水利枢纽工程的消防给水系统设计

谢水波¹，李步新²，曾平²
(1.南华大学建筑工程系，湖南衡阳421001；2.水利部珠江水利委员会勘测设计研究院，广东广州 510611)

　　摘要： 介绍了飞来峡水利枢纽工程消防给水系统的设计特点，分析了主变压器水喷雾系统预估喷水量偏小的原因，提出了应采取的设计步骤、参数取值标准及注意事项。在尚无船闸消防设计规范的情况下，对枢纽船闸的综合消防给水系统设计进行了探讨和尝试。
　　关键词：消防；水利枢纽工程；水喷雾系统；主变压器；船闸
　　中图分类号：TU892
　　文献标识码：C
　　文章编号： 1000-4602(2001)02-0034-03　

　　飞来峡水利枢纽是一座以防洪为主，兼有航运、发电、旅游等综合功能的大型水利工程。由于其远离城市，生产、生活和消防用水均需自行解决。
　　飞来峡枢纽在总体布置上分为左岸生活管理区和厂坝区。生活管理区入口面对银英公路，区内交通方便，利于消防救援和疏散，建筑主要为低层住宅和办公楼，火灾危险性较低，消防设计难度较小。厂坝区是枢纽的主体部分，横跨北江干流，区内建筑的结构和功能复杂多样，交通条件较差，救援、疏散较困难，易产生消防死角，是整个枢纽消防设计的重 点和难点。由于外援难以迅速到达厂坝区内的许多部位，且无市政水源依托，故消防给水系统的设计应充分利用水利水电工程具有水源充足、电源可靠的优势，按照“立足自救”的设计原则，掌握并吃透消防规范的核心内容，统筹安排全枢纽各部位的消防给水系统。

　　1 总体设计布局

　　生活管理区的室外消防给水与生活给水的共用管道采用低压系统。厂坝区的消防给水采用临时高压系统，平时用设在左岸山顶的高位水池或气压水罐持压补渗，火灾时通过设在区内的消防水泵满足最不利点的全部水量、水压要求。厂坝区消防给水系统由消火栓和固定水喷雾系统组成，其中消火栓系统设置于坝顶、电站厂房、尾水平台、中控楼、船闸等处；固定水喷雾系统则包括设于电站尾水平台上的油浸式主变压器水喷雾系统和设于船闸两岸的水喷雾系统。
　　厂坝区内共设两座消防泵房，其中一座位于电站厂房内(标高14.72m)，设有三台消火栓系统加压泵和两台主变压器水喷雾系统加压泵；另一座泵房位于左岸回车场下方的平台处(标 高24.00m)，设有三台船闸岸墙水喷雾系统加压泵。
　　电站厂房内消防泵房的水源取自上游水库，在4台水轮机的进水流道内各设有1个取水口，并连成两条273的预埋钢管，引至泵房并形成环管，各消防泵从环管上自灌引水。左岸 消防泵房自备消防水池，水池的有效容积为330m³，由左岸山顶高位水池补充。

　　2 消火栓给水系统

　　消火栓给水系统通常是在室内、外分开设置，室内为高压或临时高压系统，由消防水泵加压供水；室外则为低压系统，平时保证消火栓的栓口压力≮0.1MPa，火灾时由消防车的水泵加压后供水枪使用。该常规做法通常适用于“市政条件”下的建筑工程，一般具有以下特点：①室内消防泵房的水源多依靠室内消防水池，室内、外消防给水系统如不分开，则会增加消防水池容积，对室内建筑布置影响较大；②靠近市政水源，可利用市政给水管网方便地在建筑物周围设置室外消防给水管道及室外消火栓；③靠近主要交通道路，或有条件设置环形消防车道，交通方便，消防车可迅速到达建筑物周围。
　　显然，枢纽的厂坝区不具备以上②、③的条件，但枢纽的上游水库可以作为消防泵的充足水源，不存在消防水池容积的问题。
　　基于以上分析，在设计中打破了室内、外系统分设的常规，将厂坝区建筑物内、外设置的消火栓连成一个整体系统，统一由三台MV80—50.4—80/4型多级立式离心泵(两用一备)加压供水，这样一旦发生火灾，不必等待救援到达，经过培训的工作人员就可以启动 消防泵并使用附近水枪进行灭火，有效地将火灾消灭于初期。

　　3 主变压器的消防水喷雾系统

　　油浸式主变压器的消防是电站消防设计的重点和难点。枢纽电站设有1台OSFPS9—160000/220型(容量160MVA)和一台SFP9—80000/110型(容量80MVA)油浸式主变压器，露天开敞式布置在电站尾水平台上。《建筑设计防火规范》GBJ16—1987(1997年修订本)第8.7.4条中规定：“单台容量在40MVA及以上的厂矿企业可燃油油浸电力变压器、单台容量在90MVA及以上的可燃油油浸电厂电力变压器或单台容量在125 MVA及以上的独立变电所可燃油油浸 电力变压器……应设水喷雾灭火系统”。《电力设备典型消防规程》DL5027—1993第7.3.1 款也规定：“变压器容量在120 MVA及以上时，宜设固定水喷雾灭火装置……”。
　　据此，枢纽电站的主变压器属于电厂电力变压器类，按规范OSFPS9—160000/220型主变压器设置了固定式水喷雾灭火系统。该系统主要由加压泵、雨淋阀组、开式水雾喷头及其供水 管网、闭式喷头和水力传动管路等几部分组成。系统保护范围包括除底面以外的变压器外表面、油枕和冷却器的外表面以及集油坑的平面等。根据《水喷雾灭火系统设计规范》GBJ50219—1995的规定，变压器的设计喷雾强度≮20L/(min·m2)，系统的持续喷雾时间为0.4h。
对设置水喷雾灭火系统的主变压器应尽早定货，取得其准确外型图，以便进行设计： ①根据外型图布置喷头；②进行供水、布水管路的水力计算和管线布置；③根据以上的既定条件计算系统加压泵的选型参数，并完成泵房的设备管路设计。
　　本工程的主变压器定货较迟，在未取得外型图的情况下，为配合电站的土建施工，必须先进行与14.72m层消防泵房有关的消防水泵(包括水喷雾系统的加压泵)的选型和泵房的布置设计，对系统所需的水量、水压预先估算。预算时将变压器设想为一个规则的长方体，粗估各边尺寸，以周围四面和顶面的面积之和作为系统的保护面积，从设计强度值［20L/(min·m2)］估算出系统所需喷水量。后来得到变压器的外型图并据此进行喷头的实际布置和计算之后，发现实际计算的结果与预先估算的结果相差甚远(见表1)。

