阿根廷LB電站發電機CO2滅火系統設計

馬果 張麗敏

在國際工程設計時，設計人員要重新了解、學習、掌握國際標準與中國標準的不同。發電機滅火標準就是其中的一項。與中國采用水噴霧滅火不同，國外一般執行NFPA12標準，發電機采用CO2滅火。

1 CO2滅火系統的特點

國內水電站發電機消防設計中常采用水噴霧滅火，但國外水電站尤其是美國、歐洲電站一般采用發電機CO2滅火。CO2滅火劑具有無色無味、比空氣重、無毒、無腐蝕、成本低、滅火性能穩定、滅火效率高、絕緣性好等特點，主要是通過稀釋氧濃度、窒息燃燒和冷卻物理作用滅火。與水噴霧滅火系統比較，CO2滅火后發電機可維修后再使用，節約成本。即使誤動作，機器無損傷。但是CO2滅火系統設計較復雜，而且如果誤動作時，有人在檢修發電機或者在發電機機坑附近，有可能窒息。

2 系統設計

CO2滅火系統從結構形式上可分為單元獨立系統和組合分配系統、可根據需要實施對單一防護區或多個防護區的消防保護。根據NFPA12規范要求，最多4臺發電機共用1套能滿足單臺發電機消防用量的CO2消防系統。組合分配系統是指1套滅火裝置對多個防護區實施消防保護的滅火系統，其系統滅火劑用量必須滿足最大防護區的消防保護需要，該方式具有節省資金，保護效率高等特點，應用廣泛。阿根廷LB電站共3臺發電機，采用組合分配方式，共用1套CO2消防系統，且CO2鋼瓶數量按照1∶1備用。發電機CO2滅火系統包括自動報警滅火控制系統、滅火劑儲瓶、瓶頭閥、啟動氣體儲瓶、電磁瓶頭閥、選擇閥、稱重裝置、單向閥、壓力開關、框架、噴嘴、管道等設備組成。圖1為組合分配式滅火系統結構示意圖。

3 參數計算

LB電站共設3臺單機容量120 MW的發電機，機坑內凈空間按照機坑體積減去定、轉子體積（定、轉子重量除以銅的密度)來估算，經計算機坑內凈空間約800 m3。

發電機CO2消防系統分為主噴放階段和延續噴放階段。根據NFPA12《Standard on Carbon Dioxide Extinguishing Systems》要求，對于采用密閉循環冷卻的電氣設備，當保護體積小于等于56.6 m3，主噴放階段排放量不小于1.6 kg/m3，當保護體積大于56.6 m3，主噴放階段排放量為1.3 kg/m3，或最低用量不得小于90.8 kg。主噴放時間為1 min。續放時，最小滅火濃度應保持在30%，不得少于20 min。CO2使用70 L、42 kg容量鋼瓶儲存，鋼瓶儲存間平均溫度約為20℃，鋼瓶設計壓力為15 MPa。

3.1 主噴放階段鋼瓶數量計算

根據NFPA12 A.5.5.3，保護體積800 m3，

式中 V——消防體積，m3；

M1——主噴放階段所需CO2質量，kg；

K——體積系數，取1.3 kg/m3；

N1——CO2主放儲瓶數。

鋼瓶數量取25個，考慮1∶1備用，則實際數量為50個。

3.2 延續噴放階段鋼瓶數量計算

根據NFPA12規范，表A.5.5.3(b)密閉式空氣循環電氣設備續放用量表（續放時保護體積）（單位m3），氣體30%濃度維持20 min，查表插值計算得：

鋼瓶數量取17個，考慮1∶1備用，則實際數量為34個。

式中 M2——CO2續放設計用量，kg；

圖1 組合分配式滅火系統結構示意圖

N2——CO2續放儲瓶數。

3.3 主噴放管路以及延時噴放管路管徑選擇

式中Q——管路中的平均流量，kg/min；

D——管路直徑，mm；

T——噴放時間，min；

M——CO2量，kg。

主噴放系統管徑取65 mm。延續噴放系統管徑取15 mm。

3.4 管路材質及壁厚選擇

管路材質一般根據合同要求確定。合同沒有要求的，可以使用不銹鋼管、焊接鋼管，若使用焊接鋼管要內外鍍鋅，個別項目業主要求不能內鍍鋅，但可以涂防銹油漆，根據合同要求執行。管路安裝完畢后需要進行打壓試驗，一般鋼管均可承受，若合同已經規定的管路腐蝕厚度，應根據管路壁厚計算公式計算，然后選擇鋼管厚度。公式如下：

