章建玲

（中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071）

0 引言

目前,我國的發(fā)電廠處于高速發(fā)展的階段,其設(shè)備的裝機(jī)容量越來越大，并且發(fā)電廠生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜,火災(zāi)隱患相對(duì)較大,一旦發(fā)生火災(zāi),若不能及時(shí)撲救，就會(huì)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

在發(fā)電廠滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，消火栓系統(tǒng)是撲救、控制建筑物初期火災(zāi)最為基礎(chǔ)的滅火系統(tǒng)。另外，對(duì)電廠的電纜夾層、主廠房?jī)?nèi)的油設(shè)備及油管道以及變壓器等主要建（構(gòu)）筑物和設(shè)備均需采用自動(dòng)噴水/水噴霧/水幕等水滅火系統(tǒng)，因此,整個(gè)電廠水消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性至關(guān)重要。

發(fā)電廠的消防水源通常采用消防水池，消防水泵是消火栓給水系統(tǒng)或自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等消防水系統(tǒng)的重要組成,消防水泵能否正常啟動(dòng),對(duì)撲滅火災(zāi)具有極其重要的影響。

1 發(fā)電廠消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

發(fā)電廠消防水系統(tǒng)通常采用臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)，采用消防水池作為消防水源，采用消防水泵升壓供水。文獻(xiàn)[1]規(guī)定,為保證消防水泵隨時(shí)可以啟動(dòng)，并且能可靠供水，消防水泵應(yīng)采取自灌式吸水，并且為強(qiáng)制性條文，設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格執(zhí)行?；谧怨嗍轿囊?，目前有兩種不同的觀點(diǎn)，由此產(chǎn)生兩種不同的設(shè)計(jì)方案。

1.1 消防水池最高水位符合自灌式吸水要求

發(fā)電廠消防水泵一般采用臥式離心泵。通常情況下,消防用水與工業(yè)用水合用水池，稱為工業(yè)消防水池，布置在消防水泵房旁邊。消防水泵房為地下或半地下式,如圖1所示。工業(yè)消防水池的池底標(biāo)高和消防水泵房底板的地坪標(biāo)高相同,消防用水容積在消防最高水位（-1.5 m）和最低水位(-3.0 m)之間，消防水泵泵軸中心線設(shè)于消防最高水位以下較高部位。

圖1 發(fā)電廠消防泵房及水池高程圖（一）

正常情況下，工業(yè)消防水池的水位高于或等于消防要求的最高水位，消防水泵處于自灌式啟泵吸水狀態(tài)。同時(shí)，吸水管喇叭口淹沒于消防水池最低有效水位（-3.0 m）以下至少600 mm，滿足消防水池的有效儲(chǔ)水量或有效水容積能被全部利用，并滿足消防水泵在水池最低有效水位時(shí)能安全運(yùn)行[1]。

1.2 消防水池最低有效水位符合自灌式吸水要求

目前有些設(shè)計(jì)人員認(rèn)為，上述布置方式僅滿足消防水泵在正常情況下初始自灌式啟泵的要求，以下兩種情況將會(huì)導(dǎo)致消防水泵不能自灌式啟泵。

（1）因?yàn)楣I(yè)消防合用水池，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，工業(yè)消防水池的水可能被工業(yè)水泵抽走，其水位本身就可能低于消防水泵自灌式啟泵要求水位以下。

（2）發(fā)電廠消防給水系統(tǒng)都設(shè)有備用消防水泵?；馂?zāi)發(fā)生初期，第一臺(tái)消防水泵從伺應(yīng)狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)工業(yè)消防水池的水位是處于消防最高水位，消防水泵處于自灌式吸水啟動(dòng)位置。但在滅火的過程中，啟動(dòng)第一臺(tái)消防水泵滅火一定時(shí)間后，由于機(jī)械或供電方面的原因，需要啟動(dòng)備用消防水泵供水滅火時(shí)，消防水池的水位可能已經(jīng)降至消防水泵自灌式吸水啟動(dòng)水位以下，此時(shí)便不能保證備用消防水泵隨時(shí)啟動(dòng)供水，將會(huì)延誤火災(zāi)撲救時(shí)間。

