如何實現(xiàn)消防穩(wěn)壓設(shè)施與消防主泵的無縫連接：關(guān)于電廠穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)參數(shù)確定模式的初步思考

儲劍鋒

(華東電力設(shè)計院，上海 200063)

穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)屬于臨時高壓給水系統(tǒng)，其特點是：平時采用穩(wěn)壓設(shè)施維持管網(wǎng)內(nèi)消防水壓力，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生管網(wǎng)向外供水流量超過穩(wěn)壓設(shè)施的供給能力時造成系統(tǒng)壓力下降，由管網(wǎng)壓力聯(lián)動自動啟動消防水泵。為實現(xiàn)對初期火情的及時撲滅或有效抑制，穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)因其具備對管網(wǎng)連續(xù)有效供水的能力而在電廠得到廣泛應(yīng)用。但目前火電廠的實際應(yīng)用中，大多將消防管網(wǎng)平時的壓力維持在消防泵額定壓力或之下，消防泵得到啟動指令時系統(tǒng)中最不利點壓力已低于消防出水需要，必須等到消防泵啟動并建立起足夠的壓力后才能恢復(fù)供水，此前噴頭出水不僅不能滿足消防要求，甚至可能帶來負(fù)面影響。在撲滅初期火災(zāi)的關(guān)鍵時刻，這種供水的中斷、延遲顯然是不應(yīng)該的。

本文結(jié)合火電廠工程實際，就如何計算確定電廠穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初步分析，以期合理確定系統(tǒng)規(guī)模、壓力設(shè)定及運行方式，確保在消防主泵正常啟動之前穩(wěn)壓設(shè)施可將管網(wǎng)壓力維持在不低于系統(tǒng)要求的壓力，實現(xiàn)消防穩(wěn)壓罐與消防主泵的無縫連接。

1 穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的運行模式

根據(jù)《建規(guī)》要求，火警之后30s內(nèi)消防泵啟動供水(一般情況下，消防泵啟動并達(dá)到額定給水參數(shù)的時間在10s～15s內(nèi))，為實現(xiàn)消防穩(wěn)壓罐與消防主泵的無縫連接，避免火災(zāi)初期供水延誤的不利影響，穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)應(yīng)承擔(dān)起在消防主泵啟動之前向管網(wǎng)供水的能力。其運行模式初定為：

①平時，穩(wěn)壓泵運行向穩(wěn)壓罐充水，達(dá)到設(shè)定壓力后，穩(wěn)壓泵停止運行，穩(wěn)壓罐開始維持管網(wǎng)壓力；隨著滲漏量的累積，管網(wǎng)壓力下降，穩(wěn)壓罐的穩(wěn)壓部分容積開始發(fā)揮作用，向管網(wǎng)供水，當(dāng)這部分水量消耗掉時，管網(wǎng)壓力進(jìn)一步降低，重新啟動穩(wěn)壓泵補水；

②火災(zāi)發(fā)生時，穩(wěn)壓泵不足以維持管網(wǎng)壓力，管網(wǎng)壓力繼續(xù)下降，此時，管網(wǎng)壓力控制器發(fā)出啟動消防主泵的信號，同時，穩(wěn)壓罐內(nèi)貯存的消防水繼續(xù)供向用水點，直至穩(wěn)壓罐內(nèi)貯存的消防水調(diào)節(jié)容積基本耗盡，屆時消防主泵應(yīng)已建立起足夠的壓力，可以向管網(wǎng)提供需要的消防用水。

2 消防主泵的多重啟動方式及例行巡檢

以上是按照降壓啟動方式確定的消防主泵的啟動模式，為盡早啟動消防主泵供水，還應(yīng)充分利用室內(nèi)消火栓箱、自動噴水滅火系統(tǒng)及火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的啟泵信號及時啟動消防主泵。

根據(jù)公安部《固定消防給水設(shè)備的性能要求和實驗方法》標(biāo)準(zhǔn)及國標(biāo)圖集《消防專用水泵選用及安裝》，建議300MW及以上工程消防泵配備數(shù)字智能消防巡檢控制設(shè)備，該設(shè)備是固定消防給水專用設(shè)備。消防泵應(yīng)每周(NFPA20)或每月(GB50261)啟動運轉(zhuǎn)一次，通過配套設(shè)置自動巡檢設(shè)備，對泵組及相關(guān)控制回路進(jìn)行例行巡檢，使得系統(tǒng)始終處于有效的備用工作狀態(tài)，同時減少運行人員工作量。

