火力發電廠水消防給水系統水力計算研究

張 捷，胡華強

(1.中機國能電力工程有限公司，上海 200061；2.江蘇省電力設計院有限公司，江蘇 南京 211102)

火力發電廠水消防給水系統水力計算研究

張 捷1，胡華強2

(1.中機國能電力工程有限公司，上海 200061；2.江蘇省電力設計院有限公司，江蘇 南京 211102)

根據相關規程的要求，對火電廠消防給水系統的設計計算進行分析研究。以某燃煤電廠工程實例，對部分水消防滅火系統在施工圖設計階段進行了設計計算研究，發現了其對消防給水設備、消防儲水設施要求與消防設計規范所規定的最低要求存在較大差距,應引起設計人員的重視、關注。

管網水力計算；消防用水量；系統工作壓力；消防儲水量。

1 概述

火力發電廠生產工藝過程復雜，主機輔機系統眾多；廠內帶電設備多，電纜密布，存在各類可燃性固體、液體；一旦發生火災，火勢發展快，撲救困難，經濟損失大，修復時間長。火力發電廠廠內主要有：主廠房區、配電裝置區、點火油罐區、貯煤場區等重點消防區域。

對于大中型火力發電廠(主要指單機容量300 MW及以上的機組)，按照設計常規將對各保護對象(含設備與建構筑物)配置對應的火災自動報警系統和固定滅火系統，固定滅火系統主要包括：固定式氣體滅火系統、泡沫滅火系統、水噴霧系統、自動噴水系統(含水幕系統)等；水消防滅火系統在其中占據著極其重要的地位，汽機房、鍋爐房內的絕大部分保護對象、變壓器、輸煤系統、柴油發電機及柴油機消防泵組常規均采用水消防滅火系統進行防護。因此，水消防滅火系統的配置與火力發電廠的消防安全息息相關。

2 火力發電廠消防給水系統的確定

根據現行的GB50229－2006《火電發電廠與變電站設計防火規范》第7.1.5條，目前火電廠一般均對各水消防滅火系統合并設置消防給水系統(合并設置的消防給水系統包括消防水池、消防水泵、消防穩壓裝置、廠區消防管網等)。因此，電廠消防水池的儲水容積應滿足所有水消防滅火系統一次滅火用水量的要求；電廠消防給水系統的設計流量、揚程應滿足所有水消防滅火系統用水量、壓力的要求。

按照設計要求，在火力發電廠消防設計的初步設計階段，將對全廠消防用水量和水壓進行估算；保證最不利點消火栓和各類水消防滅火系統所需的水壓、用水量以及一次火災所需消耗的最大消防用水儲量，并將以此為依據對消防給水系統設備編寫技術規范書并進行招標。

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

表1 火力發電廠主要建筑設施消防用水量、儲水量計算

表2 火力發電廠最不利點水壓計算

根據表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，火災發生時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理論出力：Q=441 m3/h，H=103m；理論消防儲水容積：576 m3。

3 系統實際消防用水量差異

表1中的消防用水量、儲水量僅僅是依據規范中最低的強度要求結合保護對象外形尺寸得到的最小消防用水量(又稱理論用水量)，其實際用水量與各水消防滅火系統噴頭的布置位置、高程、閥組處的消防供水壓力有關；實際計算出的系統設計用水量，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°，自噴系統作用面積160 m2。

按照GB50084－2001《自動噴水滅火系統設計規范(2005年版)》要求，此段棧橋配置的水消防滅火系統的理論用水量為：8L/m2·min×160 m2＝1280 L/min＝21.33 L/ s；自噴系統作用面積內噴頭布置詳見圖1。

圖1 自噴系統作用面積內噴頭布置圖

圖1中，當棧橋自噴系統最不利作用面積(即距離閥組最遠且最高的160 m2作用面積)內的最不利點噴頭處達到最低工作壓力和噴水強度要求時，最不利噴頭工作壓力為0.08 MPa，最不利作用面積起點處壓力為0.29 MPa，作用面積內平均噴水強度為13.52 L/m2·min實際計算出的最不利作用面積內系統設計用水量高達36.06 L/ s，是理論用水量的1.7倍。

