淺析東莊水利樞紐工程地下水電站消防給水設計

張 鷺，門 妮，吳鑫磊

（陜西省水利電力勘測設計研究院,陜西 西安 710001）

0 引言

隨著國民經濟的飛速發展,我國水力發電工程建設進入了高峰期,隨著安全生產的政策要求日益嚴格,科學規范的消防體系建設就顯得尤為重要,而消防供水系統作為保障整個消防系統發揮作用的重中之重,更是確保整個工程安全的重要保障。

由于每個引水發電工程所在地域、總體布置、水源水質等各不相同,因此消防給水系統的設計也各有特點。引水發電系統消防設計是非常復雜的,由于遠離城鎮,且水源充足,其消防系統應立足于自救,充分發揮水消防優勢。只有根據工程的特點,因地制宜、因時制宜,采用有針對性的設計方案,才能保證工程運行穩定,管理方便,技術先進和安全可靠。

以東莊引水發電系統為例,詳細闡述了該工程消防給水系統設計思路及取水方式,總結了地下水電站消防給水特點,供同行參考。

1 項目概況

涇河東莊水利樞紐工程位于陜西省禮泉縣與淳化縣交界的涇河下游峽谷段,工程的開發任務是以防洪減淤為主,兼顧供水、發電和改善生態等綜合利用,水庫總庫容約32.76 億m3,最大壩高230 m,水庫正常蓄水位789 m,死水位756 m,為Ⅰ等大（1）型工程。發電引水洞為1 洞4 機方式,主廠房為地下式,4臺機“一”字型布置,裝機規模110 MW,年發電量28525萬kW·h。

該引水發電工程設有消防供水系統,主要消防供水范圍包含：

1）地下電站廠房：包括主廠房、安裝間、副廠房、主變洞等主要場所等；廠房內布置4 臺水輪發電機組,主變洞內布置2臺主變壓器等,發電機層高程589.4 m。

2）GIS出線平臺：包括GIS樓、控制樓等場所,地坪高程799.0 m。

3）電纜兼交通及通風豎井（以下簡稱：豎井）：包括樓梯間、電梯間等,豎井頂部高程803.50 m,底部高程590.00 m。

2 消防水系統設計

2.1 消防供水系統設計思路及取水方式

該水利樞紐工程遠離城鎮,但水源充足,除無法采用水消防滅火的設備外,其余應優先選用水作為滅火劑,其消防系統應立足于自救并充分發揮水消防優勢。由于工程體系龐大、相關洞室、構筑物多,高差大,結合地理位置特點,應利用山區特有的地理高差優勢,盡可能采用常高壓消防供水系統,設置高位水池向場內提供消防水源。高位水池提供水壓應滿足消防供水管最不利用水點的最小水壓要求。

本工程消防水源采用水庫水,取水點接自水輪發電機進水壓力鋼管,經濾水器處理后由水泵提升至高位消防水池,消防水池容積儲存火災延續時間內一次滅火水量。

2.2 消防供水系統總體布局

本工程地下廠房與豎井合為一個防火分區,GIS出線場平臺為一個防火分區。考慮到工程整體性設計,消防供水系統采用常高壓制,設置兩個獨立消防供水單元,即地下電站廠房為一單元,GIS出線場平臺與豎井為一單元。兩個單元各自獨立設置消防水池、消防管網、消火栓等,僅水池補水水源及其相關管線合用。

圖1 消防給水系統圖

2.3 地下水電站廠房消防供水系統

地下電站廠房消防給水系統采用常高壓制,在廠房至水墊塘640 m交通洞內設1#消防生活合用水池,有效容積500 m3,池底板高程641.40 m,消防用水設計液位644.6 m,消防用水容積444 m3；生活用水設計液位645.4 m,生活用水容積50 m3。消防水池補水接自水輪發電機閥前壓力鋼管取水口,減壓后經交通豎井供至消防水池,水池泄水管間接排水至交通洞排水溝,最終排入排水廊道。

表1 電站廠房各部位所需最大消防用水量表

本電站為地下式廠房,根據《建筑設計防火規范》（GB 50016-2014）（2018年版）和《水利工程設計防火規范》（GB 50987-2014）中的相關規定：地下廠房室外消火栓消防用水量為20 L/s,室內消火栓消防用水量為25 L/s,火災延續時間按2 h。發電機或電動機定子兩端布線圈圓周長度上的噴霧強度不應小于10 L/（min·m）,持續噴霧時間為1 h；油浸式電力變壓器、油開關的設計噴霧強度為20 L/（min·m）,持續噴霧時間為0.4 h。本電站單臺發電機水噴霧一次滅火用水量為72 m3；單臺主變壓器一次滅火用水量為120 m3。

