簡(jiǎn)介: 在棉花灘水電站中央控制樓的設(shè)計(jì)中,首次采用了FM-200氣體滅火系統(tǒng),通過(guò)工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐,全面地研究了FM-200氣體滅火系統(tǒng)的系統(tǒng)選擇、滅火劑用量計(jì)算、鋼瓶選擇、管路直徑確定、系統(tǒng)組件、泄壓口計(jì)算和布置、水力計(jì)算、噴頭選擇及系統(tǒng)控制等有關(guān)技術(shù)問(wèn)題。
關(guān)鍵字:滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì) 氣體滅火 FM-200 棉花灘水電站

棉花灘水電站運(yùn)行控制方式為“無(wú)人值班”(少人值守),電站中央控制樓內(nèi)的主要控制設(shè)備均為先進(jìn)的高科技的電子產(chǎn)品及高檔電子計(jì)算機(jī),因此其滅火系統(tǒng)不宜采用水、泡沫、干粉等滅火介質(zhì),而以采用氣體滅火介質(zhì)為妥。該氣體滅火系統(tǒng)主要用在中央控制樓內(nèi)的技術(shù)檔案室、電纜夾層、電源室、工程師工作站、計(jì)算機(jī)室、中央控制室、繼電保護(hù)室、通訊電源室、無(wú)線尋呼設(shè)備室、交換機(jī)室、載波機(jī)室和系統(tǒng)交換機(jī)室11個(gè)保護(hù)區(qū)。

1 氣體滅火介質(zhì)的選擇

  棉花灘水電站滅火系統(tǒng),在初步設(shè)計(jì)時(shí)曾選用化學(xué)滅火介質(zhì)HALON 1301 (CBrF3)(即鹵代烷1301),其滅火性能好、毒性低,已在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用,但由于該滅火劑屬于破壞臭氧層較劇的氟氯碳化物(CFC)家族之一,根據(jù)國(guó)際會(huì)議決定自1994年1月1日起HALON滅火劑已全面禁產(chǎn),2005年后全面禁用,因此棉花灘水電站氣體滅火系統(tǒng)的滅火劑選用了相應(yīng)的替代產(chǎn)品。目前相應(yīng)的替代產(chǎn)品有:大湖公司的FM-200,3M公司的CEA-410,ANSUL公司的INERGEN,杜邦公司的FE-13,NAF公司的NAFS-Ⅲ等。經(jīng)認(rèn)真研究比選,最終選用了FM-200作為氣體滅火介質(zhì)。

  FM-200滅火介質(zhì),在美國(guó)作為新型滅火劑被UL認(rèn)可、FMRC檢測(cè)通過(guò)、符合NFPA標(biāo)準(zhǔn),還被SNAP批準(zhǔn)容許使用于有人值守的區(qū)域。也通過(guò)了中國(guó)國(guó)家固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心的檢測(cè),目前已獲準(zhǔn)使用。

  FM-200在中國(guó)稱為七氟丙烷(HFC-227ea)潔凈氣體,目前通過(guò)技術(shù)引進(jìn)已在一些消防設(shè)備廠家生產(chǎn),價(jià)格約為國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的30%~50%。經(jīng)比選,棉花灘電站選用了廣東番禺勝捷消防器材設(shè)備有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。

2 氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

  棉花灘水電站氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是:①《GB50163—92鹵代烷1301滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》;②《七氟丙烷(HFC-227ea)潔凈氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》,由于我國(guó)至今尚未出臺(tái)FM-200滅火介質(zhì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),因此在現(xiàn)階段暫時(shí)按以上兩規(guī)范作為參考進(jìn)行設(shè)計(jì)。

