陽江抽水蓄能電站廠房室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)設(shè)計

林穎康

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司，廣州 510635)

1 工程概況

陽江抽水蓄能電站位于廣東省陽春市與電白縣交界處的八甲山區(qū)，地理位置處于廣州—湛江粵西片的中部，直線距廣州市230 km，距陽江市60 km。站址屬漠陽江流域、八甲河河源段。電站屬高水頭大容量純抽水蓄能電站，服務(wù)于廣東省電網(wǎng)。陽江抽水蓄能電站總裝機規(guī)模為2 400 MW，分近、遠兩期建設(shè)，近期裝機規(guī)模為1 200 MW，遠期裝機規(guī)模為1 200 MW，上、下水庫在近期一次建成。近期工程共安裝3臺單機容量為400 MW的立軸單級可逆混流式水泵水輪機-發(fā)電電動機組，額定水頭為653 m。電站為引水式地下廠房，由上庫進/出水口通過1條引水隧洞引至廠房前分岔為3條壓力鋼支管，分別接至3臺水泵水輪機，然后通過各機組的尾水管，再匯合成一條尾水隧洞至下庫進/出水口。地下廠房部分與室外出入口地坪高差為119.3 m，設(shè)計耐火等級為一級，執(zhí)行《水電工程設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50872—2014)及《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50016—2014) 2018年版有關(guān)抽水蓄能電站及工業(yè)廠房的相關(guān)規(guī)定。

2 廠房室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設(shè)計探討

陽江抽水蓄能電站位于水源保護區(qū)內(nèi)，廠房交通洞入口與鎮(zhèn)區(qū)之間，有山溝相隔，附近無市政自來水管網(wǎng)接入，廠房交通洞洞口與電站發(fā)電機層落差約120 m。電站廠房內(nèi)需要設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的部位有主廠房、副廠房、主變洞、交通洞[1]。傳統(tǒng)室內(nèi)消防供水管道設(shè)計方式是在廠房設(shè)置兩路水源，主水源由消防水池供給，備用水源由機組高壓供水管經(jīng)減壓后供給[2]。

常高壓消火栓給水系統(tǒng)可在消防水池分別引出兩路消防供水管，分別接入至室內(nèi)消火栓系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)上，當一路供水管發(fā)生故障時，另外一路水管仍滿足消防給水設(shè)計流量[3]。陽江抽水蓄能電站DN350消防環(huán)管取水口設(shè)置在尾閘前端，上水庫看作消防水池，取水口分別在不同機組的閘門前設(shè)置，設(shè)置2個取水口，供全廠消防用水，滿足廠房一次滅火消防水系統(tǒng)所需要的水量及水壓要求。減少了廠房內(nèi)消防水池及消防泵組的設(shè)置，節(jié)約了空間也減少了后期運維成本。

2.1 廣東另外兩例抽水蓄能電站消火栓系統(tǒng)設(shè)計方案

2010年前后設(shè)計的清遠抽水蓄能電站室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，廠房內(nèi)室內(nèi)消火栓立管直接在管道廊道層的技術(shù)供水管道取水[4](見圖1)，現(xiàn)在分析這種管網(wǎng)布置方式，缺少消火栓系統(tǒng)給水環(huán)網(wǎng)，利用技術(shù)供水管作為消防環(huán)管，但該環(huán)管不僅僅承擔室內(nèi)消火栓供水的功能，還承擔機組水噴霧系統(tǒng)及機組技術(shù)供水的功能，一旦技術(shù)供水管發(fā)生故障需要檢修，需要關(guān)閉多個系統(tǒng)。且這種管道設(shè)計方式，1根立管同時供2個以上室內(nèi)消火栓用水，當其中1個消火栓發(fā)生故障需要檢修立管的時候，必須關(guān)閉整條立管，不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求[5]。

圖1 清遠抽水蓄能電站給排水系統(tǒng)示意

2014年前后設(shè)計的深圳抽水蓄能電站室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，在清遠抽水蓄能電站設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化改進，在主廠房水輪機層設(shè)置獨立的室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)(見圖2)，在管道廊道層從水機提供的消防給水環(huán)網(wǎng)兩端取水后，在主廠房水輪機層形成環(huán)狀消防給水管網(wǎng)，使整個室內(nèi)消火栓系統(tǒng)獨立成環(huán)網(wǎng)布置，但由于水輪機層線路管道較多，無法實現(xiàn)明管敷設(shè)。消防環(huán)管采用預(yù)埋在水下墻內(nèi)的方式敷設(shè)，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的立管設(shè)有檢修閥門，環(huán)管也設(shè)有檢修閥門位置，為了使檢修閥門能操作及維修，閥門采用明裝方式。但消防環(huán)管檢修閥門的設(shè)置位置較高，后期運維時不容易操作，且明裝的檢修閘閥總體上不美觀和諧。主變洞室內(nèi)消火栓系統(tǒng)環(huán)管，供水管依靠主廠房消火栓供水管及交通洞市政給水管網(wǎng)分別供給，從而形成兩路水源供水，線路比較復(fù)雜，水壓不平衡，預(yù)埋管多，不利于日后檢修替換。

