| 三门峡水电站机电设备消防设计 |
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| 作者：王超羽,王 怡,张士杰
2004-10-26 8:56:00 |
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摘 要 三门峡水电站扩建工程采用小喷雾头作为发电机和主变压器的消防喷雾头, 成功地解决了以往电站设计中大喷雾头雾化不佳、供水压力较高、消防效果不理想等问题。主要介绍水轮发电机和主变压器消防设计以及相关消防规范的应用情况。
关键词 机电设备 消防 包络设计 喷雾头 喷雾强度 三门峡水电站
1 机电设备消防方式
目前, 国内大型水轮发电机一般设置的灭火装置, 常用水、二氧化碳以及卤代烷灭火方式。卤代物价格昂贵, 对环境有污染, 已被国际组织禁止使用。二氧化碳消防, 要成功扑灭火灾, 必须使二氧化碳浓度在发电机风罩内迅速达到50% , 并至少维持30% 浓度20min, 否则易引起复燃。当发电机发生火灾并伴随爆炸时, 发电机坑气密性遭到破坏, 会导致气体逸出, 失去灭火作用。三门峡水电站的扩建工程, 厂房内没有堆放二氧化碳瓶站的房间, 因此不宜采用。而水喷雾灭火耗水量低, 灭火时间短,没有复燃危险, 对发电机绝缘冲击损坏小, 成本低, 维修方便, 所以6、7 号机组发电机采用水喷雾消防。为防止报警元件误报引起误操作, 采用自动报警, 手动投入方式。
2 发电机消防设计
2.1 发电机消防概况
三门峡水电站6、7 号机组水轮发电机型号SF75-68/1350, 容量75MW , 定子端部线圈直径约为10.8m。发电机消防水引自厂内消防供水干管, 在发电机定子端部线圈上、下各设1 根直径48mm 消防环管, 每根环管上均布32个喷雾头, 均匀地向定子端部线圈喷射水雾。发电机消防水自流排至水轮机顶盖, 由顶盖排水设施排至下游。
2.2 发电机消防水量
《水利水电工程设计防火规范》SDJ 278—90 规定: 发电机定子上下端部线圈圆周长度上喷射的水雾水量, 不应小于10 L/(min·m )。按该规定计算, 发电机的消防流量仅为679 L/m in。若按此流量布置喷雾头并不能把定子端部线圈全部包络。设计中, 把上述规范的规定理解为定子线圈端部圆周长度1 m 内所接收到水雾总量不应小于10L/m in 才能起到灭火作用。
喷雾头的喷雾强度是以面强度的方式表示的。 定子端部线圈圆周单位长度内接收水雾流量 Q单位等于线圈宽度和水雾喷头的喷雾强度之积。发电机端部线圈宽度约为350mm , 线圈表面所需喷雾强度为28.6 L/(m in·m2)。在确定线圈表面水雾强度之后, 根据喷雾头的保护范围进行包络设计, 布置喷雾头, 确定喷雾头数量和发电机消防流量。受发电机内部空间限制, 喷雾头安装高度不可能太大,因此采用雾化角较大的喷雾头, 其雾化角120°。
机组设有64 个ZSTWB-30-120 型喷雾头, 喷雾头流量为30 L/m in, 喷雾头间距约为1m , 发电机消防流量约为210m3/m in, 喷雾延续时间按10m in 计, 发电机1 次消防水量为20 m3, 水压0.5M Pa。
2.3 消防供水接入方式
电站消防供水为恒压供水。供水干管内充满高压水,但发电机消防环管不允许有滴水现象。1～ 5 号发电机消防供水管与喷雾环管之间为断开式, 采用消防快速接头连接, 快速接头规格DN 65 mm , 手动操作。6、7 号发电机采用水喷雾消防, 消防雾化压力提高, 使主厂房消防水压主要由发电机消防水压决定。发电机消防流量比较大, 供水干管为DN 150mm , 若仍采用DN 65mm 消防快速接头,变径段水流动能水头V2/2g = 4.74 mH2O , 快速接头段局部水力损失将达到17.3～ 26.8mH2O , 这样使主厂房消防压力增高, 增加了供水设备投资。设计中使用2 个手动蝶阀取代快速接头, 手动蝶阀处于常闭状态, 按马鞍型布置。在马鞍最低点设有排渗漏管路, 以防阀门漏水至发电机引起事故。
3 主变压器消防
三门峡水电站6、7 号机组采用单机单变连接形式。主变场地两端和2 台主变之间均设有防爆墙。消防水从8 号机坑清水池经加压泵加压后, 分别通过设在284.0m 层的雨淋阀引至主变场地, 集油坑内消防水和绝缘油, 或平时的雨水由埋管引至事故油池, 由排污泵排走。6、7 号主变消防水量分别为120、124 m3, 雨淋阀前供水压力不小于0.6M Pa。
3.1 喷头选择
以前, 主变水喷雾消防采用大喷雾头, 在变压器四周设4 (或8) 个喷雾头, 对主变施行全包络设计。由于水雾锥覆盖面积大, 保护面上各点水雾强度很不均匀。雾滴质点行程较远, 受环境干扰包络面偏移大。喷雾头工作压力高, 雾化效果不理想。针对大喷雾头上述缺点, 本次设计时采用小喷雾头作为消防设备。小喷雾头由于流量小, 布置靠近主变本体, 水雾均在有效射程之内, 包络面偏移小,设计精度提高。各喷雾头保护面积小, 局部喷头堵塞或损坏不影响整体消防效果。相对而言, 主变表面上各点喷雾强度较均匀, 使主变消防水量减少。
