孤山航電樞紐工程消防系統(tǒng)設(shè)計研究

柳健 劉朝華 謝方祥

摘要：

孤山航電樞紐工程具有航運、發(fā)電等綜合效益，是重要的基礎(chǔ)設(shè)施。為保證工程消防安全，根據(jù)工程特點，從總體布置、建筑防火、消防給水及滅火設(shè)施、防排煙系統(tǒng)和消防電氣等方面開展了消防系統(tǒng)設(shè)計方案研究，提出了安全、可靠、經(jīng)濟的消防系統(tǒng)設(shè)計方案。孤山航電樞紐工程消防系統(tǒng)設(shè)計方案已通過消防審查，對其他電站消防設(shè)計具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：

消防工程； 建筑防火； 消防設(shè)備； 火災(zāi)自動報警； 孤山航電樞紐工程

中圖法分類號：TU892

文獻標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S1.006

文章編號：1006-0081（2023）S1-0017-05

0 引 言

水利水電工程是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，工程的消防安全十分重要，一旦發(fā)生火災(zāi)，不僅樞紐工程本身經(jīng)濟損失巨大，也嚴(yán)重影響其服務(wù)區(qū)域的工業(yè)生產(chǎn)及人民生活［1-2］。因此可靠的消防系統(tǒng)是保證水利水電工程安全的基礎(chǔ)之一［3］。

水利水電工程一般地處偏遠(yuǎn)，滅火主要依靠自身的消防體系［4］，由于工程所在地域、規(guī)模、工程布置、水源條件、管理要求不同，消防系統(tǒng)方案也存在差異。只有根據(jù)工程的特點，因地制宜采取合理的設(shè)計方案，才能保證消防系統(tǒng)的可靠性、適用性、經(jīng)濟性［5］。本文以孤山航電樞紐消防系統(tǒng)設(shè)計為例，詳細(xì)介紹其消防系統(tǒng)設(shè)計方案，可為今后類似航電樞紐工程的消防設(shè)計提供參考。

1 工程概況

孤山航電樞紐工程位于漢江上游湖北十堰市鄖西縣及鄖縣境內(nèi)，是漢江梯級開發(fā)中集發(fā)電、航運于一體的綜合性樞紐工程。工程樞紐建筑物主要由泄水建筑物、電站廠房、通航建筑物和擋水建筑物等組成。泄水建筑物主要有左區(qū)泄水閘和右區(qū)泄水閘，采用開敞式平底閘，共布置18個孔口；電站廠房為非地面廠房，安裝4臺單機容量為45 MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組；通航建筑物為單線一級船閘，船閘級別為Ⅳ級，通航能力為500 t級；擋水建筑物為混凝土閘壩，主要有左、右岸重力壩以及船閘壩段，壩頂高程為188 m。

2 工程總體消防設(shè)計

2.1 火災(zāi)分析和滅火方案

（1） 水電站廠房機電設(shè)備失火時，一般為B類或E類火災(zāi)，不易撲滅，且對生產(chǎn)設(shè)備危害性較大。

（2） 船閘啟閉機房內(nèi)液壓油及電纜量較少，失火時，為小型B類或E類火災(zāi)，比較容易撲滅，危害性相對較小。

（3） 該工程船閘不通過油輪（駁）及危險化學(xué)品船只，船閘內(nèi)船只失火時，一般為A類或E類火災(zāi)，比較容易撲滅，危害性相對較小。

（4） 樞紐生產(chǎn)管理和生活區(qū)內(nèi)失火時，一般為A類火災(zāi)，比較容易撲滅，危害性相對較小。

故本航電樞紐總體滅火方案是：① 電站廠房滅火以消火栓、移動式滅火器為主；② 部分不適宜采用水滅火的地方，采用氣體滅火系統(tǒng)、移動式滅火器滅火；③ 水輪發(fā)電機組、主變壓器等重要的生產(chǎn)用機電設(shè)備采用水噴霧滅火系統(tǒng)滅火；④ 船閘、泄洪閘、大壩、生產(chǎn)管理和生活區(qū)等部位以消火栓和移動式滅火器滅火為主，輔以消防車機動滅火。

2.2 消防車及消防車道

GB 50987《水利工程設(shè)計防火規(guī)范》第4.2.4條規(guī)定：水力發(fā)電廠總裝機容量為1 500～3 500 MW，宜配備1輛消防車。該樞紐工程電站廠房總裝機容量為180 MW，遠(yuǎn)小于1 500 MW，故不配備消防車。為確保消防安全，配置2臺牽引機動消防泵（1用1備）。

