抽水蓄能電站地下廠房防排煙系統(tǒng)數(shù)值模擬研究

作者簡介：

張楠（1994— ），女，漢族，山東莘縣人，碩士研究生，工程師，研究方向：暖通空調(diào)設計。

摘要：本文對河北尚義抽水蓄能電站的地下廠房運營期間的排煙系統(tǒng)性能進行了數(shù)值模擬預測研究。計算結(jié)果表明，地下廠房不同位置發(fā)生火災時的排煙效果以及預留的人員逃生時間各不相同。對發(fā)生在主變洞一、二層1MW的火災，19000m3/h的機械排煙來說，建議逃生時間分別為258s、279s。對分別發(fā)生在副廠房四、五、六、八層1MW的火災，19000m3/h的機械排煙來說，建議逃生時間分別為228s、189s、83s、193s。模擬不同著火情況下，設置機械排煙相比于未設置機械排煙的情況，逃生時間延長了最短6s、最長91s。需要改進機械排煙設施來爭取火災發(fā)生時人員逃生的寶貴時間。

關鍵詞：機械防排煙；地下廠房；火災；數(shù)值模擬

引言

抽水蓄能電站是能向上水庫抽水蓄能的水電站，一般用于電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用^[1]。由于抽水蓄能電站地下廠房建筑深埋地下，建筑本身具有冷熱負荷小的優(yōu)勢^[2]。但深埋地下又會導致火災發(fā)生時逃生困難，因此地下廠房建立防排煙措施尤為重要。我國的抽水蓄能電站中現(xiàn)在主要采用自然通風和自然排煙、機械加壓送風和機械排煙或兩者混合的方式設置防、排煙系統(tǒng)^[3]。需要根據(jù)不同廠房的特點選取相應的排煙系統(tǒng)設計，廠房內(nèi)的各項設備需滿足安全運行的標準，以保證各類機電設備的穩(wěn)定通暢運行^[4]。而火災產(chǎn)生的煙氣通過排風洞的排風道及豎井排至地面。^[5]。本文以河北尚義抽水蓄能電站的主變洞、副廠房為對象展開研究，通過對不同火災工況下的模擬分析，得到地下廠房內(nèi)火災煙氣蔓延的規(guī)律，從而為該類型地下建筑設計運行方案提供數(shù)據(jù)參考。

一、研究對象與方法

本次研究對象為主變洞和副廠房。研究采用數(shù)值模擬仿真方法對地下廠房煙霧擴散情況、排煙系統(tǒng)排煙情況、人員逃生等進行計算，為地下廠房的防排煙設計提供參考。

（一）物理幾何模型

圖1為本研究的地下主變洞、副廠房（以第五層為例）的幾何模型示意圖。

（二）邊界條件設置

模擬的火源設置為液態(tài)火，火源位置分別位于地下廠房各層處?；鹪磫挝幻娣e的熱釋放速率（HRR）根據(jù)現(xiàn)行標準進行確定。查閱《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》（GB51251—2017），對于房間高度超過8m的廠房按未設置自動噴水滅火系統(tǒng)的廠房建筑計算，火災達到穩(wěn)態(tài)時的熱釋放速率為8MW，計算得到單位面積熱釋放速率（HRR）為8000kW/m2。主變洞走廊和副廠房按設置自動噴水滅火系統(tǒng)的廠房建筑計算，火災達到穩(wěn)態(tài)時的熱釋放速率為1MW，計算得到單位面積熱釋放速率（HRR）為1000kW/m2。

二、結(jié)果與討論

（一）主變洞火災機械排煙模擬

圖2展示了火源位于主變洞一層時，1MW的火災發(fā)生100s后被熄滅，進行19000m3/h的機械排煙900s以及機械防煙，主變洞排煙效果隨時間變化的動態(tài)模擬，以及與未進行排煙的對比。從圖中可以看到火災發(fā)生后，產(chǎn)生的煙霧開始蔓延至樓道并向上層擴散，同時火災煙霧還沿樓道橫向蔓延。火災發(fā)生40s后，煙霧擴散至主變洞二層，火災發(fā)生100s后，火災煙霧蔓延至一層樓道中部，主變洞二層已經(jīng)向四周擴散煙霧，此時火災被熄滅，火災產(chǎn)生的煙霧則繼續(xù)蔓延?；馂南缂s300s后，主變洞頂部基本被煙霧充滿。至火災發(fā)生600s后，主變洞一層、二層的整個空間已基本被煙霧填充，同時模擬機械排煙風機未運行的情況，發(fā)現(xiàn)機械排煙效果明顯。