式中δ——管路壁厚，mm；

P——管路設計壓力，MPa；

D——管路公稱直徑，mm；

σ——設計工作溫度下材料許用應力，MPa；

c——腐蝕厚度，mm；

S——制造偏差取15%管路壁厚，mm。

3.5 滅火后氣體抽離系統

發電機滅火后，需要從發電機機坑內將CO2抽離，并且排出室外。在機坑內設置風機，將多余的CO2氣體排至廠外尾水平臺。

4 系統控制

4.1 自動控制

將報警滅火控制器上控制方式選擇鍵撥到“自動”位置時，滅火系統處于自動控制狀態，當防護區發生火情，感煙探測器與感溫探測器同時發出火災信號，報警滅火控制器即發出聲、光報警信號，同時發出聯動指令，關閉聯鎖設備，經過一段延時時間，發出滅火指令，打開電磁瓶頭閥釋放啟動氣體，啟動氣體通過啟動管道打開相應的選擇閥和瓶頭閥，釋放滅火劑，實施滅火。

4.2 電氣手動控制

將報警滅火控制器上控制方式選擇鍵撥到“手動”位置時，滅火系統處于手動控制狀態。當防護區發生火情，可按下手動控制盒或控制器上啟動按鈕即可按規定程序啟動滅火系統釋放滅火劑，實施滅火。在自動控制狀態，仍可實現電氣手動控制。

4.3 機械應急操作

當防護區發生火情，而控制器不能發出滅火指令時。應通知有關人員撤離現場，關閉聯動設備，然后拔出相應電磁瓶頭閥上的安全插銷，操作手柄即可打開電磁閥，釋放啟動氣體。啟動氣體打開選擇閥、瓶頭閥、釋放滅火劑，實施滅火。

4.4 緊急停止操作

當火災警報已發出，在延時時間內卻發現有異常情況，不需啟動滅火系統進行滅火時，可按下手動控制盒或控制器上的緊急停止按鈕，即可阻止控制器滅火指令的發出。

5 主要設備及操作

5.1 瓶頭閥

瓶頭閥安裝在滅火劑儲瓶上，用以密封儲瓶內的滅火劑。火災時，一般由啟動氣體將瓶頭閥打開，釋放滅火劑，實施滅火。

瓶頭閥具有氣體啟動和機械手動兩種開啟方式。氣體啟動由啟動氣體推動驅動缸中的活塞桿，頂開瓶頭閥手柄，開啟瓶頭閥；機械手動是人工扳動瓶頭閥手柄，開啟瓶頭閥，該方式在緊急情況下采用。

5.2 電磁瓶頭閥

電磁瓶頭閥安裝在啟動氣體儲瓶上，用以密封啟動瓶內的啟動氣體。火災時，控制器發出滅火指令，激發電磁瓶頭閥內的電磁鐵動作，打開電磁瓶頭閥，釋放啟動氣體，啟動氣體通過啟動管路打開相應的選擇閥和瓶頭閥，釋放滅火劑，實施滅火。

電磁瓶頭閥具有電啟動和機械手動兩種開啟方式。電啟動由控制器發出開閥指令，使電磁鐵動作，打開電磁瓶頭閥；機械手動是手動拔除插銷，向上扳動手柄，打開電磁瓶頭閥。在機械手動之前應拔除插銷，否則將不能實施機械手動。

5.3 選擇閥

選擇閥安裝在集流管上，進口與集流管連接，出口與滅火劑輸送管道連接。選擇閥主要用于組合分配系統中控制滅火劑流動方向，保證滅火劑進入發生火災的保護區。

選擇閥平時關閉。火災發生時，啟動氣體進入選擇閥驅動缸，推動缸內活塞，通過連桿機構動作，使選擇閥壓臂敞開，此時選擇閥已處于開啟狀態。接著啟動氣體又打開瓶頭閥，釋放滅火劑，通過選擇閥送入保護區，實施滅火。

6 設計中應注意的問題

（1）采用組合分配系統，NFPA12中未明確要求系統設置備用量；GB 50193—2018《二氧化碳滅火系統設計規范》根據系統規模不同，要求一定的備用量。可以根據當地滅火劑是否方便重新灌裝、是否違反當地的強制性要求，以及從工程的安全性和經濟性角度綜合考慮，設置氣體滅火系統的備用量。阿根廷JC水電站發電機滅火系統CO2鋼瓶數量按照1∶1備用。

（2）為防止系統誤動作時，有人在檢修發電機或者在發電機機坑附近，導致窒息，在設計時應有專門的保護檢修人員措施。在發電機機蹲外的進氣管道上設置隔離球閥，閥門一般處于常開狀態，當有人員要進入機組檢修時，手動關閉隔離球閥后進入，防止誤噴，保護人員安全。隔離球閥帶微動開關并傳至中控。

（3）由于氣瓶壓力較大，布置時應盡量布置在獨立的房間，或者有一定安全距離的位置，并應有明顯警示標志。

7結語

阿根廷LB電站發電機消防應用美國消防協會標準NFPA12，采用CO2滅火。詳細說明了設計過程和系統原理，對設計中遇到的問題進行總結，為同類項目設計提供了參考。