水利水電工程及航電工程消防車道一般依托樞紐內(nèi)交通道路設(shè)置，該樞紐工程現(xiàn)狀交通道路由孤山漢江橋、壩頂公路及左、右岸上壩公路構(gòu)成環(huán)路，環(huán)路直達船閘及泄水閘，且道路寬為5～7 m。利用現(xiàn)有環(huán)路作為消防車道，另從環(huán)狀消防車道新修消防車道至電站廠房及業(yè)主營地，同時在大壩兩端頭和電站廠房廠前區(qū)等處設(shè)有回車場，以方便消防車輛進出。

3 建筑物防火設(shè)計

電站及船閘建筑物為一組特殊形式的建筑，防火設(shè)計除遵循GB 50987-2014《水利工程設(shè)計防火規(guī)范》，局部還遵照GB 50016《建筑設(shè)計防火規(guī)范》、GB 50222《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范》等。

3.1 火災(zāi)危險性分類和耐火等級

根據(jù)生產(chǎn)場所的重要程度、火災(zāi)危險性類別，將電站廠房各建筑物、構(gòu)筑物及船閘各部位的火災(zāi)危險性類別分成3類，其耐火等級、各生產(chǎn)場所的火災(zāi)類別及危險等級見表1。該工程永久建筑物各建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限均符合有關(guān)防火規(guī)范規(guī)定。

3.2 防火分區(qū)

該工程廠房為非地面廠房，副廠房局部在地面以上，地面以下廠房不經(jīng)常有人停留。地面副廠房每層建筑面積不超過800 m2，且每層同時值班人數(shù)不超過15人。根據(jù)GB 50872《水電工程設(shè)計防火規(guī)范》第5.1.4條規(guī)定、條文說明及電站廠房實際情況，一共設(shè)置7個防火分區(qū)，主廠房各層合為一個防火分區(qū)，面積不限；副廠房除157.90 m層分為兩個防火分區(qū)外，其他各層各設(shè)一個防火分區(qū)，確保各防火分區(qū)面積均在規(guī)范要求的2 000 m2內(nèi)。

為了確保防火安全，對各防火分區(qū)內(nèi)易失火的重點場所及有特殊要求的部位，如廠內(nèi)油庫、油處理室、電纜吊架等，設(shè)置防火隔墻、防火門窗、防火閥等進行防火分隔。

3.3 安全疏散

電站地面副廠房每層建筑面積680 m2，小于800 m2，且值班人數(shù)約為8人，小于15人。非地面副廠房每層建筑面積約為46 m2，小于500 m2，無人員值班，每次巡檢人數(shù)約為3人，小于10人。根據(jù)GB 50872《水電工程設(shè)計防火規(guī)范》5.2.6條規(guī)定，設(shè)置一個安全出口，副廠房設(shè)置2部疏散樓梯連接各層，滿足疏散要求。安全疏散通道的位置及寬度滿足正常使用及緊急情況下對外安全疏散出口數(shù)量及寬度要求。消防控制室設(shè)置在一樓大廳內(nèi)，設(shè)有直通室外的安全出口。

3.4 其他防火措施

（1） 船閘控制樓、電站廠房內(nèi)部各部位裝修材料均采用不燃材料，各房間的門窗均為防火門、防火窗。

（2） 電纜采用干式阻燃電纜，其氧指數(shù)應(yīng)大于30。消防電源回路的電纜采用耐火電纜，對進出各房間的電纜孔洞進行防火封堵；電纜通道每隔120 m左右設(shè)1個防火分隔物。

（3） 透平油庫與油處理室之間用防火墻、甲級防火門分隔；在透平油庫下部設(shè)事故油池，在油庫門口內(nèi)側(cè)設(shè)40 cm高擋油檻。

（4） 每臺變壓器底部設(shè)集油坑，在尾水平臺設(shè)公共事故集油池。

4 消防給水及滅火設(shè)施

孤山航電樞紐工程左岸有高山，為保證消防供水的可靠性，采用高位消防水池供水的常高壓供水系統(tǒng)。

4.1 消防水源及水量

在樞紐左壩肩附近高程248 m處設(shè)400 m3高位消防水池作為樞紐消防水源。由高位水池附近市政管網(wǎng)引2根DN100水管至消防水池，為消防水池補水。

根據(jù)GB 50872《水電工程設(shè)計防火規(guī)范》第11.1.3條規(guī)定，航電樞紐工程同一時間內(nèi)的火災(zāi)次數(shù)為1次，消防用水量為機電設(shè)備最大消防用水量與建筑物最大消防用水量中較大者。孤山航電樞紐工程各部位消防用水量見表2。

