《消規》在燃煤電廠設計中的應用

沈聰兒

(浙江省電力設計院，浙江 杭州 310012)

1 概述

目前燃煤電廠消防給水設計遵循的《火力發電廠與變站設計防火規范》(GB50229－2006)(以下簡稱《火規》)，與《消防給水及消火栓系統技術規范》(GB50974－2014)(以下簡稱《消規》)中的若干條文規定存在較大差異，現行《火規》正在修訂中，新版《消規》于2014年10月1日起實施，期間有關條文難以操作和涵蓋。本文著重對規范中消防給水系統配置、消防用水量和水壓設計、穩壓裝置選擇、室內消火栓布置等條文進行分析研究，并提出燃煤電廠室內消防給水管道設計、消防水泵接合器設置、消防給水管道材質選用等存在問題和解決方法，以供在工程設計中借鑒。

2 消防給水設計分析研究

2.1 消防給水系統配置

火力發電廠通常采用消防泵、穩壓泵及穩壓罐等組成的消防給水系統。經多年實踐檢驗，該系統適合燃煤電廠，安全可靠。

為保證電廠消防供水系統的安全可靠及便于管理，并根據消防給水計算水量、水壓的情況，采用獨立的穩高壓消防給水系統。

《消規》6.1.11條規定，建筑群共用臨時高壓消防給水時，工礦企業消防供水的保護半徑不宜超過1200 m，且占地面積不宜大于200 hm2。

對于1000MW等級機組規模及以下的燃煤電廠，全廠(包括廠區、廠前區及生活區)采用一套臨時高壓消防給水向全廠建筑群的水滅火系統供水是一種經濟合理消防給水方法，但必須進行供水保護半徑和占地面積復核，若不滿足規范要求，應分設系統，分別管理。

2.2 消防用水量和水壓設計

通常主廠房為燃煤電廠的最高建筑，最不利點為主廠房煤倉間皮帶頭部。參考目前正在設計的某內陸電廠(2×1000MW)工程，最大消防用水量為主廠房、最不利點標高為51.70 m。

電廠主廠房消防用水量見表1，消防給水需要水頭見表2。

表1 電廠主廠房消防用水量

表2 主廠房消防給水需要水頭

從上表看出，參考工程建筑物最不利點(主廠房煤倉間皮帶頭部)消防用水量和壓力《消規》均比《火規》有明顯提高。主要原因是主廠房室內外消火栓設計流量取值和折減不同，以及《消規》條文中消火栓栓口動壓留有余量和取可能的最大運行壓力所引起的。

按《火規》7.1.3條規定，消防給水系統的設計壓力應保證消防用水總量達到最大時，在任何建筑物內最不利點處，水槍的充實水柱不應小于13 m。經計算，參考工程消防給水系統的總用水量737 m3、設計壓力/工作壓力約0.90 MPa/0.90 MPa。

按《消規》7.4.12條規定，高層建筑、廠房、庫房和室內凈空超過8 m的民用建筑等場所，消火栓栓口動壓不應小于0.35 MPa，且消防水槍充實水柱應按13 m計算；以及8.2.3條規定，采用穩壓泵穩壓的臨時高壓消防給水系統的系統工作壓力，應取消防水泵零流量時的壓力、消防水泵吸水口最大靜壓二者之和與穩壓泵維持系統壓力時兩者其中的較大值。前者在計算得到消火栓栓口壓力的基礎上，考慮到其他因素留有約0.10 MPa的余量，后者取可能的最大運行壓力，經計算，參考工程消防給水系統的總用水量821 m3、設計壓力/工作壓力約1.025 MPa/1.20 MPa。