基于上述分析，在目前發(fā)電廠消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，消防水池的最低有效水位應(yīng)該高于消防水泵的自灌式吸水水位，只有這樣才能滿足文獻(xiàn)[1]規(guī)定的消防水泵自灌式吸水的要求。鑒于此，消防水泵房底板高程將低于消防水池池底約0.7～1.2 m。如果工業(yè)消防水池池底標(biāo)高和消防水泵房的底板標(biāo)高仍然相同,那么會(huì)使消防水池池底有1 m左右的水深沒有被有效使用。如圖2所示布置，某裝機(jī)容量為2×660 MW的火力電廠消防水泵房的地面低于消防水池池底高程1.15 m。由此，大大增加了消防系統(tǒng)的土建工程量，進(jìn)而增加了消防系統(tǒng)的投資。

圖2 發(fā)電廠消防泵房及水池高程圖（二）

2 消防水泵自灌式吸水水位的分析

首先，我們分析一下消防水泵自灌式吸水的水位設(shè)置情況，關(guān)于消防水泵在何種情況下被認(rèn)為是自灌式吸水，有兩種不同的觀點(diǎn)：

（1）依據(jù)文獻(xiàn)[2][3]，根據(jù)消防水泵所采用的泵型不同，對(duì)滿足消防水泵自灌式吸水的水池水位要求分3種不同情況進(jìn)行了分析，其中對(duì)于臥式消防水泵，要使水泵屬于自灌式吸水，水池的水位需要高于泵殼頂部放氣孔，此時(shí)水泵泵殼及其吸水管路是充滿水的，如圖3所示。

圖3 臥式消防水泵自灌式啟泵水位

（2）依據(jù)文獻(xiàn)[1]要求，認(rèn)為消防水池的水位高于離心水泵出水管中心線即屬于自灌式吸水。此時(shí)水泵及其吸水管路的只有下半部分是充水的，管道內(nèi)會(huì)存有空氣。水泵是否滿足自灌式吸水條件，在于其吸水管路內(nèi)和水泵泵殼內(nèi)是否充滿水[3-6]，因此，上述第一種觀點(diǎn)：將水池的水位高于水泵泵殼頂部放氣孔作為判斷消防水泵是否滿足自灌式吸水條件的要求，是比較合理的。

3 發(fā)電廠消防水泵自灌式啟泵的問題分析

基于上述分析，消防水泵自灌式吸水滿足的條件已經(jīng)明確，以下我們論證一下僅消防水池最高水位符合自灌式吸水的設(shè)計(jì)是如何滿足消防水泵自灌式吸水條件的。

3.1 消防水池的水位狀態(tài)

針對(duì)目前業(yè)內(nèi)認(rèn)為工業(yè)消防水池正常情況下的水位本身就可能低于消防水泵自灌式啟泵要求水位以下的觀點(diǎn)，首先，消防用水與其他用水共用水池時(shí)，都采取了保證消防用水不被他用的工程技術(shù)措施。其次，根據(jù)GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第4.3.9條要求，消防水池都設(shè)置了就地水位顯示裝置，并且在消防值班室等有人值守的位置設(shè)置顯示消防水池水位的裝置，有最高水位報(bào)警和最低水位報(bào)警。消防控制室24 h有人值班，值班人員不少于2人，水池的水位總是處于監(jiān)視下的。最后，對(duì)消防水泵的運(yùn)行維護(hù)管理要求中，文獻(xiàn)[1]要求消防水泵在準(zhǔn)工作狀態(tài)下的自動(dòng)巡檢采用變頻運(yùn)行,巡檢周期不大于7 d。即使沒有設(shè)計(jì)自動(dòng)巡檢，文獻(xiàn)[1]也要求，每周模擬消防水泵自動(dòng)控制的條件自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵運(yùn)轉(zhuǎn)一次，且自動(dòng)記錄運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

因此，在正常情況下，消防水池的水位是保持在設(shè)計(jì)最高消防水位的，且高于消防水泵泵殼頂部放氣孔。消防水泵初次啟動(dòng)時(shí)，消防水泵(包括備用水泵) 吸水管路及泵殼內(nèi)是充滿水的，圖1所示布置能滿足消防水泵自灌式啟泵的要求。

3.2 水泵吸水管及泵殼的充水狀態(tài)

針對(duì)業(yè)內(nèi)認(rèn)為消防水泵不能滿足自灌式啟泵的第二種觀點(diǎn)，在火災(zāi)期間，工作消防水泵運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)生故障，需要啟動(dòng)備用消防泵，而此時(shí)碰巧水池水位降到水泵放氣孔以下，如圖4所示[7，8]，離心水泵最大安裝高程度計(jì)算公式為：