而棧橋長達約171 m，總平面面積約1368 m2；棧橋內自噴系統布置詳見圖2、圖3。

圖2 C7棧橋自噴系統平面布置圖

圖3 C7棧橋自噴系統透視圖

圖中，棧橋自噴系統最有利作用面積(即距離閥組最近的160 m2作用面積)內系統設計用水量，較之最不利作用面積內系統設計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工作壓力；巨大的壓力差又來源于兩點：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150 m的供水干管，則此時兩處作用面積間工作壓力上因為供水管網水頭損失造成的壓差，數值上等于這150 m長度的供水干管中所有沿程、局部阻力損失總和，共計約25.26 m H2O；第二，同樣因為從最不利作用面積到最有利作用面積，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為靜壓力造成的壓差約為43.01 m H2O；綜合考慮以上兩點因素，最不利作用面積系統工作壓力(0.29 MPa)與最有利作用面積系統工作壓力(0.98 MPa)差值達到了0.69 MPa，兩者的系統設計用水量分別為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設計用水量已經達到理論用水量的3倍多。上述論述可以看出，僅滿足理論計算結果的消防用水量、儲水量，是不能夠滿足實際滅火系統工作的需要的，必須全面校核實際供水情況下消防滅火系統所需的用水量、儲水量。該電廠所選消防給水系統設備、儲水量皆能滿足要求。

4 影響消防用水量差異的其他因素

上述分析內容不是影響水消防滅火系統設計水量的全部因素。

由于火電廠消防給水系統的水量、揚程應滿足所有水消防滅火系統水量、壓力的要求，事實上，供至水消防滅火系統閥組處的壓力并不一定剛好吻合該滅火系統最不利點的最低工作壓力和強度要求，往往會有一定的富余；因此，適當的減壓措施必不可少，以免出現消防供水壓力過大，導致系統用水量過大，在火災延續時間內消耗過多消防水，造成消防儲水量不足的惡性后果；而在我國現行的消防規范中，并未像美標NFPA11中第5.2.5.2.3條以及第5.3.5.3.4條中那樣，含有對滅火強度超過規定要求的情況可以減免火災延時的條款。

此外，在GB50229－2006《火電發電廠與變電站設計防火規范》第7.2.2條和第7.4.1條中多次要求對滿足條件的消防系統給水管網進行成環布置并要求兩路以上進水，目的是為了保證在一路管線斷水或泄漏的不利條件下，另一路進水也能夠完全滿足水消防滅火系統的用水量、水壓要求。而在水消防滅火系統真正投入使用時，兩路進水管線往往均為完好，水消防滅火系統同時使用兩路消防供水。根據管網平差的基本理論，此時到達滅火系統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棧橋為例，在一路供水情況下，到達滅火系統閥組處的壓力較之兩路供水情況低0.05 MPa以內，對系統消防用水量的影響不大。

因此，目前合理的做法是，在消防水泵參數選定的情況下，單路供水的工況下，應校核消防給水系統的流量、揚程；兩路以上供水的工況下，應復核全廠消防儲水量；只有當各方面均滿足條件時，才能說該電廠消防給水系統是合格、可靠的。

5 結論

綜上所述，火力發電廠水消防滅火系統水力驗算在整個電廠的消防設計過程中至關重要；只有對全廠各水消防滅火系統進行完整的核算，才能保證在實際發生火災時消防給水系統各設備、消防儲備水量均能滿足需要，從而真正實現火電廠的消防安全保障。

[1] GB 50229－2006，火力發電廠與變電站設計防火規范[S].

[2] GB50084－2001，自動噴水滅火系統設計規范(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，注冊公用設備工程師，從事電廠水工消防設計工作。