  2.2 系統(tǒng)選擇

  該水電站的中央控制樓有11個(gè)防護(hù)區(qū)需要采用氣體滅火設(shè)備,若采用獨(dú)立系統(tǒng),則不僅消防設(shè)備的用量大及所占用空間的增加,而且增大了系統(tǒng)的投資,勢(shì)必造成重復(fù)設(shè)置和浪費(fèi)。因此,電站氣體滅火系統(tǒng)根據(jù)規(guī)范采用全充滿式組合分配系統(tǒng),即按最大1個(gè)防護(hù)區(qū)的所需滅火介質(zhì)的用量來(lái)進(jìn)行設(shè)備配置,用選擇分配閥通過(guò)管路將滅火介質(zhì)輸送到各相應(yīng)的保護(hù)區(qū)。由于電站的防護(hù)區(qū)有11個(gè),雖不考慮2個(gè)以上防護(hù)區(qū)同時(shí)發(fā)生火災(zāi),但根據(jù)上述規(guī)范,當(dāng)防護(hù)區(qū)大于8個(gè)時(shí),滅火介質(zhì)應(yīng)設(shè)置與設(shè)計(jì)用量相等的備用量。該電站就是按此原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

  2.3 各防護(hù)區(qū)滅火介質(zhì)用量確定

  要確定防護(hù)區(qū)的滅火介質(zhì)用量,首先要根據(jù)防護(hù)區(qū)所保護(hù)的對(duì)象選用合適的滅火濃度。為此,先根據(jù)規(guī)范②選取滅火濃度,再按下式計(jì)算出設(shè)計(jì)藥劑量。

  式中,w為設(shè)計(jì)藥劑用量,kg;v為防護(hù)區(qū)凈容積,m3;s為蒸氣比容,m3/kg,s=0.126 9+0.000 513 t;c為藥劑設(shè)計(jì)濃度,%;k為氣壓修正系數(shù);t為防護(hù)區(qū)溫度,℃。取設(shè)計(jì)溫度t=20℃, 則s=0.126 9+0.000 513×20=0.137 16 m3/kg。

  2.4 儲(chǔ)氣鋼瓶選擇

  對(duì)于獨(dú)立系統(tǒng),設(shè)備選擇比較簡(jiǎn)單,只要根據(jù)防護(hù)區(qū)的介質(zhì)用量選擇相當(dāng)儲(chǔ)氣量的鋼瓶就可以了。如:計(jì)算出的防護(hù)區(qū)滅火介質(zhì)用量為76.45 kg,再考慮管道剩余量,即可選擇儲(chǔ)氣量為80 kg的鋼瓶1只。由于本系統(tǒng)為組合分配系統(tǒng),系統(tǒng)中鋼瓶的規(guī)格參數(shù)必須相同,且一只鋼瓶啟動(dòng)后,必須將其內(nèi)的滅火介質(zhì)全部噴出,因此儲(chǔ)氣鋼瓶的選擇,不僅要考慮到技術(shù)上的合理,還要考慮到節(jié)省投資。 

  由于組合分配系統(tǒng)的這種特殊性,決定了各防護(hù)區(qū)的實(shí)際滅火濃度與設(shè)計(jì)濃度不可能相等,但儲(chǔ)氣鋼瓶的選擇應(yīng)使實(shí)際濃度與設(shè)計(jì)濃度的差值盡可能地小。棉花灘水電站最大一個(gè)防護(hù)區(qū)的滅火介質(zhì)用量計(jì)算值為542.5 kg,考慮到管道剩余量等,按580 kg選用儲(chǔ)氣鋼瓶,可選用充裝量為115 kg的鋼瓶5只,或充裝量為60 kg的鋼瓶10只。各防護(hù)區(qū)滅火介質(zhì)設(shè)計(jì)用量與實(shí)際用量的比較見(jiàn)表1。

  從表1可知,不論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)上,選用5只(115 kg)鋼瓶要比選用10只(60 kg)鋼瓶方案合理得多,因本系統(tǒng)選用充裝量為115 kg的鋼瓶5只。

  2.5 滅火總管直徑確定

  要確定管路直徑,首先要確定通往各防護(hù)區(qū)的管道流量,要確定管道流量就要知道各防護(hù)區(qū)滅火介質(zhì)的噴射時(shí)間。噴射時(shí)間可根據(jù)規(guī)范②中的規(guī)定進(jìn)行選取,再根據(jù)噴射時(shí)間計(jì)算出管路流量,然后根據(jù)管路流量在規(guī)范②中的水力計(jì)算圖中查出相應(yīng)的管徑。本系統(tǒng)的管路初步選用結(jié)果見(jiàn)表2。

