黃登水電站水輪發(fā)電機(jī)IG541混合氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姚建國(guó)

（中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051）

1 前言

黃登水電站位于云南省怒江州蘭坪縣境內(nèi)，工程以發(fā)電為主，總裝機(jī)容量1 900 MW。電站按“無(wú)人值班（少人值守）”原則設(shè)計(jì)。

黃登水電站廠房為地下式，廠內(nèi)裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量475 MW大型水輪發(fā)電機(jī)組。作為水電站最關(guān)鍵的核心設(shè)備，確保水輪發(fā)電機(jī)的安全是電站消防設(shè)計(jì)的核心工作。根據(jù)《水電工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50872-2014第8.0.1條規(guī)定：“額定容量為25 MW及以上的水輪發(fā)電機(jī)組（含抽水蓄能機(jī)組）應(yīng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)”[1]。

2 發(fā)電機(jī)滅火方式選擇

目前水輪發(fā)電機(jī)的滅火方式主要有兩種。第一種是采用水滅火方式，在發(fā)電機(jī)定子上、下兩端設(shè)置消防環(huán)管及水霧噴頭，利用雨淋閥開啟水噴霧滅火，可快速地在發(fā)電機(jī)上覆蓋水霧滅火、降溫，水霧可同時(shí)隔絕火焰，具有很好的滅火效果；缺點(diǎn)是系統(tǒng)啟動(dòng)后對(duì)發(fā)電機(jī)破壞較大，繞組、線圈等需干燥、絕緣處理，生產(chǎn)恢復(fù)工作量大、投資大，對(duì)電廠造成的損失大。另一種是采用氣體滅火方式，將氣體滅火劑通過管路噴放到發(fā)電機(jī)機(jī)坑的密閉空間內(nèi)，形成一定的氣體濃度并保持到規(guī)定的浸漬時(shí)間，進(jìn)而撲滅發(fā)電機(jī)火災(zāi)，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)發(fā)電機(jī)破壞小，滅火完成后只需將發(fā)電機(jī)機(jī)坑內(nèi)的氣體排至廠外，機(jī)組即可重新啟動(dòng)，停機(jī)時(shí)間短，對(duì)電廠造成的損失較小；缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高。

經(jīng)綜合分析比較，黃登水電站水輪發(fā)電機(jī)采用氣體滅火方式。

3 氣體滅火介質(zhì)選擇

目前，在氣體滅火技術(shù)上比較成熟、性能指標(biāo)符合我國(guó)現(xiàn)行防火規(guī)范和其它相關(guān)法規(guī)要求，具有實(shí)際推廣應(yīng)用價(jià)值的氣體滅火材料主要有FM-200（七氟丙烷）、IG541（煙烙盡）、CO2（二氧化碳）和氣溶膠4種產(chǎn)品，其性能指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)性綜合對(duì)比[2]見表1。

從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全性及空間布置等因素綜合考慮，選用IG541混合氣體作為黃登水電站水輪發(fā)電機(jī)氣體滅火系統(tǒng)的滅火介質(zhì)。IG541氣體滅火劑由大氣中的氮?dú)?N2)、氬氣(Ar)、二氧化碳(CO2)3種氣體以52%、40%、8%的比例混合而成[2]，其滅火機(jī)理屬于物理滅火方式，具有保護(hù)環(huán)境、保護(hù)生命安全、保護(hù)財(cái)產(chǎn)安全、保護(hù)距離長(zhǎng)、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。

4 氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 氣體滅火系統(tǒng)形式及設(shè)備選擇

IG541混合氣體滅火系統(tǒng)有組合分配式和單元獨(dú)立式兩種形式。經(jīng)分析比較，黃登水電站4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)采用1套IG541全淹沒組合分配式氣體滅火系統(tǒng)[3,4]，該氣體滅火系統(tǒng)同時(shí)覆蓋左端副廠房1 487.00 m高程的地下控制室。4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)各為1個(gè)獨(dú)立防護(hù)區(qū)，地下控制室為1個(gè)獨(dú)立防護(hù)區(qū)，共5個(gè)獨(dú)立防護(hù)區(qū)。

