巴基斯坦塔貝拉四期電站水噴霧消防系統設計及研究

曹靜　劉丁

【摘要】塔貝拉四期電站裝機1410MW，電站電纜廊道、透平油庫、絕緣油庫水噴霧消防系統的水噴霧強度、消防流量、消防時間按照NFPA 15規范確定。文中對比了GB 50872、GB 50219與NFPA 15中這些參數的取值，為后續電站設計提供借鑒。

【關鍵詞】電纜廊道；透平油庫；絕緣油庫；水電站；NFPA 15；對比

1、電站概況及設計要求

塔貝拉電站位于巴基斯坦印度河干流上、伊斯蘭堡西北方。塔貝拉電站 1968年開工，1976年蓄水發電，裝機容量2100MW （12臺）。1992年裝機容量增加到3478MW。在建的塔貝拉四期電站裝機容量1410MW（3臺混流式水輪發電機組），電站裝機容量增至4888MW。塔貝拉四期電站電纜廊道、透平油庫、絕緣油庫消防應符合美國防火協會NFPA 15標準。

2、電纜廊道消防設計

電站有2層電纜廊道，分別位于EL.329.00m、EL.334.60m。電纜廊道內部的電纜橋架正投影面積分別為125.04 m2、211.68m2。電纜橋架高度大多數不超過0.6m，僅四處橋架高度為2m，長度為0.6m。因此按照NFPA15規定以橋架正投影面積計算水噴霧需水量，并考慮一定余量。

2.1 水噴霧強度

根據NFPA 15中7.2.2條及7.4.3.8.1條，電纜橋架消防需判別火災是否起源于電纜自身而采用不同的水噴霧強度。電站電纜廊道內除了電纜橋架外，沒有布置含油設備或者其他易燃物，但電纜廊道與透平油庫相鄰布置。因此水噴霧設計強度按照7.4.3.8.1條，采用12.2 （L/min）/m2。

2.2 水噴霧時間

NFPA 15中4.4.8條、4.4.9條及A4.4.8條對于水噴霧時間的規定，水噴霧時間根據火災持續時間確定。電纜廊道內均為絕緣、阻燃電纜， IEC60332-1、IEC60332-2、IEC60332-3與UL防火標準中，對阻燃電纜有相關規定，比如規定垂直燃燒，30或20分鐘內燃不起來，電纜在火焰蔓延2.5m以內自行熄滅。由于電纜廊道內布置了絕緣、阻燃電纜，一旦電纜廊道內感溫或感煙裝置報警，水噴霧消防系統啟動后，預計著火點會迅速在幾分鐘內被撲滅，之后的水噴霧會幫助電纜降溫并隔絕空氣，防止電纜復燃或蔓延至其他部分，因此電纜廊道消防水噴霧設計時間為15分鐘。

2.3 設計水噴霧流量

EL.329.00m層的電纜廊道水噴霧消防耗水流量為Q1，電纜廊道內橋架水平投影面積為S1，水噴霧強度為q1，取安全系數K=1.2，那么Q1=K×S1×q1=1.2×125.04×12.2=1830.6l/min

EL.334.60m層的電纜廊道水噴霧消防耗水流量為Q2，電纜廊道內橋架水平投影面積為S2，水噴霧強度為q1，取安全系數K=1.2，那么Q2=K×S2×q1=1.2×211.68×12.2=3099.0l/min

2.4 供水管及雨淋閥選擇

根據NFPA15中表10.2.1，EL.329.00m與EL.334.60m的電纜廊道均選擇DN150規格的雨淋閥及雨淋閥前Y型過濾器、蝶閥、供水管等。

3、透平油庫與絕緣油庫消防設計

透平油庫布置在下游副廠房EL.334.6m，長25m，寬7.75m。室內布置4個20m3的立式油罐、兩個臥式移動油罐及油處理設備，其中立式油罐直徑2.8m，高3.5m；臥式移動油罐直徑1.8m，長4.5米。絕緣油庫布置在EL.347.0m，下游右岸（面向上游）平臺上，油庫長17.7m，寬12m。室內布置2個直徑3m，長13.2m的臥式絕緣油罐及油處理設備。

3.1 水噴霧強度

透平油庫或絕緣油庫一旦發生火災，形成蔓延火和油罐泄漏的概率很大，因此水噴霧設計強度按照NFPA 15中7.4.2.1條的規定，塔貝拉四期透平油庫與絕緣油庫水噴霧強度為10.2 （L/min）/m2，并在計算水量時考慮一定的余量。

3.2 水噴霧時間

根據NFPA 15中4.4.8條、4.4.9條及A4.4.8條對于水噴霧時間的規定，水噴霧時間根據預計火災持續時間確定。透平油庫與絕緣油庫均設置有排油、水措施，但是由于火災引起的原因及是否引起爆炸、爆炸影響的范圍等諸多不確定性，火災持續時間無法預計，因此透平油庫與絕緣油庫水噴霧消防設計時間初步設定為30分鐘。