式中Zs——水泵安裝高度，m；

Hg——水泵安裝地點(diǎn)液面的大氣壓力，m；

Hz——水泵安裝地點(diǎn)飽和蒸汽壓力，m；

∑hs——吸水管路的全部水頭損失，m；

NPSH——水泵總氣蝕余量，m。

只要水泵的安裝高程滿足公式（1）要求，那么根據(jù)托里拆利實(shí)驗(yàn)原理，吸水管內(nèi)是充滿水的，其內(nèi)部的水不會(huì)漏出來，備用消防水泵吸水管路和泵殼內(nèi)也是保持處于充滿水狀態(tài)[9]，此時(shí)如啟動(dòng)備用消防水泵，備用消防水泵也是滿足自灌式啟泵的要求。

圖4 離心水泵安裝高程計(jì)算圖

發(fā)電廠火災(zāi)延續(xù)時(shí)間一般按2 h考慮，依據(jù)文獻(xiàn)[1]要求，消防給水管網(wǎng)安裝完畢后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)、沖洗和嚴(yán)密性試驗(yàn)。試驗(yàn)壓力為1.5倍的系統(tǒng)工作壓力，并且不小于1.4 MPa,穩(wěn)壓24 h，管網(wǎng)應(yīng)無泄漏。因此，備用消防水泵吸水管及泵殼內(nèi)的水不可能在火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)漏光而使吸水管內(nèi)充滿空氣[10]。同時(shí)文獻(xiàn)[1]還要求，水泵吸水管喇叭口淹沒于消防水池最低有效水位以下的深度不小于600 mm，這也是保證火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)水泵吸水管路及泵殼內(nèi)不至于通過水面進(jìn)氣，從而保證吸水管路內(nèi)充滿水,使消防水泵能及時(shí)啟動(dòng)。因而沒有必要如圖2所示的布置，將消防水池最低有效水位設(shè)計(jì)為高于離心消防水泵泵殼放氣孔。

文獻(xiàn)[11]通過模擬消防系統(tǒng)搭建試驗(yàn)平臺(tái)，檢測(cè)消防水泵自灌式吸水及運(yùn)行的全過程，從實(shí)踐角度驗(yàn)證自灌式水位、最低有效水位及消防水泵啟泵和切換之間的關(guān)系，證明消防水池的有效容積應(yīng)從最低有效水位算起，而最低有效水位與是否高于消防泵吸水管無關(guān)。

當(dāng)然，如果將消防水泵的自灌式啟動(dòng)水位設(shè)置在低于消防水池的最低有效水位以下，消防水泵隨時(shí)啟動(dòng)的可靠性大大提高。但這種消防水泵在任何狀態(tài)下啟動(dòng)水位都高于自灌式啟泵水位的設(shè)計(jì)，勢(shì)必會(huì)造成消防泵房底板標(biāo)高的降低或消防水池下部很大一部分容積沒有被利用，使工程投資增加。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

針對(duì)目前對(duì)消防水泵自灌式吸水要求的不同理解，本文通過從自灌式吸水需滿足的水位要求出發(fā)，分析對(duì)比了僅消防水池最高水位符合自灌式吸水要求與消防水池最低有效水位符合消防水泵自灌式吸水要求兩種情況出發(fā)，得出如下觀點(diǎn)：

（1）將消防水池的水位高于泵殼頂部放氣孔作為滿足消防水泵自灌式吸水的條件，是合理的。

（2）發(fā)電廠消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，消防水池的消防最高水位應(yīng)高于臥式消防泵泵殼頂部放氣孔，而消防水池的消防最低有效水位無需高于臥式消防泵泵殼頂部放氣孔。

（3）發(fā)電廠消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，消防水池的最低有效水位應(yīng)高于消防水泵吸水喇叭口以上至少600 mm。當(dāng)消防水泵吸水管上設(shè)置防止旋流器時(shí)，最低有效水位可以高于防止旋流器頂部以上至少200 mm[1]。

