对火力发电厂消防设计中几个问题的探讨

  提  要：   本文对《火力发电厂与变电所设计防火规范》（GB50229－96）中的某些条文谈了自己的看法，并对火电厂某些部位所采用的灭火系统及消防措施进行了探讨。供有关人员商榷讨论。 

  关键词：  火力发电厂  消防设计   问题   探讨 

１.  概述 

近十几年来，随着消防技术的迅猛发展，因火力发电厂单机容量越来越大带来的对消防系统的要求越来越高，我国的火电厂消防已从单一的消火栓系统发展至如今多型式的灭火系统，并与火灾自动报警系统相结合而构成完整的消防体系，消防设计标准也随之在不断的补充和完善之中。 

1997年以前，火电厂消防设计一直无专用规范，执行的是消防的基本规范《建筑设计防火规范》。该规范为通用性标准，对火电厂针对性不强。而火电厂以可燃物（煤、油、天然气等）为燃料发电，存在Ａ、Ｂ、Ｃ及带电类火灾危险性，其工艺系统、布局及火灾特点等方面有别于其它行业，与民用建筑相比更有较大的不同。在应用过程中，由于对规范的理解不同，设计标准的掌握存在差异，因此各地火电厂消防系统的设置情况不尽相同，因各种原因在某些方面也难以完全达到建规的要求，从而在通过以建规为依据的消防部门的审核时常常发生争执。为解决矛盾，亦为了火电厂消防设计规范化、标准化，按国家计委的要求，原电力工业部会同有关部门制订了《火力发电厂与变电所设计防火规范》（GB50229－96），建设部将其批准为强制性国家标准。该规范的编制从开始到发布，历时六年，其重点在于与消防部门在一些设计原则及标准上的协调，而在其内容构成上主要参照了美国NFPA850规范。规范从防火措施及消防设施的设置标准上作了具体规定，填补了一项空白。但由于其产生的历时太长，也受侧重点的影响，加之对适用于电厂的灭火系统型式积累经验较少，因此显得该规范的原则性太强，强操作性较差，一些条文也有可商榷之处，有待于进一步完善，在此就规范中火电厂消防设计的几个问题谈谈自己的想法。 

2. 火电厂消防设计简介 

火电厂消防设计包括防火措施和消防设施设计二部分。防火措施主要是在进行各工艺系统、建筑、结构及总布置设计时应考虑的因素，而消防设施按消防部门的分类分为消防设备和消防电气，为专项工程设计内容。 

依据《火力发电厂与变电所设计防火规范》（GB50229-96），火电厂消防设计内容组成如下： 

2.1 建（构）筑物的火灾危险性分类及其耐火等级； 

2.2 厂区总平面布置； 

2.3 建（构）筑物的安全疏散和建筑构造； 

2.4 发电厂工艺系统； 

a. 运煤系统； 

b. 锅炉煤粉系统； 

c. 点火及助燃油系统； 

d. 汽轮发电机； 

e. 辅助设备（电气除尘器、柴油发电机系统）； 

f. 变压器及其它带油电气设备； 

g. 电缆及电缆敷设； 

h. 火灾探测报警与灭火系统。 

2.5 发电厂消防给水和灭火装置 

a. 一般规定； 

b. 厂区室外消防给水； 

c. 室内消防给水； 

d. 室内消防给水管道、消火栓和消防水箱； 

e. 固定灭火装置； 

f. 消防水泵房； 

g. 消防车； 

h. 消防排水。 

2.6 发电厂采暖、通风和空气调节 

2.7 发电厂消防供电及照明 

3.  几个问题的探讨 

3.1 消防给水 

3.1.1 关于系统分类 

《火力发电厂与变电所设计防火规范》（简称火规，以下同）第6.1.2条规定：“125MW机组及以上的发电厂消防给水应采用的给水系统，并严禁与其他用水系统相连。”我感到这样规定太绝对化。火电厂（特别是燃煤电厂）建构筑物种类繁多、占地范围较大，其重要性各不相同，给水系统构成也有较大差异。我们认为对重要的生产建构筑物（如主厂房及变压器区域、主控楼、输煤建构筑物、油罐区等），其火灾影响大、安全要求高，所需消防水量、水压亦大，为保证可靠性应采用的消防给水系统。而对于大量的辅助及附属建构筑物则不必对此作硬行规定，这些建筑物通常不高（小于24米）、火灾危险性也不大，其消防给水既可由一套系统供给，也可由生活消防合并给水系统供给，可视电厂给水系统的具体构成情况，经技术经济较后确定较为合适。 

3.1.2 关于分区供水 

火规第6.4.2.2条规定：“室内消火栓栓口处的静水压力不应超过800KPa。当超过800Kpa时，应采用分区给水系统。”建规第8章也有相似规定，这主要是从防止水锤及给水设备的损坏等方面考虑而定的。 