以往電廠消防給水系統的設計水量、水壓按《火規》7.1.3條規定計算確定的。即為系統最不利的疊加，而事實上燃煤電廠水壓最不利點處，其消防用水量并不是最大，這其中已經留有一定的余量，可通過消防水泵流量和揚程曲線相適應，以保證滅火水量和水壓的要求。筆者認為最不利點處按充實水柱13 m計算，消火栓栓口動壓0.25 MPa，作為電廠消防水泵的選擇是比較適合的。分析《消規》7.4.12及8.2.3條，首先是7.4.12條在計算得到消火栓栓口壓力的基礎上，考慮到其他因素留有約0.10 MPa的余量，規定了消火栓栓口動壓不小于0.35 MPa。其實當規定了消火栓栓口動壓值，就確定了其充實水柱，規范中兩者是不匹配的；其次是8.2.3條取可能的最大運行壓力，消防給水系統都設有泄壓閥，當供水系統滅火時其壓力達到設定值時，自動超壓保護，一般到不了消防水泵零流量時的壓力。筆者對其雖存有異議，但向規范編制組咨詢認為，隨著國力增強和技術發展，對消防給水設計提出的更新更高要求，電廠消防給水設計應滿足《消規》要求。參考工程消防用水量和壓力按《消規》進行復核修正，則設計壓力提高了0.125 MPa，工作壓力增加了0.30 MPa。

2.3 穩壓裝置的配置與參數選擇

《消規》宣貫解讀時，對于設有穩壓裝置的臨時高壓消防給水系統，賦予了新的定義，稱為穩高壓消防給水系統，并對工業建筑作了穩壓不宜太高，滿足初始火災壓力，且氣壓罐功能為保壓，調節容積滿足穩壓泵啟動次數，不需要考慮消防容積的說明。目前電廠氣壓罐的消防儲水容積按大于450 L(初起火災時，按2股水柱，5個噴頭，30s消防水泵啟動時間計)設計，配置總容積約10 m3的氣壓罐，其消防儲水容積可達到1.0 m3左右，并得到消防部門的認可。現結合《火規》及《建筑滅火設計手冊》對穩壓裝置選擇進行分析比較，選擇適合工程實際的穩壓裝置。穩壓裝置選擇分析比較見表3。

2.4 室內消火栓布置及選型

《消規》7.4.6條規定，室內消火栓的布置應滿足同一平面有2支消防水槍的2股充實水柱同時達到任何部位的要求。《火規》7.4.2條規定，消火栓的布置保證有2只水槍的充實水柱同時到達室內任何部位。《消規》強調了同一平面2支消防水槍的2股充實水柱同時達到任何部位。

電廠建筑物或場所，特別是輸煤系統建筑、鍋爐房各層平臺及吸收塔的檢修維護平臺，同一平面布置2個室內消火栓有時比較困難，往往利用上下層的室內消火栓，或采用雙出口室內消火栓，來保證有2只水槍的充實水柱同時到達室內任何部位，而非同一平面布置2只室內消火栓。燃煤電廠設計時，對設有室內消火栓的建筑物或場所，應按《消規》規定，進行合理布置，以滿足規范要求。

目前電廠室內消火栓大多采用減壓穩壓消火栓，為滿足《消規》7.4.12條規定，在電廠減壓穩壓室內消火栓設備選型中，應明確消火栓栓口動壓要求保證減壓后不小于0.35 MPa。在現行國家建筑標準設計圖集04S202《室內消火栓安裝》第35頁中，減壓穩壓室內消火栓的技術參數為栓前壓力P1為0.4～1.60 MPa，栓后壓力P2為0.25～0.35 MPa，壓力特性曲線圖為栓前壓力0.4 MPa時 ，對應栓后壓力為0.25 MPa，栓前壓力1.60 MPa時 ，對應栓后壓力為0.35 MPa。對此，筆者向相關設備廠家了解，認為國標圖集中的減壓穩壓室內消火栓產品，已不能滿足消火栓栓口動壓不小于0.35 MPa的要求，減壓穩壓室內消火栓中的彈簧應作調整，技術參數和壓力特性曲線需作修正，設計選用時注意適用范圍。

表3 穩壓裝置選擇分析比較

2.5 消火栓按鈕設置

《消規》11.0.19條規定，消火栓按鈕不宜作為直接啟動消防水泵的開關，但可作為發出報警信號的開關或啟動干式消火栓系統的快速啟閉裝置等。此條文明確消火栓按鈕不設啟泵功能。

