馬果 張麗敏

在國際工程設計時，設計人員要重新了解、學習、掌握國際標準與中國標準的不同。發(fā)電機滅火標準就是其中的一項。與中國采用水噴霧滅火不同，國外一般執(zhí)行NFPA12標準，發(fā)電機采用CO2滅火。

1 CO2滅火系統(tǒng)的特點

國內水電站發(fā)電機消防設計中常采用水噴霧滅火，但國外水電站尤其是美國、歐洲電站一般采用發(fā)電機CO2滅火。CO2滅火劑具有無色無味、比空氣重、無毒、無腐蝕、成本低、滅火性能穩(wěn)定、滅火效率高、絕緣性好等特點，主要是通過稀釋氧濃度、窒息燃燒和冷卻物理作用滅火。與水噴霧滅火系統(tǒng)比較，CO2滅火后發(fā)電機可維修后再使用，節(jié)約成本。即使誤動作，機器無損傷。但是CO2滅火系統(tǒng)設計較復雜，而且如果誤動作時，有人在檢修發(fā)電機或者在發(fā)電機機坑附近，有可能窒息。

2 系統(tǒng)設計

CO2滅火系統(tǒng)從結構形式上可分為單元獨立系統(tǒng)和組合分配系統(tǒng)、可根據(jù)需要實施對單一防護區(qū)或多個防護區(qū)的消防保護。根據(jù)NFPA12規(guī)范要求，最多4臺發(fā)電機共用1套能滿足單臺發(fā)電機消防用量的CO2消防系統(tǒng)。組合分配系統(tǒng)是指1套滅火裝置對多個防護區(qū)實施消防保護的滅火系統(tǒng)，其系統(tǒng)滅火劑用量必須滿足最大防護區(qū)的消防保護需要，該方式具有節(jié)省資金，保護效率高等特點，應用廣泛。阿根廷LB電站共3臺發(fā)電機，采用組合分配方式，共用1套CO2消防系統(tǒng)，且CO2鋼瓶數(shù)量按照1∶1備用。發(fā)電機CO2滅火系統(tǒng)包括自動報警滅火控制系統(tǒng)、滅火劑儲瓶、瓶頭閥、啟動氣體儲瓶、電磁瓶頭閥、選擇閥、稱重裝置、單向閥、壓力開關、框架、噴嘴、管道等設備組成。圖1為組合分配式滅火系統(tǒng)結構示意圖。

3 參數(shù)計算

LB電站共設3臺單機容量120 MW的發(fā)電機，機坑內凈空間按照機坑體積減去定、轉子體積（定、轉子重量除以銅的密度)來估算，經計算機坑內凈空間約800 m3。

發(fā)電機CO2消防系統(tǒng)分為主噴放階段和延續(xù)噴放階段。根據(jù)NFPA12《Standard on Carbon Dioxide Extinguishing Systems》要求，對于采用密閉循環(huán)冷卻的電氣設備，當保護體積小于等于56.6 m3，主噴放階段排放量不小于1.6 kg/m3，當保護體積大于56.6 m3，主噴放階段排放量為1.3 kg/m3，或最低用量不得小于90.8 kg。主噴放時間為1 min。續(xù)放時，最小滅火濃度應保持在30%，不得少于20 min。CO2使用70 L、42 kg容量鋼瓶儲存，鋼瓶儲存間平均溫度約為20℃，鋼瓶設計壓力為15 MPa。

3.1 主噴放階段鋼瓶數(shù)量計算

根據(jù)NFPA12 A.5.5.3，保護體積800 m3，

式中 V——消防體積，m3；

M1——主噴放階段所需CO2質量，kg；

K——體積系數(shù)，取1.3 kg/m3；

N1——CO2主放儲瓶數(shù)。

鋼瓶數(shù)量取25個，考慮1∶1備用，則實際數(shù)量為50個。

3.2 延續(xù)噴放階段鋼瓶數(shù)量計算

根據(jù)NFPA12規(guī)范，表A.5.5.3(b)密閉式空氣循環(huán)電氣設備續(xù)放用量表（續(xù)放時保護體積）（單位m3），氣體30%濃度維持20 min，查表插值計算得：

鋼瓶數(shù)量取17個，考慮1∶1備用，則實際數(shù)量為34個。

式中 M2——CO2續(xù)放設計用量，kg；

圖1 組合分配式滅火系統(tǒng)結構示意圖

N2——CO2續(xù)放儲瓶數(shù)。

3.3 主噴放管路以及延時噴放管路管徑選擇

式中Q——管路中的平均流量，kg/min；

D——管路直徑，mm；

T——噴放時間，min；

M——CO2量，kg。

主噴放系統(tǒng)管徑取65 mm。延續(xù)噴放系統(tǒng)管徑取15 mm。

3.4 管路材質及壁厚選擇

管路材質一般根據(jù)合同要求確定。合同沒有要求的，可以使用不銹鋼管、焊接鋼管，若使用焊接鋼管要內外鍍鋅，個別項目業(yè)主要求不能內鍍鋅，但可以涂防銹油漆，根據(jù)合同要求執(zhí)行。管路安裝完畢后需要進行打壓試驗，一般鋼管均可承受，若合同已經規(guī)定的管路腐蝕厚度，應根據(jù)管路壁厚計算公式計算，然后選擇鋼管厚度。公式如下：

式中δ——管路壁厚，mm；

P——管路設計壓力，MPa；

D——管路公稱直徑，mm；

σ——設計工作溫度下材料許用應力，MPa；

c——腐蝕厚度，mm；

S——制造偏差取15%管路壁厚，mm。

3.5 滅火后氣體抽離系統(tǒng)