對于發(fā)生于主變洞一層的火災，逃生人員應從遠離火源一側(cè)的樓梯口逃生，在有機械排煙情況下煙霧在火災發(fā)生后40s蔓延至主變洞二層，火災發(fā)生后258s煙霧蔓延至主變洞一層地面處，相比無機械排煙時煙霧擴散慢6s，并且煙霧濃度明顯減少，因此人員逃生時間最好不超過258s。

通過模擬結(jié)果可知，當火源位于主變洞二層時，1MW的火災發(fā)生100s后被熄滅，進行19000m3/h的機械排煙900s以及機械防煙，主變洞排煙效果隨時間變化的動態(tài)模擬，以及與未進行排煙的對比?？梢钥吹交馂陌l(fā)生后，產(chǎn)生的煙霧開始蔓延至樓道，同時火災煙霧還沿樓道橫向蔓延?；馂陌l(fā)生26s后，煙霧擴散至主變洞二層頂部，火災發(fā)生100s后，火災煙霧蔓延至二層樓道中部，此時火災被熄滅，火災產(chǎn)生的煙霧則繼續(xù)蔓延。火災熄滅約300s后，主變洞二層樓道頂部基本被煙霧充滿。至火災發(fā)生600s后，主變洞二層的整個空間已基本被煙霧填充，煙霧一直未擴散至主變洞一層。同時模擬機械排煙風機未運行的情況進行對照，發(fā)現(xiàn)機械排煙效果明顯。

對于發(fā)生于主變洞二層的火災，逃生人員應從遠離火源一側(cè)的樓梯口逃生，由于煙霧在火災發(fā)生后279s蔓延至主變洞一層地面，相比無機械排煙情況下減緩28s，且蔓延到地面時的煙霧濃度明顯下降，因此人員

逃生時間最好不超過279s。

（二）副廠房火災機械排煙情況模擬

圖3展示了火源位于副廠房四層時，1MW的火災發(fā)生，19000m3/h的機械排煙以及機械防煙同步進行，火災100s后被熄滅，機械排煙繼續(xù)運轉(zhuǎn)900s，著火層的排煙效果隨時間變化的動態(tài)模擬。從圖中可以看到火災發(fā)生后，產(chǎn)生的煙霧開始蔓延至樓道并逐漸通過樓道向其他房間擴散?；馂陌l(fā)生10s后，煙霧由著火房間擴散至樓道，火災發(fā)生34s后，火災煙霧充滿樓道并擴散至樓梯前室?；馂陌l(fā)生約100s后，副廠房著火層基本被煙霧掩蓋?；馂南绾?，煙霧繼續(xù)擴散，火災熄滅后機械排煙228s，煙霧蔓延至樓梯間。火災熄滅后機械排煙1000s后，煙霧基本被排盡。

對于發(fā)生于副廠房四層的火災，逃生人員應從樓梯口逃生，由于煙霧迅速擴散至樓道中，并且火災發(fā)生后228s時煙霧擴散至樓梯間，相比于未進行機械排煙慢94s，因此人員逃生時間最好不超過228s。

通過模擬結(jié)果可知，火源位于副廠房五層時，1MW的火災發(fā)生，19000m3/h的機械排煙以及機械防煙同步進行，火災100s后被熄滅，機械排煙繼續(xù)運轉(zhuǎn)900s，著火層的排煙效果隨時間變化地動態(tài)模擬?？梢钥吹交馂陌l(fā)生后，產(chǎn)生的煙霧開始蔓延至樓道并逐漸通過樓道向其他房間擴散。火災發(fā)生10s后，煙霧由著火房間擴散至樓道，火災發(fā)生50s后，火災煙霧充滿樓道并擴散至樓梯間?；馂陌l(fā)生64s后煙霧擴散至樓梯前室?；馂南绾?，煙霧繼續(xù)擴散，但始終未擴散至樓梯間，火災熄滅后繼續(xù)機械排煙900s，煙霧濃度明顯下降。