3 穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定

關(guān)于消防穩(wěn)壓泵等的參數(shù)設(shè)定，在不同行業(yè)均已有較多文獻(xiàn)進(jìn)行探討。本文結(jié)合火電廠工程實踐提出如下建議方案：

3.1 穩(wěn)壓泵的參數(shù)確定

(1)穩(wěn)壓泵的流量應(yīng)按照系統(tǒng)的滲漏流量計算，在消火栓與自動噴水合用的供水系統(tǒng)中，穩(wěn)壓泵的流量不宜小于5l/s(18m3/h)。

(2)穩(wěn)壓泵的啟停壓力設(shè)定點均高于穩(wěn)壓罐的消防水部分的設(shè)定出水壓力。

(3)穩(wěn)壓泵盡量選用性能曲線較陡的泵型，以利于快速聯(lián)動消防主泵。

(4)穩(wěn)壓泵應(yīng)設(shè)備用泵，依次輪換，自動交替運行。

3.2 穩(wěn)壓罐的參數(shù)確定

(1)穩(wěn)壓罐最低工作壓力宜為消防水泵啟動過程終了時容許的最低表壓力，其值為管網(wǎng)最不利消防滅火設(shè)備所需流出水頭的表壓力。

(2)穩(wěn)壓罐最高工作壓力為穩(wěn)壓水泵停運的表壓力。

(3)穩(wěn)壓罐的消防調(diào)節(jié)水容積建議按照火災(zāi)初期投入滅火的最大消火栓流量與最大自動噴水流量的較大值考慮，延續(xù)時間采用15s，例如300MW機組約1.65m3、600MW機組約1.95m3、1000MW機組約2.25m3。

(4)穩(wěn)壓罐宜選用專用于消防供水的隔膜式壓力罐。

3.3 壓力設(shè)定

(1)穩(wěn)壓罐自動減壓：Pmax=P1＋0.07MPa；穩(wěn)壓罐設(shè)計壓力不應(yīng)低于Pmax，可取1.05Pmax；穩(wěn)壓罐高壓報警：P1＋0.035MPa；式中：穩(wěn)壓泵停運壓力：P1；

雖然穩(wěn)壓罐本體設(shè)計壓力可達(dá)1.58MPa或更高，但考慮濕式報警閥等額定工作壓力多為1.2MPa，1.6MPa產(chǎn)品較少，目前擬按照穩(wěn)壓泵停運壓力P1不大于1.20MPa做為基準(zhǔn)確定其他壓力值。當(dāng)有更多的1.6MPa報警閥可供選擇時，宜適當(dāng)提高穩(wěn)壓罐最高工作壓力。

(2)穩(wěn)壓泵啟動壓力：P2=P1-0.07MPa，此值即穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓調(diào)節(jié)壓力高值；

如果穩(wěn)壓泵發(fā)出啟動失敗信號，自動啟動備用穩(wěn)壓泵，同時發(fā)出報警信號；

(3)消防主泵啟動壓力：P3=P2-0.035MPa，此值即穩(wěn)壓罐消防調(diào)節(jié)壓力高值；

(4)備用消防泵啟動壓力及報警：如果消防主泵發(fā)出啟動失敗信號，自動啟動備用消防泵，同時發(fā)出報警信號；如果壓力繼續(xù)下降至P4=P3-0.035MPa，視為消防主泵啟動失敗，立即自動啟動備用消防泵，同時發(fā)出報警信號；

(5)穩(wěn)壓罐調(diào)節(jié)壓力低值P5：與消防泵臺數(shù)及主備關(guān)系有關(guān)，宜盡量接近消防系統(tǒng)所需供水壓力。一般來說，P5可取管網(wǎng)最不利點消防滅火設(shè)備所需壓力的80%～100%。

3.4 穩(wěn)壓罐容積確定

(1)穩(wěn)壓罐消防調(diào)節(jié)水容積

式中：Vt為穩(wěn)壓罐總?cè)莘e；α為工作壓力比，α=P5/P3；P5：穩(wěn)壓罐消防調(diào)節(jié)壓力低值(絕對壓力)、P3：穩(wěn)壓罐消防調(diào)節(jié)壓力值(絕對壓力)； α可在0.50～0.90之間，推薦范圍0.65～0.85；β為容積系數(shù)，β=1.05。

