淺析東莊水利樞紐工程地下水電站消防給水設(shè)計(jì)

張 鷺，門 妮，吳鑫磊

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院,陜西 西安 710001）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,我國水力發(fā)電工程建設(shè)進(jìn)入了高峰期,隨著安全生產(chǎn)的政策要求日益嚴(yán)格,科學(xué)規(guī)范的消防體系建設(shè)就顯得尤為重要,而消防供水系統(tǒng)作為保障整個(gè)消防系統(tǒng)發(fā)揮作用的重中之重,更是確保整個(gè)工程安全的重要保障。

由于每個(gè)引水發(fā)電工程所在地域、總體布置、水源水質(zhì)等各不相同,因此消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也各有特點(diǎn)。引水發(fā)電系統(tǒng)消防設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜的,由于遠(yuǎn)離城鎮(zhèn),且水源充足,其消防系統(tǒng)應(yīng)立足于自救,充分發(fā)揮水消防優(yōu)勢。只有根據(jù)工程的特點(diǎn),因地制宜、因時(shí)制宜,采用有針對性的設(shè)計(jì)方案,才能保證工程運(yùn)行穩(wěn)定,管理方便,技術(shù)先進(jìn)和安全可靠。

以東莊引水發(fā)電系統(tǒng)為例,詳細(xì)闡述了該工程消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及取水方式,總結(jié)了地下水電站消防給水特點(diǎn),供同行參考。

1 項(xiàng)目概況

涇河?xùn)|莊水利樞紐工程位于陜西省禮泉縣與淳化縣交界的涇河下游峽谷段,工程的開發(fā)任務(wù)是以防洪減淤為主,兼顧供水、發(fā)電和改善生態(tài)等綜合利用,水庫總庫容約32.76 億m3,最大壩高230 m,水庫正常蓄水位789 m,死水位756 m,為Ⅰ等大（1）型工程。發(fā)電引水洞為1 洞4 機(jī)方式,主廠房為地下式,4臺(tái)機(jī)“一”字型布置,裝機(jī)規(guī)模110 MW,年發(fā)電量28525萬kW·h。

該引水發(fā)電工程設(shè)有消防供水系統(tǒng),主要消防供水范圍包含：

1）地下電站廠房：包括主廠房、安裝間、副廠房、主變洞等主要場所等；廠房內(nèi)布置4 臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組,主變洞內(nèi)布置2臺(tái)主變壓器等,發(fā)電機(jī)層高程589.4 m。

2）GIS出線平臺(tái)：包括GIS樓、控制樓等場所,地坪高程799.0 m。

3）電纜兼交通及通風(fēng)豎井（以下簡稱：豎井）：包括樓梯間、電梯間等,豎井頂部高程803.50 m,底部高程590.00 m。

2 消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 消防供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及取水方式

該水利樞紐工程遠(yuǎn)離城鎮(zhèn),但水源充足,除無法采用水消防滅火的設(shè)備外,其余應(yīng)優(yōu)先選用水作為滅火劑,其消防系統(tǒng)應(yīng)立足于自救并充分發(fā)揮水消防優(yōu)勢。由于工程體系龐大、相關(guān)洞室、構(gòu)筑物多,高差大,結(jié)合地理位置特點(diǎn),應(yīng)利用山區(qū)特有的地理高差優(yōu)勢,盡可能采用常高壓消防供水系統(tǒng),設(shè)置高位水池向場內(nèi)提供消防水源。高位水池提供水壓應(yīng)滿足消防供水管最不利用水點(diǎn)的最小水壓要求。

本工程消防水源采用水庫水,取水點(diǎn)接自水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)水壓力鋼管,經(jīng)濾水器處理后由水泵提升至高位消防水池,消防水池容積儲(chǔ)存火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)一次滅火水量。

2.2 消防供水系統(tǒng)總體布局

本工程地下廠房與豎井合為一個(gè)防火分區(qū),GIS出線場平臺(tái)為一個(gè)防火分區(qū)。考慮到工程整體性設(shè)計(jì),消防供水系統(tǒng)采用常高壓制,設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立消防供水單元,即地下電站廠房為一單元,GIS出線場平臺(tái)與豎井為一單元。兩個(gè)單元各自獨(dú)立設(shè)置消防水池、消防管網(wǎng)、消火栓等,僅水池補(bǔ)水水源及其相關(guān)管線合用。

圖1 消防給水系統(tǒng)圖

2.3 地下水電站廠房消防供水系統(tǒng)

地下電站廠房消防給水系統(tǒng)采用常高壓制,在廠房至水墊塘640 m交通洞內(nèi)設(shè)1#消防生活合用水池,有效容積500 m3,池底板高程641.40 m,消防用水設(shè)計(jì)液位644.6 m,消防用水容積444 m3；生活用水設(shè)計(jì)液位645.4 m,生活用水容積50 m3。消防水池補(bǔ)水接自水輪發(fā)電機(jī)閥前壓力鋼管取水口,減壓后經(jīng)交通豎井供至消防水池,水池泄水管間接排水至交通洞排水溝,最終排入排水廊道。

表1 電站廠房各部位所需最大消防用水量表

本電站為地下式廠房,根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016-2014）（2018年版）和《水利工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50987-2014）中的相關(guān)規(guī)定：地下廠房室外消火栓消防用水量為20 L/s,室內(nèi)消火栓消防用水量為25 L/s,火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按2 h。發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)定子兩端布線圈圓周長度上的噴霧強(qiáng)度不應(yīng)小于10 L/（min·m）,持續(xù)噴霧時(shí)間為1 h；油浸式電力變壓器、油開關(guān)的設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度為20 L/（min·m）,持續(xù)噴霧時(shí)間為0.4 h。本電站單臺(tái)發(fā)電機(jī)水噴霧一次滅火用水量為72 m3；單臺(tái)主變壓器一次滅火用水量為120 m3。