于2014年5月1日實施的《火災自動噴水報警系統設計規范》(GB20116－2013)4.3.1條的條文說明，穩高壓系統中，雖然不需要消火栓按鈕啟動消防泵，但消火栓按鈕給出的使用消火栓位置的報警信號是十分必要的，因此穩高壓系統中，消火栓按鈕也是不能省略的。向規范編制組咨詢認為，電廠消火栓按鈕要設，不作直接啟動消防水泵的開關，但可作為發出報警信號的開關。

對于2×1000MW級機組的燃煤電廠，室內消火栓遍布全廠各建筑物或場所，僅主廠房(包括汽機房和鍋爐房的底層、運轉層；煤倉間各層；除氧器間；鍋爐燃燒器各層平臺)建筑就布置了近200個室內消火栓，就得配套近200個消火栓按鈕，如此多的消火栓按鈕，電氣控制線路復雜，實施較困難，且手報按鈕設置位置及間距與消火栓基本一致，已投運的電廠一般不設消火栓按鈕，因此，日后電廠仍可不設消火栓按鈕。

3 存在問題及解決辦法

3.1 室內消防給水管道設計

《火規》7.4.1條規定，室內消防給水管道設計應符合下列要求：“2 主廠房內應設置水平環狀管網；消防豎管應引自水平環狀管網成枝狀布置。3 室內消防給水管道應采用閥門分段，對于單層廠房、庫房，當某段損壞時，停止使用的消火栓不應超過5個；對于其他廠房、庫房，消防給水管道上閥門的布置，當超過3條豎管時，可按關閉2條設計。”

《消規》8.1.6條，室內消火栓環狀給水管道檢修時應符合下列規定：“1 室內消火栓豎管應保證檢修管道時關閉停用的豎管不超過1根，當豎管超過4根時，可關閉不相鄰的2根；2 每根豎管與供水橫干管相接處應設置閥門。”

對于電廠的大多建筑物或場所來說，室內消防給水管道設計盡可能室內豎向成環，以符合《消規》8.1.6條室內消火栓環狀給水管道檢修時規定。但電廠工藝布置特性決定主廠房只能水平成環，為滿足《消規》8.1.6條室內消火栓環狀給水管道檢修時的要求，在電廠主廠房的DN300的水平環狀管網上每根豎管兩側均應設檢修隔離閥，則環狀管網閥門所占空間大，數量繁多，布置困難，難以實現。以往電廠主廠房室內消防給水管道設計，按每根豎管引接處設置閥門，水平環狀管網上的隔離閥按同層停止使用的消火栓不超過5個設置。現為更好地接軌《消規》，筆者建議電廠室內消防給水管道上閥門的布置按《火規》7.4.1條，當超過3條豎管時，可按關閉2條設計，及按《消規》8.1.6條，每根豎管與供水橫干管相接處設置閥門的要求設計。這樣檢修隔離閥比按《火規》減少了一半，便于布置和實施。

3.1 消防水泵接合器設置

對于設有獨立的消防給水系統的電廠，室內消火栓給水系統及自動噴水滅火系統、水噴霧滅火系統、泡沫滅火系統、固定消防炮滅火系統等滅火系統，以往工程通常不設置消防水泵接合器，滿足《火規》7.4.1條規定。為何可不設，詳見《火規》7.4.1條文說明，在此不再贅述。但按《消規》5.4.1及5.4.2條明確規定，上述系統應設置消防水泵接合器，且為強制性條文，必須嚴格執行。

消防水泵接合器是水滅火系統的第三供水水源。若按《消規》規定，電廠的相關建筑物和固定滅火系統均應設置消防水泵接合器，其數量非常之多，且周邊無消防水源。考慮到發電廠全廠室內外消火栓和固定滅火系統設置一套消防給水系統的特點，且保護范圍大，建筑群多，結合電廠工程實際，在廠區消防水池等水源附近的廠區消防給水管網上設置不小于3個的消防水泵接合器，實現了消防車向廠區消防給水管網供水的目的，進一步提高了電廠的滅火效率。