3.2 主变压器消防包络设计
对主变压器消防, 《水利水电工程设计防火规范》SDJ278—90 中规定: 主变压器保护面积除底面积以外的全部表面喷雾强度不小于20 L/(m in·m2) , 集油坑上喷雾强度不小于6 L/(m in·m2)。水喷雾灭火方式的原理是对消防对象施行全包络设计, 喷雾保护面水雾强度达到一定要求, 以保护冷却消防对象并窒息火灾, 达到灭火的目的。单个喷雾头的保护范围和喷雾强度可通过作图法或微分法电算解析而得。主变压器的4 个立面是比较规则的平面, 在主变周围布置2 圈消防供水环管, 根据包络情况在这2 圈环管上布置喷雾头可将主变侧面包络。因集油坑表面消防强度要求低, 其包络保护喷雾头布置在主变周围的下层消防供水管上, 对于主变顶部,《水利水电工程设计防火规范》规定: 供水管不得跨越主变顶部。因此顶部包络设计, 需采用在悬臂供水管上布置喷雾头。主变油枕高于主变顶部, 应进行单独的包络保护。一旦主变发生火灾, 主变本体内的绝缘油泄放到集油坑中。主变底部覆盖的集油坑部分因存在绝缘油, 同样会起火, 因此该部分也应进行喷雾保护。但由于主变底部与集油坑表面距离过小, 无法布置喷雾头。设计时, 将保护主变侧面和集油坑表面的喷雾锥立体交叉, 使主变底部空间全部被包络, 以隔绝空气,窒息火灾。
3.3 喷雾灭火持续时间
对于主变压器喷雾灭火持续时间, 《水利水电工程设计防火规范》SDJ278—90 和《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219—95 两者稍有差别: 前者规定为20m in, 后者为0.4 h。一般情况下, 设计应优先考虑高等级标准, 但是6、7 号机组消防设计是在1992 年和1994 年完成。当时《水喷雾灭火系统设计规范》为报批稿, 尚不具备法律效力, 所以设计采用《水利水电工程设计防火规范》, 喷雾灭火持续时间为20 min。
3.4 主变消防环管布置
本电站主变压器消防使用小喷雾头有喷雾量80、50、30 L/m in, 雾化角60°、90°、120°几种规格。因小喷雾头喷雾量的限制, 其保护范围较小, 需在主变周围布置2～ 3 层喷雾头以满足规范要求的消防强度。消防环管布置方式有图1 所示环状和笼式2 种。笼式布置具有喷雾头工作压力均衡, 水量分配均匀, 管路水力损失小, 可减少管路支撑等优点, 但计算复杂, 施工难度增加。6、7 号机组主变分别采用上述2 种布置方式。计算结果表明: 7 号机主变消防面积和消防流量均大于6 号机, 但雨淋阀前工作压力要略小于6 号机。供水环管布置时需避开电气设备, 并保证电气安全距离。主变消防系统按规定应定期进行试喷, 验证系统设备功能是否正常。消防水管安装时设有i= 0.02 的坡度, 以放空供水管内积水, 防止冻裂水管。
4 设备缺陷
三门峡水电站扩建工程机电设备消防总体来讲是比较成功的, 但限于当时的条件, 一些设备选型有不足之处。
(1) 消防控制阀门。消防控制阀门要求操作便捷, 无渗漏。对于发电机消防控制阀门, 当时未找到公安部批准的专用消防阀门, 只得使用高质量的蝶阀替代, 但因口径大, 操作不便。主变雨淋阀虽是公安部批准产品, 实际运行时由于自动化元件原因, 不能远方操作, 只能现场手动。目前随着市场开放, 我们已在国外阀门产品中找到替代产品——隔膜式消防控制阀。
(2) 消防管材。规范规定: 水喷雾消防系统的管材应为内外镀锌管, 宜采用丝扣连接。市场上最大口径的镀锌管只有DN 150 mm , 安装时不论采用丝扣还是法兰连接,均会使镀锌管内镀层破坏, 引起锈蚀。此问题行业内尚未妥善解决。设计时, 对于口径大于DN 150mm 管道, 使用无缝钢管替代。雨淋阀前后安装过滤器, 雨淋阀后管道尽量保持干燥, 避免锈蚀, 堵塞喷头。
5 结 语
水电站消防设计越来越受到重视。三门峡水电站机电设备消防是我们首次采用小喷雾头进行消防设计, 安装完毕, 进行试喷, 喷雾头雾化及包络效果良好。水电站消防设计需遵循3 个消防规范, 即《建筑设计防火规范》GBJ16—87、《水利水电工程设计防火规范》SDJ 278—90 和《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219—95。3 个规范某些条款规定不太明确, 偶有条款相矛盾, 设计时需灵活运用。
作者简介
王超羽 男 工程师 水利部天津水利水电勘测设计研究院 天津 300222
王 怡 女 高工 水利部天津水利水电勘测设计研究院 天津 300222
张士杰 男 高工 水利部天津水利水电勘测设计研究院 天津 300222
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【文章出处：王超羽,王 怡,张士杰】 |
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