消防水量按消火栓水量及最大設備消防水量之和計,即444 m3。

圖2 變壓器消防供水軸側示意圖

消防水池出水分三路DN200管道重力流供至消防供水管網,地下水電站廠房內消火栓管道系統呈環狀布置,滿足任一著火點在兩個消火栓保護半徑內。水噴霧系統為枝狀,滿足設備消防需求。

2.4 GIS出線平臺消防給水系統

本電站出線場平臺GIS控制樓為地上式建筑,室外消火栓消防用水量為15 L/s,室內消火栓消防用水量為10 L/s,火災延續時間按2 h計,因此出線場平臺GIS控制樓室內外消火栓一次消防總用水量為180 m3。

GIS出線平臺內各建筑物標高及消防水壓要求見表2,各部位所需最大消防用水量見表3。

表2 GIS出線平臺內建筑物消防水壓表

表3 GIS出線平臺內建筑物所需最大消防用水量表

GIS出線平臺采用常高壓制。在開關站附近高地上設2#消防生活合用水池一座,有效容積300 m3,水池底板高程為844.5m。

從消防-生活水池引兩根DN150 消防主干管將水送至廠區,消火栓管道在出線場平臺廠區內成環狀管網布置,室內外消火栓支管均從環管上引出。

2.5 豎井消防給水系統

豎井內布置有電梯、電纜井、通風井、電梯通風井、樓梯,是人員交通的重要通道。其消防給水與GIS出現場平臺共用消防供水系統,豎井電梯共15 個停靠站,每個電梯停靠層設置兩處室內消火栓,保障2支水槍同時到達。局部消火栓栓口動壓超過0.5 MPa的消火栓采用減壓穩壓型消火栓。

3 地下水電站消防給水特點

3.1 充分利用水利工程自身特點,消防水源就地選擇

東莊水電站廠房布置于水庫旁,水源充足,消防水源采用水庫水,即從壓力鋼管取水,接點處水壓約180 m～213 m,消防供水可充分利用自身水壓,疊壓供至800 m出線場平臺消防水池,保障合理性的同時也保障了經濟性,而水庫水位往往遠大于電站廠房室內消火栓供水壓力,可減壓后,按常高壓供水系統設計。

3.2 消防排水應充分利用地下廠房地坪、交通洞排水溝、排水廊道等,與工程其他排水設施緊密結合

地下廠房火災事故時,消防水系統流量較高,地面應采取有效消防排水設施,以免危害廠房內主要機電設備使用安全。東莊地下水電站利用地下廠房內地坪高差,設置排水溝,有效與工程其他排水系統結合,最終接入工程整體排水系統。

3.3 室外消火栓的設置

根據《水利工程設計防火規范》8.3.1解讀,對于地下廠房室外消火栓用水量按地面建筑物的最大消防需水量計,規范并未對此類無地面建筑物的全地下廠房進行詳細注解。但《消防給水及消火栓系統技術規范》3.3.2 中對地下建筑提出了室外消防用水要求。

通過對現行規范的充分解讀與聯系比較,秉持消防從嚴的原則,同時參考國內如地鐵、地下式污水廠等其他地下工程消防給水設計實例,室外消防用水應計入消防水量,并應設置室外消火栓。針對東莊工程特點,室外消火栓設置于消防車能直接抵達的交通洞最近處,減少消防管道敷設工程量的同時滿足消防供水需求。

4 結語

地下水電站的消防設計是十分復雜的課題,地下洞群的布局,防火分區的設置,都與消防給水系統的設計環環相扣,息息相關。參考國內外同規模電站的設計經驗,在“無人值班、少人值守”的工作狀態下,在“立足自救”的原則下,消防給水設計應切合工程實際,找到切實、準確、經濟、安全的供水方案,保障消防系統供水能力的同時,更應保障系統的穩定運行,才能有效預防事故及撲救火災。同時,應做好應急預案及消防系統的管理和維護,加強對操作工人的教育和培訓,確保水電站安全穩定運行。