對于發(fā)生于副廠房五層的火災，逃生人員應從樓梯口逃生，由于煙霧迅速擴散至樓道中，并且火災發(fā)生后189s時樓梯前室已基本被煙霧充滿，人員逃生時間最好不超過189s。

通過模擬結(jié)果可知，火源位于副廠房六層時，1MW的火災發(fā)生，19000m3/h的機械排煙以及機械防煙同步進行，火災100s后被熄滅，機械排煙繼續(xù)運轉(zhuǎn)900s，著火層的排煙效果隨時間變化的動態(tài)模擬?；馂陌l(fā)生后，產(chǎn)生的煙霧開始蔓延至樓道并逐漸通過樓道向其他房間擴散?；馂陌l(fā)生10s后，煙霧由著火房間擴散至樓道，火災發(fā)生50s后，樓道被火災煙霧基本充滿。火災發(fā)生約100s后，副廠房著火層基本被煙霧遮蔽?；馂南绾?，煙霧繼續(xù)擴散，排煙風機繼續(xù)工作，機械排煙900s后，濃霧下降明顯。

對于發(fā)生于副廠房六層的火災，逃生人員應從樓梯口逃生，由于煙霧迅速擴散至樓道中，并且火災發(fā)生后83s時煙霧擴散至樓梯間，人員逃生時間最好不超過83s。

通過模擬結(jié)果可知，火源位于副廠房八層時，1MW的火災發(fā)生，19000m3/h的機械排煙以及機械防煙同步進行，火災100s后被熄滅，機械排煙繼續(xù)運轉(zhuǎn)900s，著火層的排煙效果隨時間變化地動態(tài)模擬?；馂陌l(fā)生后，產(chǎn)生的煙霧開始蔓延至樓道并逐漸通過樓道向其他房間擴散?；馂陌l(fā)生10s后，煙霧由著火房間擴散至樓道，火災發(fā)生100s后，火災煙霧充滿樓道并擴散至樓梯間?；馂陌l(fā)生約160s后，副廠房著火層基本被煙霧掩蓋?；馂南绾?，煙霧繼續(xù)擴散，火災熄滅后機械排煙900s后，濃霧下降明顯。

對于發(fā)生于副廠房八層的火災，逃生人員應從樓梯口逃生，由于煙霧迅速擴散至樓道中，并且煙霧在火災發(fā)生后94s時充滿樓道比無機械排煙慢35s，在火災發(fā)生后193s時蔓延至樓梯間比無機械排煙慢94s，因此人員逃生時間最好不超過193s。

結(jié)語

本文對河北尚義抽水蓄能電站地下廠房火災排煙系統(tǒng)性能進行了數(shù)值模擬。從模擬結(jié)果可以看出，機械排煙系統(tǒng)的設置使逃生時間發(fā)生了較大的變化，具體結(jié)論如下。第一，主變洞發(fā)生1MW火災，主變洞最短258s煙霧到達主變洞一層地面，建議著火樓層人員逃生時間不超過258s；第二，副廠房發(fā)生1MW火災，副廠房最短83s煙霧到達樓梯間或前室，建議人員逃生時間不超過80s。

參考文獻

[1]中國電力企業(yè)聯(lián)合會.抽水蓄能電站基本名詞術語：GB/T36550—2018[S].北京：中國標準出版社，2018.

[2]李永峰，范克濤.分析抽水蓄能電站電氣設備發(fā)熱量確定[J].科技視界，2012（36）：34.

[3]梁洋.淺談我國抽水蓄能電站中的防、排煙系統(tǒng)及其電氣控制[J].科技展望，2016，26（09）：123.

[4]王靜泓，喬琪.春場壩抽水蓄能電站通風空調(diào)及排煙設計[J].四川水力發(fā)電，2023，42（06）：92-95.

[5]江琦文.仙游抽水蓄能電站的消防設計[C].2014年抽水蓄能學術交流會論文集，2014.