由表2可知，孤山航電樞紐工程一次滅火的最大消防用水量為280.8 m3，為保證滅火的有效性，高位消防水池的有效容積取400 m3。

4.2 消防水池及管網(wǎng)布置

為保證供水可靠性，從400 m3高位消防水池敷設(shè)2根DN300水管沿公路，經(jīng)左岸船閘、大壩、電站廠房至安裝場壩段相連，形成航電樞紐消防供水環(huán)網(wǎng)。在船閘左、右兩側(cè)從DN300消防環(huán)管各引1根DN100水管至船閘下閘首，為船閘閘墻室外消火栓及船閘控制樓消火栓供水。在電站廠房左、右兩側(cè)從消防環(huán)網(wǎng)各引1根DN200水管至電站廠房，為電站廠房的水噴霧系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)等供水。

4.3 船閘消防設(shè)計

該工程船閘為不通過油輪（駁）、危險化學(xué)品船只的單級船閘，根據(jù)GB 50872《水電工程設(shè)計防火規(guī)范》中第6.3.1條規(guī)定，在船閘上閘首、閘室段及下閘首左右兩側(cè)各設(shè)1套室外消火栓，共6個，室外消火栓間距約50 m。

船閘主體段由上、下閘首和閘室組成，閘室有效尺寸為120.0 m×23.0 m×3.0 m，內(nèi)設(shè)有變電所（16 m×5 m）、集控樓（兩層，6.5 m×10 m）等，控制樓及變電所各房間均配置合適數(shù)量的移動式滅火器，船閘控制室內(nèi)設(shè)置5套防毒面具，船閘室外消火栓亦可用于船閘控制樓滅火。在船閘電纜通道的出入口處均配置推車式、手提式干粉滅火器和防毒面具等。

4.4 電站廠房消防設(shè)計

4.4.1 主、副廠房消防

電站廠房沿壩軸線總長122.3 m，其中機組段長85.8 m，安裝場長36.5 m。電站廠房垂直分隔為主廠房和副廠房。主廠房為地下一層，副廠房為地下5層，地面3層。主廠房下面為水輪機，副廠房下面有廊道通往水輪機。

主廠房發(fā)電機層除調(diào)速系統(tǒng)回油箱和壓力油罐內(nèi)有透平油以外，無其他可燃物，但考慮到安裝場有時裝卸、臨時堆放物品，機組檢修時要使用一些器材，可能帶進一些可燃物。在發(fā)電機層和水輪機層配備有移動式泡沫滅火器和磷酸銨鹽干粉滅火器，同時在主廠房發(fā)電機層安裝場段、4個機組段及水輪機層4個機組段的下游側(cè)各布置1個SNW65型室內(nèi)消火栓，并保證主廠房橋機以下部分所有設(shè)備起火時均有兩股充實水柱同時滅火。

在副廠房6層各機電設(shè)備間入口附近均設(shè)置1個SNW65型室內(nèi)消火栓，共計23個。

廠內(nèi)橋式起重機布置在廠房的上部，可能發(fā)生電氣火災(zāi)，根據(jù)橋機火災(zāi)性質(zhì)和橋機行走的特點，在橋機上配有手提式干粉滅火器和二氧化碳滅火器。

水輪機層以下主要是各種廊道，設(shè)備布置較少，失火的可能性較小。為防萬一，在各種廊道進口處均配備有手提式磷酸銨鹽干粉滅火器。

4.4.2 水輪發(fā)電機組消防

目前，國內(nèi)外大型水輪發(fā)電機滅火主要采用CO2和水噴霧滅火兩種方式。

（1） CO2滅火。具有滅火效能高、不沾污設(shè)備、發(fā)電機修復(fù)時間短等優(yōu)點，但需設(shè)CO2氣瓶、減壓裝置和可靠的自動操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的元件，而且，為防止滅火時CO2泄漏至主廠房危及人身安全，對發(fā)電機的上下?lián)躏L(fēng)板氣密性要求較高；另外還需設(shè)置將平時泄漏的與滅火后的CO2從機坑排至廠外的專用風(fēng)機和風(fēng)道。

（2） 水噴霧滅火。在國內(nèi)外水電站中已廣泛應(yīng)用，優(yōu)點在于造價低，使用方便，對發(fā)電機蓋板的氣密性無特殊要求；但若發(fā)電機失火，水噴霧滅火后，修復(fù)發(fā)電機難度大，周期長。

