阿根廷LB電站發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬果 張麗敏

在國際工程設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要重新了解、學(xué)習(xí)、掌握國際標(biāo)準(zhǔn)與中國標(biāo)準(zhǔn)的不同。發(fā)電機(jī)滅火標(biāo)準(zhǔn)就是其中的一項(xiàng)。與中國采用水噴霧滅火不同，國外一般執(zhí)行NFPA12標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)電機(jī)采用CO2滅火。

1 CO2滅火系統(tǒng)的特點(diǎn)

國內(nèi)水電站發(fā)電機(jī)消防設(shè)計(jì)中常采用水噴霧滅火，但國外水電站尤其是美國、歐洲電站一般采用發(fā)電機(jī)CO2滅火。CO2滅火劑具有無色無味、比空氣重、無毒、無腐蝕、成本低、滅火性能穩(wěn)定、滅火效率高、絕緣性好等特點(diǎn)，主要是通過稀釋氧濃度、窒息燃燒和冷卻物理作用滅火。與水噴霧滅火系統(tǒng)比較，CO2滅火后發(fā)電機(jī)可維修后再使用，節(jié)約成本。即使誤動(dòng)作，機(jī)器無損傷。但是CO2滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，而且如果誤動(dòng)作時(shí)，有人在檢修發(fā)電機(jī)或者在發(fā)電機(jī)機(jī)坑附近，有可能窒息。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

CO2滅火系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)形式上可分為單元獨(dú)立系統(tǒng)和組合分配系統(tǒng)、可根據(jù)需要實(shí)施對(duì)單一防護(hù)區(qū)或多個(gè)防護(hù)區(qū)的消防保護(hù)。根據(jù)NFPA12規(guī)范要求，最多4臺(tái)發(fā)電機(jī)共用1套能滿足單臺(tái)發(fā)電機(jī)消防用量的CO2消防系統(tǒng)。組合分配系統(tǒng)是指1套滅火裝置對(duì)多個(gè)防護(hù)區(qū)實(shí)施消防保護(hù)的滅火系統(tǒng)，其系統(tǒng)滅火劑用量必須滿足最大防護(hù)區(qū)的消防保護(hù)需要，該方式具有節(jié)省資金，保護(hù)效率高等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。阿根廷LB電站共3臺(tái)發(fā)電機(jī)，采用組合分配方式，共用1套CO2消防系統(tǒng)，且CO2鋼瓶數(shù)量按照1∶1備用。發(fā)電機(jī)CO2滅火系統(tǒng)包括自動(dòng)報(bào)警滅火控制系統(tǒng)、滅火劑儲(chǔ)瓶、瓶頭閥、啟動(dòng)氣體儲(chǔ)瓶、電磁瓶頭閥、選擇閥、稱重裝置、單向閥、壓力開關(guān)、框架、噴嘴、管道等設(shè)備組成。圖1為組合分配式滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

3 參數(shù)計(jì)算

LB電站共設(shè)3臺(tái)單機(jī)容量120 MW的發(fā)電機(jī)，機(jī)坑內(nèi)凈空間按照機(jī)坑體積減去定、轉(zhuǎn)子體積（定、轉(zhuǎn)子重量除以銅的密度)來估算，經(jīng)計(jì)算機(jī)坑內(nèi)凈空間約800 m3。

發(fā)電機(jī)CO2消防系統(tǒng)分為主噴放階段和延續(xù)噴放階段。根據(jù)NFPA12《Standard on Carbon Dioxide Extinguishing Systems》要求，對(duì)于采用密閉循環(huán)冷卻的電氣設(shè)備，當(dāng)保護(hù)體積小于等于56.6 m3，主噴放階段排放量不小于1.6 kg/m3，當(dāng)保護(hù)體積大于56.6 m3，主噴放階段排放量為1.3 kg/m3，或最低用量不得小于90.8 kg。主噴放時(shí)間為1 min。續(xù)放時(shí)，最小滅火濃度應(yīng)保持在30%，不得少于20 min。CO2使用70 L、42 kg容量鋼瓶儲(chǔ)存，鋼瓶儲(chǔ)存間平均溫度約為20℃，鋼瓶設(shè)計(jì)壓力為15 MPa。

3.1 主噴放階段鋼瓶數(shù)量計(jì)算

根據(jù)NFPA12 A.5.5.3，保護(hù)體積800 m3，

式中 V——消防體積，m3；

M1——主噴放階段所需CO2質(zhì)量，kg；

K——體積系數(shù)，取1.3 kg/m3；

N1——CO2主放儲(chǔ)瓶數(shù)。

鋼瓶數(shù)量取25個(gè)，考慮1∶1備用，則實(shí)際數(shù)量為50個(gè)。

3.2 延續(xù)噴放階段鋼瓶數(shù)量計(jì)算

根據(jù)NFPA12規(guī)范，表A.5.5.3(b)密閉式空氣循環(huán)電氣設(shè)備續(xù)放用量表（續(xù)放時(shí)保護(hù)體積）（單位m3），氣體30%濃度維持20 min，查表插值計(jì)算得：