　　从表1可见，变压器的实际保护面积比估算的保护面积小了13.2%，喷头喷水量却高出预估值约30%，集油坑的保护面积虽未变化，但实际布置后的喷水量更高出估算喷水量50%。表中“ 预估”的“平均喷雾强度”取值相当于规范要求的最低保证值；“实际计算”的“平均喷雾 强度”值为实际保护面积内实际布置后的喷头喷水总量对于实际保护面积的平均值。可见，预先估算时对设计喷雾强度这一基本设计参数的取值偏小是造成巨大差异的直接原因。
　　有关规范中对设计喷水强度的给值应理解为对系统喷雾效果所要求的最低保证值，而不是进行预估的取值标准。预估时设计喷雾强度的取值应根据规范的给值结合被保护对象的特点具 体分析确定。
　　设计实践表明，变压器自身的特点不容忽视，其不规则外型对水雾的干扰相当大，保持对高 压电器的安全距离也给喷头、管道的布置带来了很大困难，因此必须额外增加更多的喷头才能 弥补局部布水的不足，这就导致了局部面积的布水重叠，浪费了水量。因此，对于变压器这种特殊的保护对象，建议其设计喷雾强度应在规范给值的基础上乘以1.5～1.6的安全系 数作为设计平均值。
　　喷头布置好后，应进行从干管到支管的详细水力计算，采取有效的减压措施以保证上下各层及不同位置的喷头喷水均匀，避免出现底层或距干管较近的喷头压力过高、喷水量过大，而顶层或距干管较远的喷头压力不足和不能有效喷雾的情况。

　　4 船闸消防给水系统

　　飞来峡枢纽船闸是北江干流上重要的通航建筑，由上、下游引航道和上闸首、闸室、下闸首等部分组成。闸室有效长度为190m ，宽度为16m。上游最高通航水位高程为24m，下游最低通航水位高程为9.51m。北江的水运货源主要是煤炭、水泥、木材及非金属矿石等，待北江干流全线渠化后，过闸船舶最大可达500t级。
　　现行国家规范中尚无关于船闸消防的专门设计规范。根据对葛洲坝枢纽船闸、湖南五强溪枢纽船闸等国内现有大、中型船闸工程的调查，其多数未作特别处理，少数工程在岸墙顶部设置了消火栓系统。一般来说，船闸消防的重点是船只过闸时的火灾，此时船闸上、下人字门关闭，船只处于闸室内，四面被困，一旦发生火灾，后果十分严重。
　　本枢纽船闸属中等规模，罕有油轮但有客轮通过，火灾危险性属于一般。设计初步考虑采用在岸墙顶部设置消火栓系统的方案，同时按照“立足自救”的设计原则将配有水枪、水带 的消火栓箱布置在闸室墙顶，以方便船闸工作人员取用。为兼顾扑救某些不适合使用直流水 柱的特殊火灾(如油类火灾、电气火灾等)，设计中采用直流、喷雾两用型水枪。
　　该方案送审时，消防主管部门提出不同意见，认为闸室结构深长狭窄，闸内船只相互紧靠，一旦某船着火，火势极易蔓延，此时船上人员的疏散和闸外救援人员接近火场均需通 过两侧岸墙的顶部通道，而该通道仅宽3m，回旋余地小，易受到浓烟笼罩和火焰炙烤的威胁，不利于疏散和救援。因此建议在两侧岸墙加装水喷雾系统以保护墙顶的通道，其设想是：火灾时，喷头射出的水雾防止烟火侵袭，开辟并保护岸墙顶部的疏散通道；闸外人员在水雾的掩护下沿通道迅速接近火场，使用直流、喷雾两用水枪进行灭火扑救。据此在原方案的 基础上增设了岸墙水喷雾系统，其设计喷雾强度参考了《水喷雾灭火系统设计规范》(GB J50219—1995)的“防护冷却”级，取值6L/(min·m²)，保护面积按两侧岸墙顶的平面面积确定。由于船闸及原消防泵房的设计、施工此前已完成，未考虑该新增的水喷雾系统，故选址左岸回车场山下24.00m平台处另建一座独立泵房，专门负责船闸水喷雾系统的加压供水。泵房自带有效容积为330m³的消防水池，设置三台MV150—160—75/3型多级立式离心泵。水泵供水干管为两条315给水管(埋地敷设)，喷头配水管道均采用内外镀锌的焊接钢管。两侧岸墙共布置ZSTW—Ga型中速水雾喷头204个，喷头布置高度为2.3m，间距为1.7m。

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收稿日期：2000-10-18