油浸變壓器消防排水系統(tǒng)的計算與設(shè)計

儲劍鋒

（華東電力設(shè)計院，上海 200063）

油浸變壓器消防排水系統(tǒng)的計算與設(shè)計

儲劍鋒

（華東電力設(shè)計院，上海 200063）

摘要：油浸變壓器的消防及排水系統(tǒng)關(guān)系著電廠安全，但目前其消防排水的設(shè)計多憑經(jīng)驗估算。本文提出一套較為完整的變壓器消防排水系統(tǒng)的計算方法，有利于提高設(shè)計質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：油浸變壓器；消防排水；隔油池。

1　概述

油浸變壓器是發(fā)電廠的核心設(shè)備，但其內(nèi)部貯有大量絕緣油，火災(zāi)危險性大。《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范》第7.1.11條以強(qiáng)制性條文規(guī)定，“當(dāng)油浸變壓器容量為9×104kV·A及以上時，應(yīng)設(shè)置火災(zāi)探測報警系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)或其他滅火系統(tǒng)”。

大型變壓器的消防給水流量很大，消防排水中常含有少量油污，可能造成污染。因此，變壓器的消防排水，除應(yīng)按消防流量設(shè)計外，在排水設(shè)施上應(yīng)采取油水分隔措施。

目前不同設(shè)計院在設(shè)計變壓器消防排水系統(tǒng)時，做法多有不同。我院在設(shè)計某國外項目時，通過學(xué)習(xí)研究，整理出一套較為完整的變壓器消防排水系統(tǒng)的計算方法，可以通過計算確定水封井、排水管、事故隔油池的規(guī)格。該方法在多個工程項目上得到應(yīng)用，并不斷完善。

2　變壓器消防及排水

2.1變壓器消防水流量

為確定變壓器消防排水的規(guī)模，首先應(yīng)確定變壓器水消防的流量及排水量，主要的相關(guān)規(guī)定如下：

（1）變壓器室外消火栓用水量不應(yīng)小于10 L/s、持續(xù)噴射時間不小于2 h。

（2）變壓器本體設(shè)計噴霧強(qiáng)度不應(yīng)小于20 L/ min·m2、持續(xù)噴霧時間不小于0.4 h。

（3）變壓器的集油坑設(shè)計噴霧強(qiáng)度不應(yīng)小于6 L/ min·m2、持續(xù)噴霧時間不小于0.4 h。

（4）變壓器的保護(hù)面積應(yīng)按扣除底面面積以外的變壓器外表面面積確定外，還包括油枕、冷卻器的外表面面積和集油坑的投影面積。

（5）變壓器電纜溝連接處宜增設(shè)水噴霧噴頭，強(qiáng)度不小于13 L/ min·m2、持續(xù)噴霧時間不小于0.4 h。

變壓器水噴霧滅火系統(tǒng)的噴頭選型及布置應(yīng)滿足上述規(guī)定，變壓器消防時實際室外消火栓及水噴霧流量需按照供水系統(tǒng)進(jìn)行管網(wǎng)計算而確定。

2.2變壓器消防排水措施

變壓器消防排水系統(tǒng)應(yīng)能將變壓器事故過程中濺溢的絕緣油經(jīng)適當(dāng)隔火滅火措施后及時排盡，排水在事故隔油池中經(jīng)隔油處理后達(dá)標(biāo)排放，油經(jīng)回收處理后再利用。

（1） 變壓器發(fā)生火災(zāi)時有燃油溢（噴）出，為防止油火在水面燃燒、擴(kuò)散，通常采取兩道隔火滅火措施：一是變壓器下設(shè)置有集油坑用于貯油、擋油，且集油坑內(nèi)鋪設(shè)有厚度不小于250 mm的卵石層，可起到隔火降溫作用，防止燃燒擴(kuò)散；二是變壓器集油坑的排水出口設(shè)置有水封井，可起到阻隔水面游火作用，防止燃燒沿排水管網(wǎng)蔓延。