鋼瓶數(shù)量取17個(gè)，考慮1∶1備用，則實(shí)際數(shù)量為34個(gè)。

式中 M2——CO2續(xù)放設(shè)計(jì)用量，kg；

圖1 組合分配式滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

N2——CO2續(xù)放儲(chǔ)瓶數(shù)。

3.3 主噴放管路以及延時(shí)噴放管路管徑選擇

式中Q——管路中的平均流量，kg/min；

D——管路直徑，mm；

T——噴放時(shí)間，min；

M——CO2量，kg。

主噴放系統(tǒng)管徑取65 mm。延續(xù)噴放系統(tǒng)管徑取15 mm。

3.4 管路材質(zhì)及壁厚選擇

管路材質(zhì)一般根據(jù)合同要求確定。合同沒有要求的，可以使用不銹鋼管、焊接鋼管，若使用焊接鋼管要內(nèi)外鍍鋅，個(gè)別項(xiàng)目業(yè)主要求不能內(nèi)鍍鋅，但可以涂防銹油漆，根據(jù)合同要求執(zhí)行。管路安裝完畢后需要進(jìn)行打壓試驗(yàn)，一般鋼管均可承受，若合同已經(jīng)規(guī)定的管路腐蝕厚度，應(yīng)根據(jù)管路壁厚計(jì)算公式計(jì)算，然后選擇鋼管厚度。公式如下：

式中δ——管路壁厚，mm；

P——管路設(shè)計(jì)壓力，MPa；

D——管路公稱直徑，mm；

σ——設(shè)計(jì)工作溫度下材料許用應(yīng)力，MPa；

c——腐蝕厚度，mm；

S——制造偏差取15%管路壁厚，mm。

3.5 滅火后氣體抽離系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)滅火后，需要從發(fā)電機(jī)機(jī)坑內(nèi)將CO2抽離，并且排出室外。在機(jī)坑內(nèi)設(shè)置風(fēng)機(jī)，將多余的CO2氣體排至廠外尾水平臺(tái)。

4 系統(tǒng)控制

4.1 自動(dòng)控制

將報(bào)警滅火控制器上控制方式選擇鍵撥到“自動(dòng)”位置時(shí)，滅火系統(tǒng)處于自動(dòng)控制狀態(tài)，當(dāng)防護(hù)區(qū)發(fā)生火情，感煙探測器與感溫探測器同時(shí)發(fā)出火災(zāi)信號(hào)，報(bào)警滅火控制器即發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)發(fā)出聯(lián)動(dòng)指令，關(guān)閉聯(lián)鎖設(shè)備，經(jīng)過一段延時(shí)時(shí)間，發(fā)出滅火指令，打開電磁瓶頭閥釋放啟動(dòng)氣體，啟動(dòng)氣體通過啟動(dòng)管道打開相應(yīng)的選擇閥和瓶頭閥，釋放滅火劑，實(shí)施滅火。

4.2 電氣手動(dòng)控制

將報(bào)警滅火控制器上控制方式選擇鍵撥到“手動(dòng)”位置時(shí)，滅火系統(tǒng)處于手動(dòng)控制狀態(tài)。當(dāng)防護(hù)區(qū)發(fā)生火情，可按下手動(dòng)控制盒或控制器上啟動(dòng)按鈕即可按規(guī)定程序啟動(dòng)滅火系統(tǒng)釋放滅火劑，實(shí)施滅火。在自動(dòng)控制狀態(tài)，仍可實(shí)現(xiàn)電氣手動(dòng)控制。

4.3 機(jī)械應(yīng)急操作

當(dāng)防護(hù)區(qū)發(fā)生火情，而控制器不能發(fā)出滅火指令時(shí)。應(yīng)通知有關(guān)人員撤離現(xiàn)場，關(guān)閉聯(lián)動(dòng)設(shè)備，然后拔出相應(yīng)電磁瓶頭閥上的安全插銷，操作手柄即可打開電磁閥，釋放啟動(dòng)氣體。啟動(dòng)氣體打開選擇閥、瓶頭閥、釋放滅火劑，實(shí)施滅火。

4.4 緊急停止操作

當(dāng)火災(zāi)警報(bào)已發(fā)出，在延時(shí)時(shí)間內(nèi)卻發(fā)現(xiàn)有異常情況，不需啟動(dòng)滅火系統(tǒng)進(jìn)行滅火時(shí)，可按下手動(dòng)控制盒或控制器上的緊急停止按鈕，即可阻止控制器滅火指令的發(fā)出。