消防水量按消火栓水量及最大設(shè)備消防水量之和計(jì),即444 m3。

圖2 變壓器消防供水軸側(cè)示意圖

消防水池出水分三路DN200管道重力流供至消防供水管網(wǎng),地下水電站廠房內(nèi)消火栓管道系統(tǒng)呈環(huán)狀布置,滿足任一著火點(diǎn)在兩個(gè)消火栓保護(hù)半徑內(nèi)。水噴霧系統(tǒng)為枝狀,滿足設(shè)備消防需求。

2.4 GIS出線平臺(tái)消防給水系統(tǒng)

本電站出線場平臺(tái)GIS控制樓為地上式建筑,室外消火栓消防用水量為15 L/s,室內(nèi)消火栓消防用水量為10 L/s,火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按2 h計(jì),因此出線場平臺(tái)GIS控制樓室內(nèi)外消火栓一次消防總用水量為180 m3。

GIS出線平臺(tái)內(nèi)各建筑物標(biāo)高及消防水壓要求見表2,各部位所需最大消防用水量見表3。

表2 GIS出線平臺(tái)內(nèi)建筑物消防水壓表

表3 GIS出線平臺(tái)內(nèi)建筑物所需最大消防用水量表

GIS出線平臺(tái)采用常高壓制。在開關(guān)站附近高地上設(shè)2#消防生活合用水池一座,有效容積300 m3,水池底板高程為844.5m。

從消防-生活水池引兩根DN150 消防主干管將水送至廠區(qū),消火栓管道在出線場平臺(tái)廠區(qū)內(nèi)成環(huán)狀管網(wǎng)布置,室內(nèi)外消火栓支管均從環(huán)管上引出。

2.5 豎井消防給水系統(tǒng)

豎井內(nèi)布置有電梯、電纜井、通風(fēng)井、電梯通風(fēng)井、樓梯,是人員交通的重要通道。其消防給水與GIS出現(xiàn)場平臺(tái)共用消防供水系統(tǒng),豎井電梯共15 個(gè)停靠站,每個(gè)電梯停靠層設(shè)置兩處室內(nèi)消火栓,保障2支水槍同時(shí)到達(dá)。局部消火栓栓口動(dòng)壓超過0.5 MPa的消火栓采用減壓穩(wěn)壓型消火栓。

3 地下水電站消防給水特點(diǎn)

3.1 充分利用水利工程自身特點(diǎn),消防水源就地選擇

東莊水電站廠房布置于水庫旁,水源充足,消防水源采用水庫水,即從壓力鋼管取水,接點(diǎn)處水壓約180 m～213 m,消防供水可充分利用自身水壓,疊壓供至800 m出線場平臺(tái)消防水池,保障合理性的同時(shí)也保障了經(jīng)濟(jì)性,而水庫水位往往遠(yuǎn)大于電站廠房室內(nèi)消火栓供水壓力,可減壓后,按常高壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3.2 消防排水應(yīng)充分利用地下廠房地坪、交通洞排水溝、排水廊道等,與工程其他排水設(shè)施緊密結(jié)合

地下廠房火災(zāi)事故時(shí),消防水系統(tǒng)流量較高,地面應(yīng)采取有效消防排水設(shè)施,以免危害廠房內(nèi)主要機(jī)電設(shè)備使用安全。東莊地下水電站利用地下廠房內(nèi)地坪高差,設(shè)置排水溝,有效與工程其他排水系統(tǒng)結(jié)合,最終接入工程整體排水系統(tǒng)。

3.3 室外消火栓的設(shè)置

根據(jù)《水利工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》8.3.1解讀,對于地下廠房室外消火栓用水量按地面建筑物的最大消防需水量計(jì),規(guī)范并未對此類無地面建筑物的全地下廠房進(jìn)行詳細(xì)注解。但《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》3.3.2 中對地下建筑提出了室外消防用水要求。

通過對現(xiàn)行規(guī)范的充分解讀與聯(lián)系比較,秉持消防從嚴(yán)的原則,同時(shí)參考國內(nèi)如地鐵、地下式污水廠等其他地下工程消防給水設(shè)計(jì)實(shí)例,室外消防用水應(yīng)計(jì)入消防水量,并應(yīng)設(shè)置室外消火栓。針對東莊工程特點(diǎn),室外消火栓設(shè)置于消防車能直接抵達(dá)的交通洞最近處,減少消防管道敷設(shè)工程量的同時(shí)滿足消防供水需求。

4 結(jié)語

地下水電站的消防設(shè)計(jì)是十分復(fù)雜的課題,地下洞群的布局,防火分區(qū)的設(shè)置,都與消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣,息息相關(guān)。參考國內(nèi)外同規(guī)模電站的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),在“無人值班、少人值守”的工作狀態(tài)下,在“立足自救”的原則下,消防給水設(shè)計(jì)應(yīng)切合工程實(shí)際,找到切實(shí)、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、安全的供水方案,保障消防系統(tǒng)供水能力的同時(shí),更應(yīng)保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,才能有效預(yù)防事故及撲救火災(zāi)。同時(shí),應(yīng)做好應(yīng)急預(yù)案及消防系統(tǒng)的管理和維護(hù),加強(qiáng)對操作工人的教育和培訓(xùn),確保水電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。