3.2 消防給水管道材質選用

《消規》8.2.4條規定，埋地管道宜采用球墨鑄鐵管、鋼絲網骨架塑料復合管和加強防腐的鋼管等材質。以及8.2.5條規定了不同系統工作壓力下消防給水系統埋地管道的管材。1000MW等級機組規模及以下的燃煤電廠，消防給水系統工作壓力一般不超過1.20 MPa。

電廠埋地消防給水管道采用加強防腐的鋼管諸多，也有電廠采用孔網鋼塑管、PE管等。某內陸電廠埋地消防給水管道設計為焊接鋼管，因管道質量問題，施工沒有多久，發現漏水嚴重，把焊接鋼管換成PE管，又因地基沉降仍發生漏水問題，且局部更換難以施工，最后全部換成無縫鋼管。目前國內已建電廠埋地消防給水管道漏水現象時有發生，特別是沿海電廠，主要是海水倒灌腐蝕及回填地基沉降引起的，管道改造較多。某擴建沿海電廠，老廠消防給水管道漏水非常嚴重，穩壓系統根本無法正常運行，計劃對埋地管進行全部改造，同時為減少日后地下開挖麻煩，本次擴建廠區全部采用架空和管溝敷設，并采用無縫鋼管，以確保消防系統的供水安全。經過多年的工程實踐及設計經驗，電廠埋地消防給水管道的材質，內陸電廠宜采用無縫鋼管，沿海電廠宜采用PE管，有條件盡可能架空或管溝敷設，以便維護檢修，并得到業主的認可。

3.3 消防給水管道試驗壓力取值

關于壓力管道水壓強度試驗的試驗壓力取值，各規范給出了不同管材管道的試驗壓力。現對電廠消防給水管道常用管材－－鋼管，按不同規范列于表4，進行分析比較，以確定消防給水管道試驗壓力取值。

表4 壓力管道水壓強度試驗的試驗壓力

從表4可知，不同規范其取值有所不同，其中《消規》按系統工作壓力值分兩個區間，確定試驗壓力取值，更為細化、安全，但規定中的兩個區間，取值明顯存在矛盾，即當系統工作壓力0.94～1.0( MPa)與1.01～1.10( MPa)時，兩個區間的試驗壓力取值均為1.41～1.50( MPa)，出現了區間內工作壓力高，試驗壓力反而低的問題。因此，當系統工作壓力＞1.0( MPa)時，試驗壓力應修正為P+0.5(MPa)較為合理，即滿足《給水排水管道工程施工及驗收規范》要求。電廠消防給水管道(鋼管)試驗壓力取值設計，從早年的按《工業金屬管道工程施工及驗收規范》；到近年的按《給水排水管道工程施工及驗收規范》；再現今的按《消規》的變化，但《消規》中的系統工作壓力＞1.0(MPa)區間，試驗壓力應修正為P+0.5(MPa)，以確保消防給水系統的安全。

4 結語

針對《消規》中的若干條文規定，結合目前燃煤電廠消防給水設計遵循的《火規》，以及本人多年設計經驗，通過分析研究探討，提出了在不違背《消規》設計原則的前提下，既切合實際、又安全可靠的電廠消防給水設計思路和方法，以供工程設計借鑒、應用。

[1]GB50974－2014，消防給水及消火栓系統技術規范[S]．

[2]GB50229－2006，火力發電廠與變電站設計防火規范[S]．

[3]GB20116－2013，火災自動噴水報警系統設計規范[S]．

[4]GB50268－2008，給水排水管道工程施工及驗收規范[S]．

[5]GB50235－2010，工業金屬管道工程施工及驗收規范[S]．

[6]姜文源．建筑滅火設計手冊[K]．北京：中國建筑工業出版社，1997．

[7]機械工業第一設計研究院．04S202：室內消火栓安裝[K]．北京： 中國建筑標準設計研究院，2004．