圖2 深圳抽水蓄能電站消火栓系統(tǒng)示意

2.2 陽江抽水蓄能電站消火栓系統(tǒng)設(shè)計方案

根據(jù)陽江抽水蓄能電站供水水源的水壓條件以及廠房功能分區(qū)，設(shè)計考慮分3個區(qū)域獨立設(shè)置消防給水環(huán)網(wǎng)，滿足地下廠房室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的水量及水壓要求。首先母線洞主要放置電氣元件，不宜采用水滅火，故設(shè)計考慮主、副廠房設(shè)置獨立的室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)，主變洞設(shè)置獨立的室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)，在母線夾層另外設(shè)置2個取水口，獨立形成環(huán)狀供水管網(wǎng)。交通洞落差較大，高差有120 m，廠房技術(shù)供水管無法滿足交通洞最不利點室內(nèi)消火栓的水壓。根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[3]第7.4.12條，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)管網(wǎng)壓力，最佳保持在0.35～0.5 MPa之間，為了保證交通洞最不利的1個室內(nèi)消火栓頭動壓有0.25 MPa，設(shè)計考慮交通洞單獨設(shè)置室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)。

主副廠房、主變洞，取水水源為DN350消防環(huán)網(wǎng)，這根環(huán)管貫穿主廠房的管道廊道層、蝸殼層、母線洞和主變洞，并且在以上各處一共預(yù)留了7處接口。DN350消防環(huán)管內(nèi)的主水源來自尾水隧洞，通過2#和3#機尾閘外側(cè)的取水管取水。備用水源取自DN600檢修滲漏排水總管，DN600總管聯(lián)通下庫，在需要備用水源時，打開下庫閘門井內(nèi)的取水閥即可。正常蓄水位到死水位的庫容為2 223.1萬m3，主、備用水源都屬于自流供水，屬于常高壓給水系統(tǒng)，供水流量和供水壓力均能夠滿足廠房(除交通洞)室內(nèi)消火栓的水量及水壓要求。

設(shè)計考慮陽江抽水蓄能電站主、副廠房室內(nèi)消火栓給水環(huán)網(wǎng)(見圖3)設(shè)置在主廠房管道廊道層，采用明管敷設(shè)的方式。分別在管道廊道層的兩端，從DN350消防給水環(huán)網(wǎng)接出，接口管徑為DN150，靜壓范圍為1.07～1.36 MPa，流量范圍為859～954 m3/h，消火栓給水系統(tǒng)在接口后端設(shè)置可調(diào)式減壓閥組，閥后靜壓范圍為0.70～0.98 MPa。在管道廊道層形成室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)地環(huán)后(見圖4)，在副廠房通風設(shè)備層部及主廠房發(fā)電機層連接給水立管，形成主、副廠房室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)天環(huán)(見圖5)。栓口動壓大于0.5 MPa的室內(nèi)消火栓，設(shè)置減壓穩(wěn)壓型消火栓栓頭[6]。

圖3 陽江抽水蓄能電站管道廊道層消防環(huán)網(wǎng)布置示意

圖4 陽江抽水蓄能電站主廠房消火給水系統(tǒng)示意

圖5 陽江抽水蓄能電站副廠房消火給水系統(tǒng)示意

主變洞室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)，消防環(huán)網(wǎng)設(shè)置在主變母線夾層及主變廊道，取水口從主變母線夾層接出，接口管徑為DN150，靜壓范圍為0.89～1.18 MPa，流量范圍為763～890 m3/h，消火栓給水系統(tǒng)在接口后設(shè)置減壓閥組，減壓閥后靜壓范圍為0.49.0～0.78 MPa。主變洞消火栓給水系統(tǒng)，在主變洞的運輸廊道成環(huán)狀布置，以減少管網(wǎng)滲漏水對電氣元件的影響，主變洞室內(nèi)消火栓系統(tǒng)(見圖6)。栓口動壓大于0.5 MPa的室內(nèi)消火栓，設(shè)置減壓穩(wěn)壓型消火栓栓頭。