对于正逐渐成为我国电网中主力发电机组的300MW及以上大容量机组，其最大消防净水压力经计算均超过800KPa，但超过值又不太大，约在900KPa左右。若严格执行规范规定，则势必为此分设高低压二套消防给水系统，或在采用的一套系统中增加为数众多的特殊减压阀，这即增加了投资，同时也给复杂的电厂设施布置增加了很大的困难。我认为对于消防给水系统，通常所选设备承压能力较高，目前也有专门的、成熟的防水锤设施产品可供选择使用，只要系统设计得当，是能避免高静压所产生的问题的。静压超过800Kpa未分区的作法在现有的引进电厂工程中有较多的实例，在我国自行设计的电厂中也有部分按此执行，未出现不良反应。美国NFPA14规范中对于室内消火栓栓口处的静压要求压力值与我国相比也存在较大差异，对于我国最为通用的DN65(≈21/2in)消火栓，其栓口最大静压可达1210KPa。由此建议将火电厂分区供水的限定值予以适当提高，可由800KPa提高至 900-1000KPa。 

3.1.3 关于消防水箱 

火规第6.4.3条规定：“高压消防给水系统应设置消防水箱。”建规第8章也规定除设置能保证最不利点消火栓和自动喷水灭火设备等的水量水压要求的常高压给水系统外，应设置消防水箱。重力自流消防水箱以其简便、安全可靠的优势在工程中得以广泛应用，但曾经一段时间，因水箱不能满足电厂初期消防水压的要求而被其它设施所取代（如气压给水装置等），有时又由于气压给水装置等设施通常不能满足规范规定的初期消防水量的要求而难以得到消防部门的认可。 

建规中将消防给水系统分为高压、临时高压及低压系统。对于火电厂而言，一般未采用低压给水系统，通常是将消防水管网内压力平时由水箱、气压罐、稳压泵或水塔维持在消防所需的压力范围内，使系统处于高压状态。因此我们认为此系统型式达不到高压系统的要求，但又有别于临时高压系统（临时高压系统平时管网内压力不高，接到火警时开启消防泵使管网内压力达到所需的压力值），有人比较切贴地称之为稳高压系统。由于火电厂中设置符合水压要求的重力式水箱非常困难，若设置后再加增压设施以满足水压要求的话，则在布置及运行管理上都有较大难度，因此在电厂消防给水设计中，对于火规中125MW容量及以上机组电厂所推崇的消防系统，通常采用气压罐带一稳压泵或由二台稳压泵专用于维持管网内压力；而125MW容量以下机组电厂所采用的合并系统常由生活水泵及气压罐维持管网内压力。这种系统虽已有不少引进工程及国内工程应用实例，但是凡是未采用消防水箱的消防系统均无法满足初期10分钟消防贮水量的要求，有违规痕迹。如何解决此矛盾呢？我们认为由于火电厂消防供电安全可靠性高，管网设置标准高：设有室内外多个环，每个环网的输水管均不少于二根；而泵的启动也非常迅速，不会超过20秒，因此可以适当对规范有关条文进行调整，使其更符合电厂的实际情况，即对于消防给水系统可允许不设消防水箱的稳高压系统的存在，是否设消防水箱视工程具体情况综合确定，而对于合并系统因生活水系统常需设置水箱，以设合用水箱为宜。 