  2.6 泄壓口面積計(jì)算

  由于需要在10 s內(nèi)將大量的氣體釋放到房間內(nèi),房間內(nèi)的空氣不能及時(shí)排出,這就使房間內(nèi)的壓力突然增大,如房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不足,就會(huì)造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)(通常是最薄弱的窗戶等)的破壞,這時(shí)滅火介質(zhì)也會(huì)迅速逸出圍護(hù)結(jié)構(gòu),嚴(yán)重影響滅火效果,因此在房間內(nèi)設(shè)置泄壓口是必要的。但當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)不是全密封時(shí),如圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)有彈簧門(mén)等(當(dāng)壓力大到一定程度時(shí)門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)),這種情況可以例外。泄壓口面積的計(jì)算公式如下: 

  式中,F(xiàn)x為泄壓口面積,m2;Q為滅火介質(zhì)噴射流量,kg/s;Pf為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耐壓強(qiáng)度,Pa,棉花灘水電站房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耐壓強(qiáng)度為2 000 Pa,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

  由于FM-200介質(zhì)的密度比空氣大,在滅火時(shí)滅火介質(zhì)將空氣向上壓,因此泄壓口應(yīng)布置在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的2/3高度以上。泄壓口應(yīng)裝有泄壓閥,在系統(tǒng)啟動(dòng)噴射時(shí)打開(kāi),噴射完畢后關(guān)閉。棉花灘電站氣體滅火系統(tǒng)的每個(gè)防護(hù)區(qū)均設(shè)有泄壓閥,泄壓閥為電動(dòng)閥,由火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)控制。

  2.7 管路布置和水力計(jì)算

  (1)管路布置。一般對(duì)于全充滿式組合分配氣體的滅火系統(tǒng)來(lái)說(shuō),應(yīng)將除噴頭和輸送管路之外的所有組件布置在1個(gè)固定的房間內(nèi),通過(guò)管路輸送到各個(gè)防護(hù)區(qū),儲(chǔ)氣鋼瓶距末端(一般指噴頭)的距離越近越好,彎頭越少越好,不可采用四通,兩個(gè)三通(或三通與彎頭)之間的距離應(yīng)滿足規(guī)程規(guī)定的要求,這樣可以減少壓力損失。棉花灘水電站的氣體滅火設(shè)備布置在一樓的專(zhuān)用房間內(nèi),通過(guò)管道豎井將滅火介質(zhì)輸送到3到6樓的11個(gè)防護(hù)區(qū)內(nèi)。

  (2)水力計(jì)算。FM-200氣體滅火系統(tǒng)的壓力等級(jí)有兩種,一種是2.5 MPa,另一種是4.3 MPa,用戶可根據(jù)自己的要求選取(一般根據(jù)廠家推薦或經(jīng)水力計(jì)算確定),棉花灘水電站采用4.3 MPa。由于FM-200氣體為儲(chǔ)存在鋼瓶?jī)?nèi)的液態(tài),釋放后管路中的流態(tài)為氣液二相流,用普通的方法很難準(zhǔn)確計(jì)算,通常采用消防設(shè)備廠家的專(zhuān)用計(jì)算程序計(jì)算。計(jì)算的目的是要算出管路系統(tǒng)的壓力損失,以確定噴頭前的壓力值。根據(jù)管路布置確定管道內(nèi)剩余滅火介質(zhì)量,如果實(shí)際滅火介質(zhì)量減去管道剩余量后,其數(shù)值小于設(shè)計(jì)滅火介質(zhì)量,可能要重新調(diào)整儲(chǔ)氣鋼瓶的充裝量。棉花灘水電站的氣體滅火系統(tǒng)的水力計(jì)算由廠家利用專(zhuān)用程序計(jì)算確定。

  2.8 噴頭選擇和布置

  在水力計(jì)算完成后就可進(jìn)行噴頭的選擇,噴頭的種類(lèi)有180°和360°兩種,當(dāng)噴頭靠墻布置時(shí),選用180°噴頭,布置距墻較遠(yuǎn)時(shí)選用360°噴頭。噴頭形式選好后,就可根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滅火流量選取合適的噴頭數(shù)量?捎煞块g內(nèi)的總流量和所選用的單個(gè)噴頭的流量來(lái)確定噴頭數(shù)量,噴頭的數(shù)量最好選為偶數(shù),以便對(duì)稱布置。氣體滅火管路一般布置在房間吊頂內(nèi),如果房間吊頂較高(根據(jù)規(guī)程中的規(guī)定),其吊頂內(nèi)也必須裝設(shè)噴頭,噴頭的數(shù)量根據(jù)吊頂內(nèi)所需要的滅火介質(zhì)量確定。棉花灘水電站氣體滅火系統(tǒng)在吊頂內(nèi)和吊頂下均裝設(shè)了噴頭。