5 主要設(shè)備及操作

5.1 瓶頭閥

瓶頭閥安裝在滅火劑儲(chǔ)瓶上，用以密封儲(chǔ)瓶內(nèi)的滅火劑?；馂?zāi)時(shí)，一般由啟動(dòng)氣體將瓶頭閥打開，釋放滅火劑，實(shí)施滅火。

瓶頭閥具有氣體啟動(dòng)和機(jī)械手動(dòng)兩種開啟方式。氣體啟動(dòng)由啟動(dòng)氣體推動(dòng)驅(qū)動(dòng)缸中的活塞桿，頂開瓶頭閥手柄，開啟瓶頭閥；機(jī)械手動(dòng)是人工扳動(dòng)瓶頭閥手柄，開啟瓶頭閥，該方式在緊急情況下采用。

5.2 電磁瓶頭閥

電磁瓶頭閥安裝在啟動(dòng)氣體儲(chǔ)瓶上，用以密封啟動(dòng)瓶內(nèi)的啟動(dòng)氣體。火災(zāi)時(shí)，控制器發(fā)出滅火指令，激發(fā)電磁瓶頭閥內(nèi)的電磁鐵動(dòng)作，打開電磁瓶頭閥，釋放啟動(dòng)氣體，啟動(dòng)氣體通過啟動(dòng)管路打開相應(yīng)的選擇閥和瓶頭閥，釋放滅火劑，實(shí)施滅火。

電磁瓶頭閥具有電啟動(dòng)和機(jī)械手動(dòng)兩種開啟方式。電啟動(dòng)由控制器發(fā)出開閥指令，使電磁鐵動(dòng)作，打開電磁瓶頭閥；機(jī)械手動(dòng)是手動(dòng)拔除插銷，向上扳動(dòng)手柄，打開電磁瓶頭閥。在機(jī)械手動(dòng)之前應(yīng)拔除插銷，否則將不能實(shí)施機(jī)械手動(dòng)。

5.3 選擇閥

選擇閥安裝在集流管上，進(jìn)口與集流管連接，出口與滅火劑輸送管道連接。選擇閥主要用于組合分配系統(tǒng)中控制滅火劑流動(dòng)方向，保證滅火劑進(jìn)入發(fā)生火災(zāi)的保護(hù)區(qū)。

選擇閥平時(shí)關(guān)閉?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，啟動(dòng)氣體進(jìn)入選擇閥驅(qū)動(dòng)缸，推動(dòng)缸內(nèi)活塞，通過連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使選擇閥壓臂敞開，此時(shí)選擇閥已處于開啟狀態(tài)。接著啟動(dòng)氣體又打開瓶頭閥，釋放滅火劑，通過選擇閥送入保護(hù)區(qū)，實(shí)施滅火。

6 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

（1）采用組合分配系統(tǒng)，NFPA12中未明確要求系統(tǒng)設(shè)置備用量；GB 50193—2018《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模不同，要求一定的備用量。可以根據(jù)當(dāng)?shù)販缁饎┦欠穹奖阒匦鹿嘌b、是否違反當(dāng)?shù)氐膹?qiáng)制性要求，以及從工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性角度綜合考慮，設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)的備用量。阿根廷JC水電站發(fā)電機(jī)滅火系統(tǒng)CO2鋼瓶數(shù)量按照1∶1備用。

（2）為防止系統(tǒng)誤動(dòng)作時(shí)，有人在檢修發(fā)電機(jī)或者在發(fā)電機(jī)機(jī)坑附近，導(dǎo)致窒息，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有專門的保護(hù)檢修人員措施。在發(fā)電機(jī)機(jī)蹲外的進(jìn)氣管道上設(shè)置隔離球閥，閥門一般處于常開狀態(tài)，當(dāng)有人員要進(jìn)入機(jī)組檢修時(shí)，手動(dòng)關(guān)閉隔離球閥后進(jìn)入，防止誤噴，保護(hù)人員安全。隔離球閥帶微動(dòng)開關(guān)并傳至中控。

（3）由于氣瓶壓力較大，布置時(shí)應(yīng)盡量布置在獨(dú)立的房間，或者有一定安全距離的位置，并應(yīng)有明顯警示標(biāo)志。

7結(jié)語

阿根廷LB電站發(fā)電機(jī)消防應(yīng)用美國消防協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NFPA12，采用CO2滅火。詳細(xì)說明了設(shè)計(jì)過程和系統(tǒng)原理，對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問題進(jìn)行總結(jié)，為同類項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供了參考。