3.2 固定灭火系统 

火规规定，单机容量300MW机组及以上容量的火电厂主要建构筑物和设备应设固定灭火系统，其设置部位有： 

采用卤代烷灭火系统：集控楼（单元控制楼）、电气控制楼的控制室、电子设备间、计算机房和继电器室； 

采用固定水箱消防系统：汽机润滑油系统、氢密封油装置、锅炉给水泵油箱、磨煤机润滑油箱、锅炉燃烧器区域、运煤系统、控制楼电缆夹层、变压器、柴油发电机室。 

采用泡沫灭火系统：油罐区。 

规范所要求采用的卤代烷灭火系统因众所周知的原因已不合时宜，在此不再赘述。下面就本部分其它的几个问题谈谈体会： 

3.2.1 集控室（单元控制室）的气体灭火系统 

对于集控室（单元控制室）的气体灭火系统，火规规定采用固定式卤代烷，而其控制方式为自动灭火或人工确认后手动灭火。通常卤代烷为全淹没系统，故在实际应用中多以控制室作为一防护区施以气体灭火。现在在卤代烷灭火系统基本上不被采用之后，二氧化碳（CO2）、FM-200、烟烙尽等灭火介质作为其替代品在工程中均有应用，其中因CO2系统相对较为便宜应用较多，不少电厂采用的仍然是全淹没系统。但集控室（单元控制室）是全厂生产运行指挥中枢，要求不间断值守，只要不是控制室自身火灾原因将导致机毁人亡的危险发生，运行人员都必须坚守岗位，不得撤离，因此对于集控室（单元控制室）采用需人员全部撤离的全淹没灭火系统，自动灭火是不太合理的，而应采用局部应用实施时所采用的方式一般有二种：一种方式是将喷头布置在其内，实际是一较小的全淹没系统；另一方式是将盘柜区与运行人员操作区隔离开来，形成二个封闭空间，只需对盘柜区封闭空间实施全淹没灭火。相应的，火灾探测器置于室内顶部也不太合格，应将其布置在盘柜内，以便尽早发现火情，在我院所承担工程高空中已采用盘柜内设火灾探测器及喷头的固定消防系统。采用以上局部应用系统后一方面使灭火系统操作准确合理、影响小、易于控制，另一方面也减小了灭火系统规模及耗药量，经济性较好。当然，对于集控室（单元控制室）这种重要场所，最合理的方式是在高空及运行过程中通过多种途径尽可能提高火灾探测报警的灵敏度，尽可能早期报警，以便运行人员及早发现火情，用移动式灭火器施以灭火，尽量不动用固定式气体灭火系统。 

3.2.2 集控室（单元控制室）下电缆夹层灭火系统 

关于集控室（单元控制室）下电缆夹层灭火系统，火规中规定采用自动喷水，我们认为可增加气体灭火系统型式，以便根据实际情况选择应用。对于该防护区，气体与水消防灭火系统各有利弊：气体灭火系统初期投资较大、贮存设施占地相对较大，但对电缆无损害，火灾后只需对烧坏部分作局部更换即可使用；而水消防系统简便且投资少，但因该电缆夹层下通常是配电装置室或是其它电气设备间而对防水有特殊要求，因此在作水消防系统高空的同时需对楼面作防水处理并作好排水设计。另外火灾扑灭后，电缆的受损部位因其绝缘性能降低而需拆换整根电缆，加大了费用。当集控楼（单元控制楼）内的控制室、电子设备间、计算机房和继电器室等均采用气体灭火系统，并采用组织分配应用方式后，因气体用量是以最大封闭空间这个保护分区的计算值作为整个分区的设计用量，电缆夹层又能通过一定的工程措施隔成几个保护分区，并使每个保护分区的休积不足以超过其它保护区域体积时，电厂气体灭火系统的初期投资及贮存设施并不会因电缆夹层采用气体灭火系统型式而增加太多的费用。 

目前，300MW及以上容量机组的电缆均为阻燃电缆，而火灾通常由电缆接头处引起，其燃烧也非常缓慢。对于电缆夹层究竟采用何种灭火系统有待有关专业人士作深入研究。 

3.2.3 运煤系统中运煤栈桥、煤仓间的灭火系统 

关于运煤系统中运煤栈桥、煤仓间的灭火系统，火规中规定采用自动喷水、水幕及消火栓，我们认为可增加水喷雾灭火系统型式，以便根据实际情况选择应用。在电厂设计中，运煤系统的栈桥因高度较高（总高可达40米）极易形成烟囱效应，桥内空间封闭使火灾时因烟雾弥漫、火焰辐射消防人员不易靠近，再加上运行时栈桥无人值守，客观上使消火栓系统发挥的作用有限，但在栈桥两端、煤仓间入口设置水幕灭火系统以阻断火灾的蔓延，在运煤栈桥、煤仓间采用固定水消防系统是非常必要的。固定水消防系统在扑灭运煤栈桥、煤仓间火灾时常有二种类型可供选用，即火规中规定的自动喷水灭火系统（水喷淋系统）和水喷雾灭火。二者各有利弊：水喷淋系统相对用水量较小，水压要求较低，系统布置上较简单容易（特别是采用闭式自动喷水灭火系统时），报警控制阀较少，造价较便宜，但是在扑灭火灾蔓延速度较快的栈桥火灾时，因其灭火速度及效果很大程度上取决于喷头的灵敏度，而喷头由于运煤系统大量煤灰扬尘的影响是否能保持较好的灵敏度是令人担忧的；水喷雾系统相对用水量较大，水压要求较高，因受水量的设置时需分区，使报警控制阀较多，系统管路布置上难度较大，造价较贵，但其对恶劣工作环境适应能力强，灭火迅速可靠。水喷淋系统及水喷雾系统在实际工程中均有应用实例，前者较多，我认为若燃烧煤质为高挥发性的褐煤（挥发物38－60％，挥发物析出温度130－1700C）时，因火灾危险性大，宜采用水喷雾灭火系统。