圖6 陽江抽水蓄能電站主變洞消火給水系統(tǒng)示意

根據(jù)深圳抽水蓄能電站的工程經(jīng)驗，在2019年消防驗收時，住建局相關(guān)部門驗收人員強調(diào)，目前電動汽車逐步普及，交通隧道內(nèi)，電動車著火的情況時有發(fā)生，因此交通隧道內(nèi)配置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)及滅火器，對于初期火災(zāi)撲救極為重要[7]。而根據(jù)《水電工程設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50872—2014)[8]第11.3.7的條文解釋，水電規(guī)范只要求交通洞入口40 m范圍內(nèi)設(shè)置室外消火栓系統(tǒng)并配置滅火器，而交通洞隧道長度往往超過1 km，且是廠房唯一對外過車的交通通道，本規(guī)范條文解釋認為進廠交通洞內(nèi)可燃物少，火災(zāi)危險性小，故僅規(guī)定在交通洞兩側(cè)設(shè)置滅火器。但根據(jù)深圳抽水蓄能電站的消防驗收經(jīng)驗及消防施工圖設(shè)計審查情況的反饋，廠房交通洞都要求完善室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)設(shè)計。

但考慮到交通洞在永久運行期，車流量較小，而按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50016—2014)2018年版[9]第12章相關(guān)條文設(shè)置消防設(shè)施，會導(dǎo)致隧道等級較高[10]，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的設(shè)計流量及火災(zāi)延續(xù)時間都比較大，從而導(dǎo)致消防水池容積偏大，甚至超過500 m3有效容積，需要設(shè)置兩座消防水池。而根據(jù)已建抽水蓄能電站交通洞的的日交通量數(shù)據(jù)，廠房正常值班人員約20人，偶爾有檢修車輛通行，車流量不超過3 000臺/d，且考慮抽水蓄能電站的交通洞通常為單洞隧道，參考《公路隧道設(shè)計規(guī)范 第二冊 交通工程》[11]第3.0.2條、3.0.3條和10.2.6條，抽水蓄能電站的交通洞隧道的室內(nèi)消火栓設(shè)計流量可以按照20 L/s考慮，火災(zāi)延續(xù)時間根據(jù)隧道長度考慮取3～4 h[12]，從而判斷消防水池有效容積是否滿足要求。

陽江抽水蓄能電站交通洞隧道長度約為1 800 m，消火栓系統(tǒng)用水在上下庫連接公路，設(shè)置1座有效容積為400 m3的混凝土消防水池，消防水管從260 m高程沿上下庫連接路敷設(shè)至絕對高程為155 m高程的開關(guān)站，在開關(guān)站內(nèi)的電纜夾層經(jīng)高壓電纜洞埋管敷設(shè)至-8.3 m高程廠房主變洞，并在交通洞與廠房鎖口處形成消防環(huán)管，再沿交通洞兩側(cè)架設(shè)消防明管至111 m高程交通洞口，交通洞內(nèi)室內(nèi)消火栓流量按20 L/s考慮，火災(zāi)延續(xù)時間取3 h，1次滅火用水量為216 m3，消防水池滿足交通洞室內(nèi)外消火栓給水系統(tǒng)要求，交通洞室內(nèi)消火栓系統(tǒng)示意見圖7、圖8。陽江抽水蓄能電站的交通洞為單洞隧道，室內(nèi)消火栓在隧道雙側(cè)布置，消火栓箱布置在車行方向的右側(cè)，室內(nèi)消火栓設(shè)置間距不大于50 m，栓口動壓按0.25 MPa考慮，交通洞兩側(cè)消防干管，單側(cè)每6個室內(nèi)消火栓，在供水干管上設(shè)置檢修閥門，供水干管分別在洞口相接，形成環(huán)網(wǎng)，并采用栓口減壓的方式，栓口動壓大于0.5 MPa的室內(nèi)消火栓，設(shè)置減壓穩(wěn)壓型消火栓栓頭。但由于高壓電纜洞埋管，落差有156 m，預(yù)埋的消防供水管需采用加厚熱鍍鋅鋼管，管道壓力試驗為1.5倍的工作壓力且不少于1.4 MPa。

圖7 陽江抽水蓄能電站交通洞消火給水系統(tǒng)示意

圖8 陽江抽水蓄能電站交通洞消防管剖面示意

3 結(jié)語

室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)，在初期及時控制火情和后期撲滅火災(zāi)中極為重要，是建筑物消防安全的重要保障。不少水利工程項目，往往沒有市政水源，因此需要設(shè)計人員根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境及征地情況，多方面、綜合各個因素進行考慮，既要符合現(xiàn)行的消防報建驗收要求，又要因地制宜，合理、規(guī)范地考慮抽水蓄能電站消防給水系統(tǒng)。目前陽江抽水蓄能電站消防設(shè)計已通過第三方審查單位的消防設(shè)計施工圖審查，取得了“陽江抽水蓄能電站施工圖設(shè)計文件審查合格書”，并成功在陽江市住建局完成消防報建工作。目前，陽江抽水蓄能電站首臺機組消防工程驗收工作已經(jīng)完成，#1號機在2021年12月10日順利進入15 d考核試運行。