滅火劑設(shè)計(jì)用量按組合分配系統(tǒng)中最大一個(gè)保護(hù)區(qū)計(jì)算，最大一個(gè)防火分區(qū)（每臺(tái)發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)）的有效容積約為1 800 m3。根據(jù)GB 50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算，滅火劑設(shè)計(jì)用量見表2，滅火系統(tǒng)設(shè)備配置見表3。

4.2 氣體滅火系統(tǒng)布置

氣體滅火劑儲(chǔ)瓶和啟動(dòng)氣體儲(chǔ)瓶布置在水輪機(jī)層左端頭的氣體消防設(shè)備室，高程為1 470.00 m，通過選擇分配閥及管網(wǎng)分別引至4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)機(jī)坑和左端副廠房地下控制室。發(fā)電機(jī)氣體滅火供氣管管徑DN125 mm，地下控制室氣體滅火供氣管管徑DN80 mm。管網(wǎng)采用不銹鋼無(wú)縫鋼管，與分配閥連接處采用高壓法蘭連接，與消防噴嘴采用絲扣連接。圖1為IG541氣體滅火系統(tǒng)管網(wǎng)透視圖。

4.3 防護(hù)區(qū)泄壓設(shè)計(jì)

當(dāng)氣體滅火系統(tǒng)投入時(shí)，氣體滅火劑高速噴入防護(hù)區(qū)內(nèi)，由于防護(hù)區(qū)為密閉空間，防護(hù)區(qū)的內(nèi)壓會(huì)顯著增加，如果沒有可靠的泄壓措施，防護(hù)區(qū)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和防護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)備將可能承受不住增長(zhǎng)的壓力而遭到破壞[5,6]。

表2 氣體消防滅火劑用量計(jì)算表

表3 滅火系統(tǒng)設(shè)備配置表

根據(jù)GB 50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算，每臺(tái)發(fā)電機(jī)機(jī)坑防護(hù)區(qū)泄壓口面積不應(yīng)小于0.57 m2，左端副廠房地下控制室泄壓口面積不應(yīng)小于0.26 m2。在每臺(tái)發(fā)電機(jī)機(jī)坑壁上設(shè)置兩個(gè)700 mm×500 mm泄壓口，左端副廠房地下控制室外墻上設(shè)置一個(gè)700 mm×500 mm泄壓口。泄壓口處裝設(shè)自動(dòng)泄壓閥，在防護(hù)區(qū)內(nèi)壓力達(dá)到1 050 Pa時(shí)泄壓閥自動(dòng)開啟泄壓。

圖1 IG541氣體滅火系統(tǒng)管網(wǎng)透視圖

4.4 系統(tǒng)控制方式

IG541氣體滅火系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和應(yīng)急機(jī)械手動(dòng)控制3種方式。自動(dòng)控制和手動(dòng)控制可通過專用的自動(dòng)/手動(dòng)選擇開關(guān)切換[2]，在無(wú)人值班時(shí)采用自動(dòng)聯(lián)動(dòng)控制方式，有人工作或值班時(shí)采用手動(dòng)操作控制方式，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)故障時(shí)可采用現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急[3]機(jī)械手動(dòng)控制方式。

