準(zhǔn)電公司封閉煤場消防水系統(tǒng)的設(shè)計

王文淵

（內(nèi)蒙古國華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 準(zhǔn)格爾 017000）

0 引言

準(zhǔn)電公司煤場建設(shè)初期，在煤場四周設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)半封閉措施，并設(shè)有噴淋裝置，現(xiàn)配合煤場設(shè)備共同作業(yè)。從運行現(xiàn)狀看，貯煤量和防風(fēng)抑塵效果與設(shè)計預(yù)期有一定的差距，在實際運行過程中存在煤塵污染問題，仍不能完全消除。在有風(fēng)季節(jié)，煤場區(qū)域飛起的煤塵高度遠遠超過現(xiàn)有的防風(fēng)抑塵網(wǎng)高度，在煤場設(shè)備作業(yè)時，并隨風(fēng)向飄向遠方；而在惡劣的自然環(huán)境條件下，煤場防風(fēng)抑塵效果更難實現(xiàn)，且經(jīng)常面臨環(huán)保污染和煤量流失的雙重壓力。所以封閉煤場設(shè)計和應(yīng)用勢在必行，封閉煤場對周圍的環(huán)境污染少，在惡劣天氣不會由于煤粉溢出而減少煤耗，且符合國家產(chǎn)環(huán)保政策，被廣泛應(yīng)用于燃煤電廠。封閉煤場有許多優(yōu)點，但是需要采取防火防爆的措施，做好封閉煤場的消防設(shè)計尤為重要。

1 封閉煤場框架

整體結(jié)構(gòu)形式采用鋼網(wǎng)架，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力合理，能承受各方向的作用，并且為高次超靜定結(jié)構(gòu)，如一桿局部失效，整體結(jié)構(gòu)不會失效，安全性很高，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的支撐件是鋼架，鋼架受力均勻，多個支撐桿件相互作用，整體的完整性和穩(wěn)定性好，在較大的跨度能夠承受不對稱的靜載荷和動載荷，具有較好的抗震性能。在節(jié)點荷載作用下，每個支撐桿件主要承受軸向拉力或壓力，能充分提高材料強度，節(jié)省鋼材，具有空間受力好、剛度大、抗風(fēng)壓（雪壓）能力強、抗震性能好以及技術(shù)成熟等優(yōu)點。

2 滅火系統(tǒng)的選擇

燃煤電廠的用煤量非常龐大，封閉煤棚貯量約7.9萬噸，可滿足4×330MW機組約5天耗煤量要求，滅火系統(tǒng)不僅要達到滅火效果，而且要滿足自動化、可視化的控制要求，結(jié)合目前市場中的實際案例，選用圖像型自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過圖像處理和模式識別技術(shù)進行智能化分析與處理，對火災(zāi)進行探測和定位，能夠克服紅紫外傳感器的缺點，適用于大型封閉煤場。圖像型自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)將圖像安全監(jiān)控和火災(zāi)探測系統(tǒng)、圖像定位系統(tǒng)有效結(jié)合、局域網(wǎng)總線控制，如圖1所示，圖像型自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)包括火災(zāi)探測和消防水炮圖像定位滅火?；馂?zāi)探測選用防爆圖像火災(zāi)探測裝置，全方位360°采集環(huán)境信息，自動識別是否有火災(zāi)情況發(fā)生，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后，計算傳輸火災(zāi)相對位置和空間位置，聯(lián)動消防水炮，同時啟動監(jiān)控中心的聲、光、啟動錄像報警系統(tǒng)[4]。系統(tǒng)在收到火災(zāi)報警信號后，消防炮能在3 s內(nèi)自動啟動并開始進行火源自動定位，在其保護范圍內(nèi)自動定位及開始自動出水時間不超過60 s。在有人值班時，值班人員能根據(jù)探測系統(tǒng)提供的火災(zāi)報警視頻信息采用遠程手動控制方式滅火，也可根據(jù)需要切換至自動控制方式；在無人的值守時采用自動控制方式，實現(xiàn)自動定點式滅火。

圖1 圖像型自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)