經(jīng)比較，孤山航電樞紐工程水輪發(fā)電機組滅火方式采用水噴霧方式。水噴霧設(shè)計濃度采用15 L/（min·m），上、下游環(huán)管均各設(shè)置合適數(shù)量的噴霧頭。

水輪機機坑和發(fā)電機機坑內(nèi)的設(shè)備均為鋼鐵結(jié)構(gòu)，發(fā)生火災(zāi)的可能性很小，但機坑內(nèi)的導(dǎo)葉接力器、軸承油箱及漏油箱內(nèi)有少量的潤滑油，機組檢修時也有可能帶進一些可燃性材料，因此在機坑交通廊道配置適量的手提式磷酸銨鹽干粉滅火器。

4.4.3 主變壓器消防

孤山航電樞紐工程共設(shè)有2臺100 MVA主變壓器，每臺變壓器用油量約為33 t，主變壓器布置在高程186.00 m的2，3號機組段區(qū)域尾水平臺，采用敞開式布置。

主變壓器采用水噴霧滅火，每臺主變壓器配置50個噴頭（噴霧水量為100 L/min，有效射程為2.5 m）。1臺主變壓器的消防水量約為300 m3/h。

在每臺變壓器附近設(shè)1處1 m3沙池，每個沙池配備3只消防桶、3個消防鏟等。

4.4.4 中央控制室、計算機房消防

電站中央控制室和計算機房內(nèi)均為精密機電設(shè)備，產(chǎn)生熱量少，火災(zāi)危險性較小，但中控室和計算機房是發(fā)電廠的指揮調(diào)度中心，屬于關(guān)鍵部位，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，后果嚴(yán)重，因此消防問題應(yīng)引起高度重視。

電站中央控制室布置在安裝場段高程186.0 m下游副廠房內(nèi)，建筑面積約206 m2，根據(jù)GB 50016《建筑設(shè)計防火規(guī)范》8.3.9條規(guī)定，中央控制室采用七氟丙烷自動氣體滅火系統(tǒng)，其控制設(shè)備和貯氣瓶組布置在中控室下層高程179.6 m的專用消防設(shè)備室內(nèi)。中央控制室一旦失火，可自動或手動打開相應(yīng)部位的閥門，經(jīng)延時后實現(xiàn)氣體滅火。另外，中央控制室配備一定數(shù)量的手提式磷酸銨鹽干粉滅火器。

計算機房布置在安裝場段高程179.6 m下游副廠房內(nèi)，建筑面積約91 m2，面積較小，未配備自動氣體滅火系統(tǒng)，只配備一定數(shù)量的手提式磷酸銨鹽干粉滅火器。

中央控制室和計算機房均設(shè)乙級防火門，進出房間及電氣柜的電纜洞均進行防火封堵。

4.4.5 蓄電池室、配電裝置室等機電設(shè)備房間消防

電站副廠房蓄電池室、配電裝置室、通信機房及GIS室等電氣設(shè)備房間可能發(fā)生電氣火災(zāi)。根據(jù)GB 50140《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》有關(guān)要求，配置合適數(shù)量的手提式干粉滅火器。另外，蓄電池室還設(shè)置有事故排風(fēng)系統(tǒng)。上述所有機電設(shè)備房間均設(shè)置防火門，進出房間及電氣柜的電纜洞均進行防火封堵。

5 防、排煙系統(tǒng)

電站廠房共有3個樓梯間。在每個樓梯間分別布置2臺風(fēng)量為32 000 m3/h的防煙風(fēng)機，平時關(guān)閉，火災(zāi)時開啟，向樓梯間加壓送風(fēng)，便于人員逃生。

因電站廠房為非地面廠房，根據(jù)GB 50872《水電工程設(shè)計防火規(guī)范》第12.1.3條規(guī)定，廠房發(fā)電機層及非地面副廠房的疏散走道需設(shè)置機械排煙系統(tǒng)。在副廠房安裝場段198.90 m層設(shè)有1座排煙機房，排煙機房內(nèi)布置1臺風(fēng)量為64 852 m3/h的排煙風(fēng)機。在主廠房發(fā)電機層頂部設(shè)置1根1 250 mm×800 mm的排煙風(fēng)管，貫穿整個主廠房，主廠房失火時，排煙風(fēng)機開啟，將煙氣通過排煙管排出廠外，并通過上游墻體埋管和地上建筑連通主廠房的孔洞自然補風(fēng)，便于人員逃生。在副廠房163.90 m層3號樓梯間旁設(shè)有1座風(fēng)機房，內(nèi)設(shè)1臺風(fēng)量為13 444 m3/h的排風(fēng)兼排煙風(fēng)機，平時通風(fēng)。當(dāng)副廠房163.90 m層失火時，該排煙風(fēng)機運行，將163.90 m層內(nèi)走道煙氣排走，便于人員逃生。