裝設(shè)在發(fā)電機(jī)機(jī)坑內(nèi)的空氣采樣管、光纖感溫探測(cè)器和裝設(shè)于機(jī)坑外壁的空氣采樣感煙探測(cè)裝置、裝設(shè)于機(jī)旁盤區(qū)域報(bào)警控制柜內(nèi)的光纖測(cè)溫報(bào)警裝置承擔(dān)著氣體滅火區(qū)域的火情監(jiān)視和自動(dòng)報(bào)警任務(wù)，信號(hào)傳遞給電站火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及消防控制系統(tǒng)和機(jī)組氣體滅火控制系統(tǒng)，并聯(lián)動(dòng)與氣體滅火有關(guān)的風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥等設(shè)備，同時(shí)獲取氣體滅火動(dòng)作的狀態(tài)反饋信號(hào)。氣體滅火系統(tǒng)的自動(dòng)控制應(yīng)在接到兩個(gè)獨(dú)立的火警信號(hào)后才能啟動(dòng)，并能將滅火控制系統(tǒng)正常、故障及滅火等信息發(fā)送到電站火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及消防控制系統(tǒng)。每個(gè)防護(hù)區(qū)的出入口外側(cè)均設(shè)有1套釋放滅火劑的緊急啟動(dòng)/停止按鈕、聲光報(bào)警器和放氣指示燈[4]。

4.5 滅火后通風(fēng)設(shè)計(jì)

水輪發(fā)電機(jī)機(jī)坑不具備自然通風(fēng)條件，氣體滅火后的機(jī)坑應(yīng)進(jìn)行通風(fēng)換氣。按換氣次數(shù)5次/h計(jì)算事故通風(fēng)量，選用一臺(tái)排風(fēng)量不小于12 230 m3/h的離心風(fēng)機(jī)，布置在左端副廠房1 501.50 m高程的排風(fēng)機(jī)室。每臺(tái)發(fā)電機(jī)機(jī)坑下游墻上引出一根900 mm×500 mm排風(fēng)管并設(shè)置自動(dòng)復(fù)位防火閥，接到主廠房中間層下游墻邊的900 mm×500 mm排風(fēng)總管，排風(fēng)總管從中間層引至左端副廠房下游側(cè)排風(fēng)夾墻內(nèi)，并向上引至1 501.50 m層排風(fēng)機(jī)室的發(fā)電機(jī)機(jī)坑消防排風(fēng)機(jī)，排風(fēng)機(jī)排風(fēng)管引至主廠房排風(fēng)洞。

發(fā)電機(jī)滅火后開啟相應(yīng)機(jī)組段排風(fēng)管上的自動(dòng)復(fù)位防火閥，啟動(dòng)離心風(fēng)機(jī)排風(fēng)，通過排風(fēng)機(jī)排到主廠房排風(fēng)洞，再通過地面主排風(fēng)樓的離心風(fēng)機(jī)排出室外。

5 結(jié)束語(yǔ)

IG541混合氣體滅火劑取自于大自然，滅火時(shí)只是將這些天然氣體放回大氣，該滅火系統(tǒng)具有優(yōu)良的技術(shù)性能、環(huán)保性能和安全性能。

經(jīng)綜合分析比較，黃登水電站水輪發(fā)電機(jī)采用IG541混合氣體作為氣體滅火系統(tǒng)的滅火介質(zhì)，并粘度、穩(wěn)定性好，膠凝時(shí)間可控，結(jié)石率高，結(jié)石體滲透系數(shù)能達(dá)到10-6～10-9cm/s，防滲效果佳等。采用粘土固化劑灌漿，水泥的用量小，對(duì)粘土料的質(zhì)量要求低，可就地取材，運(yùn)距短，成本低、施工簡(jiǎn)便，施工基本不受天氣影響。

總之，粘土固化劑防滲灌漿技術(shù)已成為水利工程防滲中一種比較成熟的新防滲技術(shù)，施工簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，低碳環(huán)境，應(yīng)大力推廣。

金鉤水庫(kù)大壩經(jīng)過粘土固化劑漿液灌漿處理，工程運(yùn)行4年來，大壩右壩肩繞壩滲漏已消失，說明防滲效果好，達(dá)到了防滲的目的。粘土固化劑漿液防滲灌漿技術(shù)在金鉤水庫(kù)大壩壩基防滲處理中成功的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，供類似工程的防滲設(shè)計(jì)與施工時(shí)借鑒和參考。