3 消防系統(tǒng)設(shè)計

3.1 消防水設(shè)計及選用

根據(jù)《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50229—2019）中條款，確定采用消防水炮。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《固定消防炮滅火系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》（GB 50498—2009）[1]，通過水炮的工作壓力時的射程、水炮的額定工作壓力、水炮的設(shè)計工作壓力計算水炮的設(shè)計射程，計算水炮的設(shè)計射程；結(jié)合封閉煤場的主體結(jié)構(gòu)和面積計算消防設(shè)計水量見表1。

表1 消防設(shè)計水量

當(dāng)封閉煤場發(fā)生火災(zāi)時，根據(jù)上述兩表計算，設(shè)計消防水量為390.96 m3/h（108.6 L/s），設(shè)計水壓為127.6m。當(dāng)設(shè)計流量為400 m3/h時，消防水泵的揚程為108 m。根據(jù)這些參數(shù)選用符合要求的消防水泵。單臺消防水炮詳細(xì)參數(shù)見表2。

表2 單臺消防水炮詳細(xì)參數(shù)

3.2 封閉煤場內(nèi)消防水炮的布置

平面尺寸大約為194m×87m的條形封閉煤場，煤場內(nèi)設(shè)置的固定式消防水炮安裝位置要滿足對煤場內(nèi)的火災(zāi)進行滅火，保證煤場內(nèi)任何地方（煤堆頂部及放坡區(qū)域）都能滿足至少兩股水柱可同時到達。煤場上部的馬道上設(shè)置12只自動尋蹤消防水炮，每側(cè)馬道上分別設(shè)置6只。消防水炮的布置間距不大于消防炮的最大射程。由于地處嚴(yán)寒地區(qū)，冬季環(huán)境溫度很低，消防水炮系統(tǒng)為干式系統(tǒng)，即水炮的供水母管上、水炮供水支管上應(yīng)設(shè)置放空閥門，可將消防水放空。在煤場進水母管上設(shè)置有電動蝶閥，管路最高處設(shè)置快速排氣閥，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，這些措施可確保從開啟后至水炮噴水的時間不超過5 min。對這些閥門設(shè)置明顯的啟閉指示器，在火災(zāi)報警區(qū)域盤內(nèi)，當(dāng)煤場發(fā)生火災(zāi)時，聯(lián)動打開煤場進水母管電動蝶閥，并將閥門狀態(tài)信號傳至火災(zāi)報警系統(tǒng)。為防止腐蝕，水炮系統(tǒng)的管道須采用內(nèi)外熱鍍鋅的無縫鋼管，管子行為尺寸、化學(xué)成分及力學(xué)性能須滿足《輸送流體用無縫鋼管》（GB/T 8163）的要求。當(dāng)管道的直徑≥50 mm時，采用卡箍連接，水平安裝的管道應(yīng)設(shè)置0.2%~0.5%的坡度，坡向泄水閥。其連接方式及附件符合《自動噴水滅火系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》的要求。

3.3 消防水炮系統(tǒng)設(shè)計

智能型自動尋蹤消防水炮系統(tǒng)具有定位精準(zhǔn)、工作效率高、作用面積大以及反應(yīng)速度快等優(yōu)點，因此當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，能將過火面積和損失降至最小。該系統(tǒng)主要由圖像火災(zāi)探測系統(tǒng)、系統(tǒng)主機、圖像處理設(shè)備、自動跟蹤定位消防炮系統(tǒng)（回轉(zhuǎn)機構(gòu)、仰俯機構(gòu)、直流-水霧切換機構(gòu)、炮筒或炮嘴、炮身等）、控制裝置、自備電源、水流指示器、電動閥、電動閥控制裝置以及檢修閥等保證系統(tǒng)正常安全運行的設(shè)備和部件組成[3]。其中，火災(zāi)探測系統(tǒng)要檢測到保護區(qū)的所有位置，所有探測器的安裝應(yīng)根據(jù)其覆蓋角度的特點，確保足夠有效的檢測覆蓋范圍，如圖2所示。在封閉煤場內(nèi)，距離地面高度10m處的兩側(cè)墻體均勻布置40臺檢測器，實現(xiàn)360°無死角監(jiān)控探測，降低火災(zāi)風(fēng)險系數(shù)。