3.3 設計水噴霧流量

3.3.1 由于油處理設備內存油量較少、設備本身體積不大，并且在油庫內與油罐布置密集，因此在計算水噴霧流量時，取安全系數K=1.2，將油處理設備消防考慮在內。

3.3.2 透平油庫水噴霧消防耗水流量為Q3，4只立式油罐裸露表面積為S3，2只臥式透平油罐裸露表面積為S4，水噴霧強度為q2， 那么Q3=K×（S3+S4）×q2=1.2×[（3.14×2.8×3.5+3.14×1.4×1.4×2） ×4+（3.14×1.8×4.5+3.14×0.9×0.9×2）×2] ×10.2=2856.1l/min

3.3.3 絕緣油庫噴霧消防耗水流量為Q4，2只臥式油罐裸露表面積為S5，水噴霧強度為q2， 那么Q4=K×S5×q2=1.2×（3.14×3. 0×13.2+3.14×1.5×1.5×2）×2×10.2=3389.8 l /min

3.4 供水管及雨淋閥選擇

根據NFPA 15中表10.2.1，透平油庫與絕緣油庫水噴霧消防均選擇DN150規格的雨淋閥及雨淋閥前Y型過濾器、蝶閥、供水管等。

4、其他注意事項

4.1 噴頭出口處的設計壓力不小于0.35MPa。電站水消防系統應符合NFPA851要求。

4.2 水噴霧應包絡絕緣油罐與透平油罐室內全部設備及電纜廊道內的所有電纜橋架和防火封堵，防止火災蔓延至其他區域。每個防火區域噴頭流量略大于2.4、3.4.2及3.4.3條計算值。

4.3 水噴霧消防室內設置至少兩根，排水管截面積總和為雨淋閥進水管截面積兩倍的排水管，電纜廊道排水管應連接廠房滲漏集水井，透平油庫與絕緣油庫。

5 、GB 50872、GB 50219與NFPA 15規范對比研究

水電站大型電纜廊道及透平油庫、絕緣油庫的消防設計，與GB 50872、 GB 50219相比，美國防火協會NFPA 15在水噴霧設計噴霧強度、水噴霧時間、面積計算均有不同，但噴頭出口處的設計壓力均不小于0.35MPa。GB 50872、 GB 50219與NFPA 15規范不同對比見表1 GB 50872、 GB 50219與NFPA 15的差異對比表。

電纜廊道水噴霧消防有以下區別：1）在電纜廊道的區分上，GB 50872、 GB 50219規定大型電纜廊道應該使用水噴霧消防，在實際執行過程中，無法界定哪些是大型、中型、小型電纜廊道。NFPA15沒有將電纜廊道的規模作為是否使用水噴霧消防的條件。2）在噴霧強度的規定上，GB50872、GB 50219規定大型電纜廊道噴霧強度13（L/min）/m2。NFPA 15水噴霧的強度依據火災的形成原因，最大取12.2（L/min）/m2。從噴霧強度來看，我國標準高于NFPA15。3）在水噴霧時間規定上，NFPA15基于試驗數據或預計值，GB50872、GB 50219規定不小于24min。從阻燃電纜的強制規定看，阻燃電纜可以自行熄滅，水噴霧的作用在于加快阻燃電纜火災熄滅、給電纜冷卻、隔絕空氣、防止電纜復燃的作用。因此作者認為布置有絕緣、阻燃電纜的電纜廊道或電纜室應降低噴霧強度和噴霧時間。4）在保護面積范圍上，GB 50872、 GB 50219比NFPA 15范圍大。作者認為，當電纜廊道或電纜室內部分位置僅布置一層橋架即立面上僅一層電纜橋架，由于電纜橋架寬度遠大于厚度，因此可以取正投影面積作為保護面積計算消防用水量。當電纜廊道或電纜室內同一立面內布置數層電纜橋架時，取按整體包容的最小規則形體的外表面面積減去正投影面積作為保護面積計算消防用水量。

透平油庫與絕緣油庫水噴霧消防有以下區別：1）在噴霧強度的規定上，GB50872、GB 50219比NFPA 15大。2）水噴霧時間規定上，NFPA15基于試驗數據或預計值，一般取值30～60min，情況特殊時，時間可以更長，后期水噴霧強度可以減小；GB50872、GB 50219規定不小于30min。3）在保護面積計算上，GB 50872、 GB 50219比NFPA 15范圍略小。

6、結語

隨著我國工程建設、設計、監理單位邁開步伐走入國際市場，越來越多的工程技術人員需要熟悉及掌握國外技術規范。本文主要根據塔貝拉四期合同與NFPA 15規范要求，介紹了塔貝拉四期電站消防系統中各水噴霧消防部位的設計，總結對比的了大型電纜廊道及透平油庫、絕緣油庫的水噴霧消防設計方面GB 50872、 GB 50219與NFPA 15的差異。

參考文獻：

[1] [S] GB 50872-2014 水電工程設計防火規范

[2] [S] GB 50219-2014 水噴霧滅火系統技術規范

[3] [S] NFPA 15-2012 Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection

作者簡介：曹靜（ 1986年5月31日-），女，漢族，籍貫山東省濟寧市；碩士研究生，工程師，現就職于中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，從事水電站電機設計6年。