(2)穩(wěn)壓罐消防調(diào)節(jié)水容積確定

為合理確定穩(wěn)壓罐容積，有必要按前述要求確定穩(wěn)壓罐最低工作壓力P5，擬規(guī)定如下：P5不小于消防系統(tǒng)供水壓力的80%、且不得小于維持雨淋閥封閉狀態(tài)所需的壓力，對應(yīng)穩(wěn)壓罐的消防調(diào)節(jié)水容積按照火災(zāi)初期投入滅火的最大流量下15s延續(xù)時間計算。

4 示例

某600MW火電廠工程消防水泵房內(nèi)設(shè)一臺100%電動工作消防水泵，一臺100%柴油機備用消防水泵，一套消防氣壓穩(wěn)壓設(shè)備。消防水泵Q=580m3/h，H=1.05MPa。

(1)穩(wěn)壓罐自動減壓：Pmax=P1＋0.07=1.27MPa；穩(wěn)壓罐設(shè)計壓力不應(yīng)低于Pmax，可取1.58 MPa；

穩(wěn)壓罐高壓報警：P1＋0.035=1.235MPa；

穩(wěn)壓泵停運壓力：P1=1.20MPa；

(2)穩(wěn)壓泵啟動壓力：P2=1.13MPa；

(3)消防主泵啟動壓力：P3=1.09MPa，此值即穩(wěn)壓罐消防水調(diào)節(jié)壓力高值；

(4)備用消防泵啟動壓力：P4=1.02MPa；

(5)穩(wěn)壓罐最低工作壓力按照消防系統(tǒng)供水壓力的80%計算：P5=0.84MPa，此值即穩(wěn)壓罐消防水調(diào)節(jié)壓力低值；

(6)工作壓力比α=0.88；消防調(diào)節(jié)水容積Vx=0.114×Vt；

按照Vx=1.95m3，計算得到穩(wěn)壓罐總?cè)莘eVt=17.1m3。

綜上所述，建議方案為：系統(tǒng)平時穩(wěn)壓狀態(tài)壓力為1.20MPa～1.13MPa；穩(wěn)壓罐總?cè)莘e約17.1m3，擬采用DN2200×L5500全膜臥式氣壓水罐；穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓調(diào)節(jié)范圍1.13MPa～0.84MPa，其中消防調(diào)節(jié)壓力范圍1.09MPa～0.84MPa。

5 結(jié)語

為實現(xiàn)消防穩(wěn)壓罐與消防主泵的無縫連接，需要合理確定消防穩(wěn)壓罐的調(diào)節(jié)容積、壓力調(diào)節(jié)范圍，以確保火災(zāi)發(fā)生后，消防穩(wěn)壓罐可以維持管網(wǎng)壓力直至消防主泵啟動并正常供水。本文結(jié)合火電廠的工程實踐，通過計算確定穩(wěn)壓設(shè)施的運行參數(shù)，實現(xiàn)了上述目標(biāo)。類似的設(shè)計模式目前在核電廠已有應(yīng)用，核電廠的消防穩(wěn)壓設(shè)施通常需要提供火災(zāi)初期或第一臺消防泵尚未達(dá)到額定功率時的初期火災(zāi)消防水量。在消防安全越來越得到重視的今天，這種模式在火電廠及其他行業(yè)也有推廣的必要。

按照本文建議的設(shè)計模式，消防供水系統(tǒng)增加的費用不多，但火災(zāi)初期供水的有效性大為增強。由于配備的穩(wěn)壓罐規(guī)模、系統(tǒng)壓力設(shè)定均與以往設(shè)計有所不同，系統(tǒng)設(shè)計時需予以關(guān)注。正如開篇所說，設(shè)計人員一直在探求穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的設(shè)計模式，本文拋磚引玉，供同行參考。

[1]曾杰，陶觀楚.穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的探討與應(yīng)用[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，1998，(1).

[2]GB 50229-2006，火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范[S].

[3]李向東.穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)在電廠應(yīng)用的若干問題[J].電力工程技術(shù)，2009，(3).

[4]彭立春.穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)中穩(wěn)壓泵設(shè)計參數(shù)確定的探討[J].工業(yè)用水與廢水，2010，(4).