圖2 探測器安裝示意圖

圖像火災(zāi)探測系統(tǒng)及圖像處理設(shè)備隨智能型自動尋蹤消防水炮提供，實現(xiàn)定點滅火功能。消防水炮系統(tǒng)有自動控制、手動控制及應(yīng)急操作3種啟動方式，手動控制和自動控制能實現(xiàn)操作轉(zhuǎn)換，該轉(zhuǎn)換開關(guān)和手動控制系統(tǒng)設(shè)在就地控制盤上。在控制盤上可以手動操作啟動消防炮。1）自動控制方式。當(dāng)前端探測器報警后，報警信號傳給消防炮中央控制系統(tǒng)，由主機對火災(zāi)進行分析判別后，確定著火點，同時對著火區(qū)域的2臺消防炮自動指向著火點，打開電動閥（消防泵自動啟動），向著火點噴水滅火。在整個搜索、定位及滅火過程中，硬盤錄像機自動進行全程實時錄像。2）遠程手動控制方式。當(dāng)前端探測器報警后，值班人員通過監(jiān)視器上被自動強制切換過來的彩色畫面，通過控制室的中心手動操作盤控制消防炮瞄準(zhǔn)著火點，打開電動閥噴水滅火。同時可操作消防炮的俯仰和回轉(zhuǎn)機構(gòu)，將炮頭水流調(diào)整至火源點滅火（帶監(jiān)控功能）。在整個遠程手動操作及滅火過程中，硬盤錄像機自動進行全程實時錄像[2]。3）現(xiàn)場應(yīng)急手動控制。無論系統(tǒng)處于何種狀態(tài)，當(dāng)現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后，直接通過消防炮現(xiàn)場手動操作盤控制消防炮瞄準(zhǔn)著火點，打開電動閥噴水滅火。同時運行手動操作機構(gòu)，將手柄順時針扳至位置。一般在停電、維修、調(diào)整或特殊情況下用手動操作消防炮。在整個現(xiàn)場應(yīng)急手動操作及滅火過程中，硬盤錄像機自動進行全程實時錄像。

自動消防炮滅火系統(tǒng)能根據(jù)著火點的遠近及大小自動修正消防炮的噴射點角度，保證消防炮的定位準(zhǔn)確。消防炮能在水平和垂直方向進行大角度的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，以保護在其保護范圍內(nèi)的立體空間，包括在其射程范圍內(nèi)的屋頂。消防炮具有柱狀和霧狀無級轉(zhuǎn)換功能，近距離噴射為霧狀，遠距離噴射為柱狀，其轉(zhuǎn)換功能由現(xiàn)場手動操作盤、中央手動操作盤和系統(tǒng)軟件設(shè)定。自動水炮與圖像火災(zāi)探測報警系統(tǒng)應(yīng)互相結(jié)合，實現(xiàn)智能化控制，現(xiàn)場精確定點撲救。在火災(zāi)發(fā)生時，系統(tǒng)主機根據(jù)火災(zāi)報警信號對火災(zāi)探測器提供的火災(zāi)坐標(biāo)位置將圖像切換到控制室，在控制室需要看到現(xiàn)場撲救圖像，對被保護場所進行無死角可視圖像監(jiān)控。火災(zāi)報警發(fā)生時，系統(tǒng)可通過硬盤錄像機進行自動錄像。承包方需提供消防控制臺（消防琴臺），通過消防控制臺實現(xiàn)對火災(zāi)自動報警及消防控制系統(tǒng)的監(jiān)控。

3.4 火災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)

