論出力：Q=441 m3/h，H=103m；理論消防儲(chǔ)水容積：576 m3。

3 系統(tǒng)實(shí)際消防用水量差異

表1中的消防用水量、儲(chǔ)水量僅僅是依據(jù)規(guī)范中最低的強(qiáng)度要求結(jié)合保護(hù)對(duì)象外形尺寸得到的最小消防用水量(又稱理論用水量)，其實(shí)際用水量與各水消防滅火系統(tǒng)噴頭的布置位置、高程、閥組處的消防供水壓力有關(guān)；實(shí)際計(jì)算出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)用水量，往往要比最小消防用水量大得多。

以某火電廠送至主廠房的最后一段輸煤棧橋C7為例。

該棧橋：寬8 m，長171 m，棧橋傾角16°，自噴系統(tǒng)作用面積160 m2。

按照GB50084－2001《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范(2005年版)》要求，此段棧橋配置的水消防滅火系統(tǒng)的理論用水量為：8L/m2·min×160 m2＝1280 L/min＝21.33 L/ s；自噴系統(tǒng)作用面積內(nèi)噴頭布置詳見圖1。

圖1 自噴系統(tǒng)作用面積內(nèi)噴頭布置圖

圖1中，當(dāng)棧橋自噴系統(tǒng)最不利作用面積(即距離閥組最遠(yuǎn)且最高的160 m2作用面積)內(nèi)的最不利點(diǎn)噴頭處達(dá)到最低工作壓力和噴水強(qiáng)度要求時(shí)，最不利噴頭工作壓力為0.08 MPa，最不利作用面積起點(diǎn)處壓力為0.29 MPa，作用面積內(nèi)平均噴水強(qiáng)度為13.52 L/m2·min實(shí)際計(jì)算出的最不利作用面積內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)用水量高達(dá)36.06 L/ s，是理論用水量的1.7倍。

而棧橋長達(dá)約171 m，總平面面積約1368 m2；棧橋內(nèi)自噴系統(tǒng)布置詳見圖2、圖3。

圖2 C7棧橋自噴系統(tǒng)平面布置圖

圖3 C7棧橋自噴系統(tǒng)透視圖

圖中，棧橋自噴系統(tǒng)最有利作用面積(即距離閥組最近的160 m2作用面積)內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)用水量，較之最不利作用面積內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)用水量又存在著較大的差異。此差異源自于兩處作用面積間存在著的巨大的系統(tǒng)工作壓力；巨大的壓力差又來源于兩點(diǎn)：第一，從最不利作用面積到最有利作用面積，兩者間連接著長約150 m的棧橋，因而兩者之間也連接著長達(dá)150 m的供水干管，則此時(shí)兩處作用面積間工作壓力上因?yàn)楣┧芫W(wǎng)水頭損失造成的壓差，數(shù)值上等于這150 m長度的供水干管中所有沿程、局部阻力損失總和，共計(jì)約25.26 m H2O；第二，同樣因?yàn)閺淖畈焕饔妹娣e到最有利作用面積，兩者間連接著約長150 m的棧橋，兩處作用面積間工作壓力上因?yàn)殪o壓力造成的壓差約為43.01 m H2O；綜合考慮以上兩點(diǎn)因素，最不利作用面積系統(tǒng)工作壓力(0.29 MPa)與最有利作用面積系統(tǒng)工作壓力(0.98 MPa)差值達(dá)到了0.69 MPa，兩者的系統(tǒng)設(shè)計(jì)用水量分別為36.06 L/ s和65.46 L/ s，相差1.81倍；而最有利作用面積處的系統(tǒng)設(shè)計(jì)用水量已經(jīng)達(dá)到理論用水量的3倍多。上述論述可以看出，僅滿足理論計(jì)算結(jié)果的消防用水量、儲(chǔ)水量，是不能夠滿足實(shí)際滅火系統(tǒng)工作的需要的，必須全面校核實(shí)際供水情況下消防滅火系統(tǒng)所需的用水量、儲(chǔ)水量。該電廠所選消防給水系統(tǒng)設(shè)備、儲(chǔ)水量皆能滿足要求。

4 影響消防用水量差異的其他因素

上述分析內(nèi)容不是影響水消防滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)水量的全部因素。

由于火電廠消防給水系統(tǒng)的水量、揚(yáng)程應(yīng)滿足所有水消防滅火系統(tǒng)水量、壓力的要求，事實(shí)上，供至水消防滅火系統(tǒng)閥組處的壓力并不一定剛好吻合該滅火系統(tǒng)最不利點(diǎn)的最低工作壓力和強(qiáng)度要求，往往會(huì)有一定的富余；因此，適當(dāng)?shù)臏p壓措施必不可少，以免出現(xiàn)消防供水壓力過大，導(dǎo)致系統(tǒng)用水量過大，在火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)消耗過多消防水，造成消防儲(chǔ)水量不足的惡性后果；而在我國現(xiàn)行的消防規(guī)范中，并未像美標(biāo)NFPA11中第5.2.5.2.3條以及第5.3.5.3.4條中那樣，含有對(duì)滅火強(qiáng)度超過規(guī)定要求的情況可以減免火災(zāi)延時(shí)的條款。

此外，在GB50229－2006《火電發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第7.2.2條和第7.4.1條中多次要求對(duì)滿足條件的消防系統(tǒng)給水管網(wǎng)進(jìn)行成環(huán)布置并要求兩路以上進(jìn)水，目的是為了保證在一路管線斷水或泄漏的不利條件下，另一路進(jìn)水也能夠完全滿足水消防滅火系統(tǒng)的用水量、水壓要求。而在水消防滅火系統(tǒng)真正投入使用時(shí)，兩路進(jìn)水管線往往均為完好，水消防滅火系統(tǒng)同時(shí)使用兩路消防供水。根據(jù)管網(wǎng)平差的基本理論，此時(shí)到達(dá)滅火系統(tǒng)閥組處的消防供水壓力要比一路供水校核工況下該處的供水壓力大，仍以上述電廠C7棧橋?yàn)槔?，在一路供水情況下，到達(dá)滅火系統(tǒng)閥組處的壓力較之兩路供水情況低0.05 MPa以內(nèi)，對(duì)系統(tǒng)消防用水量的影響不大。

因此，目前合理的做法是，在消防水泵參數(shù)選定的情況下，單路供水的工況下，應(yīng)校核消防給水系統(tǒng)的流量、揚(yáng)程；兩路以上供水的工況下，應(yīng)復(fù)核全廠消防儲(chǔ)水量；只有當(dāng)各方面均滿足條件時(shí)，才能說該電廠消防給水系統(tǒng)是合格、可靠的。

5 結(jié)論

綜上所述，火力發(fā)電廠水消防滅火系統(tǒng)水力驗(yàn)算在整個(gè)電廠的消防設(shè)計(jì)過程中至關(guān)重要；只有對(duì)全廠各水消防滅火系統(tǒng)進(jìn)行完整的核算，才能保證在實(shí)際發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防給水系統(tǒng)各設(shè)備、消防儲(chǔ)備水量均能滿足需要，從而真正實(shí)現(xiàn)火電廠的消防安全保障。

[1] GB 50229－2006，火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[2] GB50084－2001，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)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

張捷(1983- )，男，江蘇南通人，注冊(cè)公用設(shè)備工程師，從事電廠水工消防設(shè)計(jì)工作。