（4）發(fā)電廠消防水池內(nèi)水位低于離心消防水泵泵殼放氣孔高度不能超過依據(jù)水泵的汽蝕余量計(jì)算的最大安裝高程Zs。

（5）若保證消防水泵在消防用水最低有效水位以下自灌式吸水啟動(dòng)，消防給水的可靠性大大提高，但工程造價(jià)也將大幅度提高。

（6）在滿足消防設(shè)計(jì)安全要求的前提下，更應(yīng)注重設(shè)計(jì)的合理性，不能用過度設(shè)計(jì)的手段來彌補(bǔ)對(duì)使用安全的不明確認(rèn)知。消防系統(tǒng)的安全一定是以安全管理為前提的，如果不注重系統(tǒng)的日常維護(hù)、消防泵的定期巡檢，再本質(zhì)的安全設(shè)計(jì)也是不安全的。正因?yàn)槿绱?，?guī)范從設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、維護(hù)管理等各個(gè)方面進(jìn)行了要求，每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)該安裝規(guī)程規(guī)范的要求做好，才能阻止運(yùn)行過程中意外的發(fā)生。

4.2 建議

盡管本文對(duì)消防水泵自灌式啟泵水位設(shè)置進(jìn)行分析探討并得出結(jié)論，但業(yè)內(nèi)的爭(zhēng)論仍然不斷,一方面是因?yàn)槲墨I(xiàn)[1]本身對(duì)自灌式吸水的要求從不同的條文理解存在歧義，另一方面同為國家標(biāo)準(zhǔn)的防火規(guī)范，對(duì)自灌式引水要求的程度也不盡一致。

（1）文獻(xiàn)[1]中5.1.12條規(guī)定消防水泵應(yīng)采用自灌式吸水。對(duì)于自灌式吸水，該文獻(xiàn)中沒有進(jìn)行專業(yè)術(shù)語解釋，而且自灌式吸水與正壓吸水是兩個(gè)不同的概念，建議規(guī)范對(duì)自灌式吸水進(jìn)行明確的專業(yè)術(shù)語解釋。

（2）文獻(xiàn)[1]中5.1.17條規(guī)定，消防水泵吸水管安裝真空表，而且最大量程宜為-10 m，這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，對(duì)應(yīng)的水柱的高度。一般理解認(rèn)為，規(guī)范中沒有要求水泵吸水管路在滅火過程中為全程正壓，而是可以負(fù)壓上水的。建議規(guī)范對(duì)滅火過程中是否需要全程正壓進(jìn)水進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定。

（3）文獻(xiàn)[5]中對(duì)4.3.9條圖示中，在左下角明確提示：喇叭口也可在最低有效水位上方出池壁。

（4）同為國標(biāo)，各個(gè)規(guī)范對(duì)自灌式引水要求的程度不盡一致，有的是“宜”，有的是“應(yīng)”。如文獻(xiàn)[1]中5.1.12條規(guī)定：“消防水泵應(yīng)采取自灌式吸水”，并且為強(qiáng)制性條文。文獻(xiàn)[12]中8.8.5條第2款規(guī)定：“一組水泵宜采用自灌式引水，當(dāng)采用負(fù)壓上水時(shí)，每臺(tái)消防泵應(yīng)有單獨(dú)的吸水管”。而文獻(xiàn)[13]中8.3.4條規(guī)定：“消防水泵應(yīng)采用自灌式引水方式”。其條文解釋為：若采用自灌式引水有困難時(shí)，應(yīng)有可靠迅速的充水設(shè)備，如同步排吸式消防水泵。文獻(xiàn)[14]中12.2.12條第3款則規(guī)定：“消防水泵應(yīng)采用正壓?jiǎn)?dòng)或自吸啟動(dòng)，當(dāng)采用自吸啟動(dòng)時(shí)，自吸時(shí)間不宜大于45 s”。文獻(xiàn)[15]中7.7.2條規(guī)定：“每臺(tái)消防水泵應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的吸水管，并宜采用自灌式吸水”。文獻(xiàn)[16]中7.6.3條規(guī)定：“水泵應(yīng)采用自灌式吸水”，但不是強(qiáng)制性條文。

鑒于各設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)中對(duì)消防水泵自灌式吸水的規(guī)范使用存在爭(zhēng)論，對(duì)消防水泵的自灌式吸水條件不甚明確，使得設(shè)計(jì)人員和審圖專家過度理解、過度設(shè)計(jì)，甚至以言代法。建議有關(guān)部門及專家就消防水泵自灌式吸水這一問題進(jìn)行深入研究、試驗(yàn),提出統(tǒng)一的規(guī)范，提高規(guī)范的可操作性，同時(shí)提高國家規(guī)范的嚴(yán)肅性、科學(xué)性和權(quán)威性。