封閉煤場內(nèi)的圖像型火災(zāi)探測報警系統(tǒng)選用非接觸式傳感器作為前端探測器，高分辨率CCD傳感器。CCD傳感器的優(yōu)點是探測距離大、抗環(huán)境干擾性能突出以及探測靈敏度高，還具有非常適合煤場環(huán)境的密封性和防腐蝕特性。煤場兩側(cè)（長度方向）同時現(xiàn)場安裝52臺一氧化碳探測器和34臺可燃?xì)怏w探測器，所有的探測器均通過總線4×2.5 mm2的PWP電纜接入主機，當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生報警時，探測器將信號反饋主機，主機接收單個或多個并行的探測器傳輸預(yù)警信號，確認(rèn)火災(zāi)，提高報警的可靠性和響應(yīng)速度。一臺信息處理主機可連接多個防火并行處理器，組成區(qū)域集中報警系統(tǒng)。在探測報警區(qū)域內(nèi)，無論是一氧化碳還是可燃?xì)怏w探測器出現(xiàn)故障或火災(zāi)，消防控制臺發(fā)出聲光報警和文字信息提示，同時發(fā)生火災(zāi)或故障的相對位置信息和和實時影像資料自動切換至顯示器上放大顯示。值班人員通過文字提示信息和現(xiàn)場實時畫面可以準(zhǔn)確直觀地了解報警或故障信息，并通過點實時畫面右側(cè)的控制按鈕，對消防炮進行實時診斷和實時控制，提高系統(tǒng)的可靠性和工作效率。彩色多媒體平面圖形系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崟r顯示火災(zāi)報警、故障、狀態(tài)信息，并能實時順序記錄保存現(xiàn)場實時錄相及操作人員的控制記錄，便于火災(zāi)后查詢。

3.5 明火煤監(jiān)測裝置系統(tǒng)

在封閉煤場取煤的帶式輸送機上設(shè)置的明火煤監(jiān)測裝置上，發(fā)現(xiàn)明火后應(yīng)緊急停輸煤皮帶并滅火，以防止著火的煤進入運煤系統(tǒng)。明火煤的監(jiān)測覆蓋煤場內(nèi)的整個帶式輸送機，確保輸送機皮帶上任意一點煤著火都有報警信號輸出。明火煤監(jiān)測裝置接入火災(zāi)報警區(qū)域盤進行報警，并輸出聯(lián)動干接點，聯(lián)動干接點接入輸煤程控系統(tǒng)，用于停轉(zhuǎn)運站內(nèi)的帶式輸送機，干接點信號及觸點容量數(shù)量應(yīng)滿足工程需要。明火煤監(jiān)測信號把輸送機皮帶上煤著火信號送至火災(zāi)報警區(qū)域盤，火災(zāi)報警區(qū)域盤把聯(lián)動停煤場取煤位置的皮帶輸送機的信號送至輸煤程控系統(tǒng)，并把聯(lián)動信號送至消防炮控制盤，連鎖就近2臺消防炮，尋找著火點，對皮帶上的明火煤進行滅火。有就近消防炮對明火煤監(jiān)測部位進行全方位滅火，因此明火煤系統(tǒng)不需提供一套全套自動噴淋裝置對皮帶上的明火煤進行滅火。自動消防炮設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)接收火災(zāi)報警區(qū)域盤送來的明火煤檢測的輸送機皮帶上煤著火信號，對皮帶上的明火煤進行滅火。明火煤監(jiān)測并能送出著火信號到全廠火災(zāi)報警系統(tǒng)報警及煤場自動尋蹤消防水炮控制盤聯(lián)動。

3.6 消防系統(tǒng)電源設(shè)計

消防用電必須按照以下原則：消防用電必須有專用回路，工業(yè)用電與民用電被切斷時，消防用電不間斷。智能型自動尋蹤消防水炮的就地控制箱、煤場氣體成分檢測柜、煤場明火煤檢測控制箱、水系統(tǒng)電動門應(yīng)布置在煤場內(nèi)，設(shè)置獨立動力配電箱提供電源。煤場動力配電箱設(shè)切換開關(guān)。智能型自動尋蹤消防水炮控制盤及液晶電視布置在三期除灰綜合樓9.2 m層脫硫輔網(wǎng)控制室，火災(zāi)報警及消防系統(tǒng)區(qū)域盤及自動消防炮控制盤采用雙路電源，由三期除灰渣程控電源柜備用電源引接。

4 結(jié)語

通過在大型條形封閉儲煤場消防系統(tǒng)的設(shè)計，大幅度地減少煤場對四周環(huán)境的污染，降低火災(zāi)風(fēng)險，解決了環(huán)境污染和煤量流失的問題。該消防系統(tǒng)適用于跨度大、凈空高、空間大且不易分隔以及火災(zāi)風(fēng)險危險等級高的建筑。該設(shè)計為相似類型的消防設(shè)計積累了經(jīng)驗。在后續(xù)設(shè)計工作中，還需要不斷優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計[5]。