（2）變壓器集油坑的排水出口處設(shè)置的水封井宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。水封井的水封深度不應(yīng)小于250 mm，干旱地區(qū)可采用500 mm或更大的水封深度。水封井的井底宜設(shè)深度為300～500 mm的沉泥槽。

（3）變壓器消防排水管的管徑、坡度宜按20 min內(nèi)將事故油排盡選擇，當(dāng)變壓器設(shè)有水噴霧滅火系統(tǒng)時，消防排水流量還應(yīng)疊加水噴霧流量。如果變壓器區(qū)域場地雨水經(jīng)水封井、檢查井等匯集進(jìn)來時，排水流量可考慮疊加水噴霧與雨水兩者之中的較大流量。

（4）變壓器消防排水管宜選擇球墨鑄鐵管，承插式膠圈接口，內(nèi)外壁均需防腐。

常用的25號變壓器油的運動粘度技術(shù)指標(biāo)為：40℃時不大于13 mm2/s、-10℃時不大于200 mm2/s。在10℃時，變壓器油的運動粘度約為50 mm2/s，水的運動粘度為1.3 mm2/s，在變壓器消防排水過程中，暫按油水混合物的運動粘度以20 mm2/s計，按重力流、滿流進(jìn)行簡化計算，常用管徑、坡度可參考表1。

表1　變壓器排水管常用管徑坡度

3　變壓器事故隔油池原理

變壓器消防排水和（/或）變壓器區(qū)域的雨水經(jīng)排水管、水封井（/檢查井）等，匯集進(jìn)入事故隔油池。變壓器絕緣油以可浮油、分散油的狀態(tài)摻混在水流中，從事故隔油池進(jìn)水區(qū)的隔墻下部進(jìn)入隔油區(qū)，在隔油區(qū)流速變緩，水流中挾帶的泥沙等較重顆粒將沉降落底，而較輕的油顆粒則爬升到水面上，并被后隔墻阻擋滯留下來。由此一來，清水從后隔墻下部進(jìn)入出水區(qū)，經(jīng)出水管可排至附近雨水下水道。典型的變壓器事故隔油池的平、剖面圖見圖1、圖2。

事故隔油池出水管道上應(yīng)設(shè)置方便封堵的措施，進(jìn)水管上也可相應(yīng)設(shè)置。例如在進(jìn)水管和出水管上分別安裝法蘭悶頭或鑄鐵閘門，以便采用灌水方式逐步抬高油位，使浮油經(jīng)集油槽全部進(jìn)入鄰近的集油井，同時利用移動式泵抽取至專門設(shè)施進(jìn)行處理回用。需要注意的是，正常時該法蘭悶頭不得安裝或保持閘門全開，保證進(jìn)、出水管暢通。

4　變壓器事故隔油池計算

4.1事故隔油計算主要設(shè)計輸入

為計算變壓器事故隔油池的規(guī)格，主要設(shè)計輸入可按如下規(guī)定確定：

圖1　變壓器事故隔油池平面圖

圖2　變壓器事故隔油池剖面圖

（1） 變壓器事故隔油池設(shè)計貯油量（Woil），按最大一臺變壓器總油量的60%考慮，（m3）。

（2） 變壓器事故排水設(shè)計流量（Q）除考慮排放事故溢（噴）油的流量外，還需要疊加消防排水流量或變壓器區(qū)域匯集的雨水流量（取大值），（m3/s）。

（3） 其他主要設(shè)計參數(shù)選取：油水密度之比（ρ）：一般為0.8～0.9，視油品不同而定。

油粒爬升速度（Voil）：根據(jù)試驗確定，一般約0.0025 m/s。

隔墻下流速（Vh）：一般不大于0.05 m/s。

隔油區(qū)水平流速（V）：一般不大于0.01 m/s。

油水分界面：至少高出隔墻下過流孔頂0.5 m。油面上部凈空：不宜小于0.5 m。

隔油區(qū)長寬比（LPW）：一般可取3。

隔油池底板坡度：一般可取2%。

4.2隔油區(qū)主要尺寸的確定

隔油區(qū)內(nèi)主流緩慢水平運動，同時較重顆粒在沉淀、較輕油顆粒在爬升，運動狀態(tài)也比較復(fù)雜，隔油效果主要受到油粒爬升速度、主流水平流速的影響。