發(fā)電機滅火后，需要從發(fā)電機機坑內將CO2抽離，并且排出室外。在機坑內設置風機，將多余的CO2氣體排至廠外尾水平臺。

4 系統(tǒng)控制

4.1 自動控制

將報警滅火控制器上控制方式選擇鍵撥到“自動”位置時，滅火系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)，當防護區(qū)發(fā)生火情，感煙探測器與感溫探測器同時發(fā)出火災信號，報警滅火控制器即發(fā)出聲、光報警信號，同時發(fā)出聯(lián)動指令，關閉聯(lián)鎖設備，經過一段延時時間，發(fā)出滅火指令，打開電磁瓶頭閥釋放啟動氣體，啟動氣體通過啟動管道打開相應的選擇閥和瓶頭閥，釋放滅火劑，實施滅火。

4.2 電氣手動控制

將報警滅火控制器上控制方式選擇鍵撥到“手動”位置時，滅火系統(tǒng)處于手動控制狀態(tài)。當防護區(qū)發(fā)生火情，可按下手動控制盒或控制器上啟動按鈕即可按規(guī)定程序啟動滅火系統(tǒng)釋放滅火劑，實施滅火。在自動控制狀態(tài)，仍可實現(xiàn)電氣手動控制。

4.3 機械應急操作

當防護區(qū)發(fā)生火情，而控制器不能發(fā)出滅火指令時。應通知有關人員撤離現(xiàn)場，關閉聯(lián)動設備，然后拔出相應電磁瓶頭閥上的安全插銷，操作手柄即可打開電磁閥，釋放啟動氣體。啟動氣體打開選擇閥、瓶頭閥、釋放滅火劑，實施滅火。

4.4 緊急停止操作

當火災警報已發(fā)出，在延時時間內卻發(fā)現(xiàn)有異常情況，不需啟動滅火系統(tǒng)進行滅火時，可按下手動控制盒或控制器上的緊急停止按鈕，即可阻止控制器滅火指令的發(fā)出。

5 主要設備及操作

5.1 瓶頭閥

瓶頭閥安裝在滅火劑儲瓶上，用以密封儲瓶內的滅火劑?；馂臅r，一般由啟動氣體將瓶頭閥打開，釋放滅火劑，實施滅火。

瓶頭閥具有氣體啟動和機械手動兩種開啟方式。氣體啟動由啟動氣體推動驅動缸中的活塞桿，頂開瓶頭閥手柄，開啟瓶頭閥；機械手動是人工扳動瓶頭閥手柄，開啟瓶頭閥，該方式在緊急情況下采用。

5.2 電磁瓶頭閥

電磁瓶頭閥安裝在啟動氣體儲瓶上，用以密封啟動瓶內的啟動氣體。火災時，控制器發(fā)出滅火指令，激發(fā)電磁瓶頭閥內的電磁鐵動作，打開電磁瓶頭閥，釋放啟動氣體，啟動氣體通過啟動管路打開相應的選擇閥和瓶頭閥，釋放滅火劑，實施滅火。

電磁瓶頭閥具有電啟動和機械手動兩種開啟方式。電啟動由控制器發(fā)出開閥指令，使電磁鐵動作，打開電磁瓶頭閥；機械手動是手動拔除插銷，向上扳動手柄，打開電磁瓶頭閥。在機械手動之前應拔除插銷，否則將不能實施機械手動。

5.3 選擇閥

選擇閥安裝在集流管上，進口與集流管連接，出口與滅火劑輸送管道連接。選擇閥主要用于組合分配系統(tǒng)中控制滅火劑流動方向，保證滅火劑進入發(fā)生火災的保護區(qū)。

選擇閥平時關閉?；馂陌l(fā)生時，啟動氣體進入選擇閥驅動缸，推動缸內活塞，通過連桿機構動作，使選擇閥壓臂敞開，此時選擇閥已處于開啟狀態(tài)。接著啟動氣體又打開瓶頭閥，釋放滅火劑，通過選擇閥送入保護區(qū)，實施滅火。

6 設計中應注意的問題

（1）采用組合分配系統(tǒng)，NFPA12中未明確要求系統(tǒng)設置備用量；GB 50193—2018《二氧化碳滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模不同，要求一定的備用量?？梢愿鶕?jù)當?shù)販缁饎┦欠穹奖阒匦鹿嘌b、是否違反當?shù)氐膹娭菩砸螅约皬墓こ痰陌踩院徒洕越嵌染C合考慮，設置氣體滅火系統(tǒng)的備用量。阿根廷JC水電站發(fā)電機滅火系統(tǒng)CO2鋼瓶數(shù)量按照1∶1備用。

（2）為防止系統(tǒng)誤動作時，有人在檢修發(fā)電機或者在發(fā)電機機坑附近，導致窒息，在設計時應有專門的保護檢修人員措施。在發(fā)電機機蹲外的進氣管道上設置隔離球閥，閥門一般處于常開狀態(tài)，當有人員要進入機組檢修時，手動關閉隔離球閥后進入，防止誤噴，保護人員安全。隔離球閥帶微動開關并傳至中控。

（3）由于氣瓶壓力較大，布置時應盡量布置在獨立的房間，或者有一定安全距離的位置，并應有明顯警示標志。

7結語

阿根廷LB電站發(fā)電機消防應用美國消防協(xié)會標準NFPA12，采用CO2滅火。詳細說明了設計過程和系統(tǒng)原理，對設計中遇到的問題進行總結，為同類項目設計提供了參考。