大壩左非和右非壩段的兩座樓梯間分別布置風(fēng)量為42 000 m3/h和32 000 m3/h的軸流風(fēng)機各1臺，火災(zāi)時開啟，向樓梯間加壓送風(fēng)，便于人員逃生。

船閘啟閉機房、船閘控制樓均為地面建筑，且有大面積外窗，可自然排煙；船閘管理樓僅有2層，樓梯間有外窗，可自然排煙，不需其他防、排煙設(shè)施。

6 消防電氣

6.1 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

孤山航電樞紐工程火災(zāi)自動報警系統(tǒng)為集中報警系統(tǒng)，由右岸電站廠房、河床泄水閘及左岸船閘3套區(qū)域報警系統(tǒng)組成，集中報警器設(shè)置在電站廠房消防控制室，消防控制室內(nèi)設(shè)置電站廠房集中報警控制器和消防工作站、消防廣播系統(tǒng)控制柜、防火門監(jiān)控系統(tǒng)控制柜。泄水閘集控室、船閘集控室內(nèi)各布置1臺區(qū)域火災(zāi)報警控制器，2臺區(qū)域火災(zāi)報警控制器與集中報警控制器之間采用通訊線連接，完成系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信及報警等功能。

集中報警系統(tǒng)由1臺集中火災(zāi)報警控制器、1套消防工作站、2臺區(qū)域報警控制器、各類火災(zāi)探測器、手動報警設(shè)備、聯(lián)動設(shè)備、各類連接電纜等設(shè)備組成，另外，電站廠房還設(shè)有防火門監(jiān)控系統(tǒng)。

孤山航電樞紐工程火災(zāi)自動報警系統(tǒng)對通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、防排煙風(fēng)機、防火閥、雨淋閥、氣體滅火設(shè)備、電梯、機組火災(zāi)報警系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、防火門等進行聯(lián)動控制。

6.2 消防供電

孤山航電樞紐工程消防用電設(shè)備的電源按二級負(fù)荷供電，供電電源采用雙回電源，互為備用，電源取自樞紐電站廠用電系統(tǒng)，電站廠用電系統(tǒng)電源來自電站10.5 kV發(fā)電機電壓母線。

電站廠房、船閘控制樓等建筑物室內(nèi)主要疏散通道、樓梯間、消防電梯、安全出口處和廠房內(nèi)重要部位，均設(shè)置了消防應(yīng)急照明及疏散指示標(biāo)志。

消防應(yīng)急照明及疏散指示標(biāo)志正常時由0.4 kV系統(tǒng)經(jīng)EPS直接供電，當(dāng)0.4 kV系統(tǒng)電源失去后，自動切換到應(yīng)急電源EPS上，連續(xù)供電時間不少于90 min。

局部消防應(yīng)急照明及疏散指示標(biāo)志采用自帶蓄電池的消防應(yīng)急照明燈具和消防應(yīng)急標(biāo)志燈具，連續(xù)供電時間不少于90 min。

7 結(jié) 語

孤山航電樞紐工程的消防設(shè)計需結(jié)合其位于河床狹窄山谷地區(qū)、樞紐布置集中緊湊、無法利用城鎮(zhèn)消防設(shè)施及水源充足等工程特點，消防車道、防火間距、安全出口等消防設(shè)計應(yīng)隨整體樞紐布置一起統(tǒng)籌考慮。工程消防應(yīng)立足自救為主，外援為輔，消防

設(shè)施的配置要滿足撲救可能發(fā)生的不同類別火災(zāi)。要充分發(fā)揮水消防的優(yōu)勢；廠房內(nèi)設(shè)備布置比較集中，消防設(shè)施布置要因地制宜，以目前國內(nèi)的設(shè)備制造工藝水平為前提，保證重點，兼顧一般。

孤山航電樞紐工程消防設(shè)計應(yīng)從可靠性、先進性、經(jīng)濟性、方便性進行統(tǒng)籌考慮，消防系統(tǒng)能滿足防火、監(jiān)測、報警、控制、滅火、排煙、救生等7方面的功能要求。

該工程消防系統(tǒng)已完工，并通過了消防驗收。

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