隔油區(qū)是隔油池關(guān)鍵部分，其主要尺寸可以按照如下步驟計算確定：

（1） 事故隔油池的進(jìn)水管內(nèi)底標(biāo)高應(yīng)高于排水堰頂標(biāo)高，其差值應(yīng)根據(jù)計算確定，一般可取5～10 cm；排水堰頂標(biāo)高應(yīng)高于出水管內(nèi)底標(biāo)高，其差值宜不小于5 cm。

（2） 隔油區(qū)最小水平截面積

（3） 隔油區(qū)寬度：

（4） 隔油區(qū)長度

（注：假定隔油區(qū)液體深度為 h，則液體流經(jīng)隔油區(qū)的時間為L/（Q/（ h×W））=（ h×W×L）/Q，要求在此時間間隔內(nèi)油粒至少爬升 h的高度，由此可以確定隔油區(qū)最小水平截面積A h。）

（5） 貯油高度

（注：上述界面標(biāo)高是指排水結(jié)束時狀態(tài)，此時出水區(qū)水面與排水堰頂齊平。）

4.3事故隔油池其他尺寸的確定

在確定隔油區(qū)尺寸后，宜復(fù)核隔油區(qū)水平流速，必要時可通過加深隔油池來降低水平流速。

進(jìn)水區(qū)下部宜設(shè)集泥坑，其容積按初期雨水挾泥量確定，可按地面匯集雨水流量乘以200s估算。

5　其他說明

據(jù)調(diào)查，變壓器火災(zāi)時，即使發(fā)生爆炸事故，真正進(jìn)入隔油池的油量一般只為變壓器總油量的10%～30%，因此隔油區(qū)水平流速將比設(shè)計值略小，實際處理效果會更好。

根據(jù)布置的需要，變壓器事故隔油池同樣可以承接主廠房汽輪機(jī)油系統(tǒng)的消防排水，此時事故隔油池的規(guī)模需進(jìn)行必要的復(fù)核。

當(dāng)變壓器、汽輪機(jī)油系統(tǒng)設(shè)有事故排油門時，這部分緊急疏油宜通過特定的管道直接排入密封的排油箱（坑）中，集中回收處理；由于事故隔油池并非密封的結(jié)構(gòu)，不建議將緊急疏油也引入變壓器事故隔油池，否則設(shè)計人員需慎重考慮相關(guān)安全、環(huán)保措施。

6　結(jié)論

按照本文推薦的計算思路和方法，通過計算確定變壓器事故排水系統(tǒng)的工藝尺寸，有利于規(guī)范設(shè)計、提高設(shè)計質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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［3］ GB 50219-95，水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范 ［S］.

［4］ SIEMENS.Design of Oil Separator Pit ［K］. GURGAON：Rajesh Mandal，1999.

中圖分類號：TM621

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1671-9913（2015）02-0032-04

* 收稿日期：2014-02-14

作者簡介：儲劍鋒（1971- ），男，安徽安慶人，高級工程師，從事水工給排水及消防的設(shè)計工作。

Calculation and Design of Fire Control Drainage System for Oil-immersed Transformer

CHU Jian-feng
（East China Electric Power Design Institute， Shanghai 200063， China）

Abstract：Fire protection and firewater drainage for oil-immersed transformer is important to the safety of power plant， but the specification of the drainage system is often estimated now. How to design the firewater drainage system by calculation is introduced in this article.

Key words：oil-immersed transformer；firewater drainage；oil separator pit.