  2.9 系統(tǒng)組件

  電站氣體滅火系統(tǒng)主要由滅火劑鋼瓶組(包括瓶頭閥組)、啟動(dòng)鋼瓶組(一般為氮?dú)?、控制柜 、液體單向閥、連接高壓軟管、噴嘴、安全閥、集流管、壓力信號(hào)器、選擇分配閥、主備用氣控閥 、氣體單向閥、輸送管路及必要的附件所組成,啟動(dòng)采用氣動(dòng)。若采用電磁啟動(dòng),則可省去啟動(dòng)鋼瓶組和氣體單向閥及控制管路等,但瓶頭閥組中的氣動(dòng)頭需改為電動(dòng)頭。如果是獨(dú)立系統(tǒng),則選擇分配閥也可省去。

  2.10 系統(tǒng)控制

  棉花灘水電站的氣體滅火系統(tǒng)有3種控制方式,即:自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和機(jī)械應(yīng)急啟動(dòng)。

  (1)自動(dòng)控制。其控制順序?yàn)椋?/p>

 、 當(dāng)感煙探測(cè)器動(dòng)作后,將火災(zāi)信號(hào)發(fā)至消防控制中心,由消防控制中心進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警并顯示相應(yīng)探測(cè)區(qū);

 、 當(dāng)同一區(qū)域的感溫探測(cè)器動(dòng)作后,將火災(zāi)信號(hào)發(fā)至消防控制中心,由消防控制中心發(fā)出聯(lián)動(dòng)信號(hào),關(guān)閉有關(guān)的送排風(fēng)機(jī)和防火閥等;

 、 啟動(dòng)儲(chǔ)氣鋼瓶釋放氣體滅火,打開(kāi)泄壓閥并反饋所有信號(hào),釋放完畢后關(guān)閉泄壓閥。

  (2)手動(dòng)控制。其控制順序?yàn)椋?/p>

 、 當(dāng)感煙探測(cè)器動(dòng)作后,將火災(zāi)信號(hào)發(fā)至消防控制中心,由消防控制中心進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警并顯示相應(yīng)探測(cè)區(qū);

 、 經(jīng)值班人員確認(rèn)后,在消防控制中心發(fā)出啟動(dòng)鋼瓶指令,同時(shí)發(fā)出聯(lián)動(dòng)信號(hào)關(guān)閉有關(guān)的送排風(fēng)機(jī)和防火閥等;

 、 啟動(dòng)儲(chǔ)氣鋼瓶釋放氣體滅火,打開(kāi)泄壓閥并反饋所有信號(hào),釋放完畢后關(guān)閉泄壓閥。

  (3)機(jī)械應(yīng)急啟動(dòng)方式。其控制順序?yàn)椋?

 、 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),由于事故等原因采用上述兩種方法均無(wú)法啟動(dòng)時(shí),可手動(dòng)開(kāi)啟該層警笛并反饋所有信號(hào);

 、 手動(dòng)關(guān)閉有關(guān)的送排風(fēng)機(jī)和防火閥等 ;

 、 用手動(dòng)直接啟動(dòng)儲(chǔ)氣鋼瓶釋放氣體滅火,打開(kāi)泄壓閥并反饋所有信號(hào),釋放完畢后關(guān)閉泄壓閥 。

  一般來(lái)說(shuō),氣體滅火系統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)器和控制系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立設(shè)置,這樣不會(huì)與其他系統(tǒng)發(fā)生相互干擾,以保證該系統(tǒng)的準(zhǔn)確動(dòng)作。由于棉花灘電站設(shè)有一套完備的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),為使設(shè)備充分利用而避免重復(fù)設(shè)置,經(jīng)各設(shè)備供貨商同意,采用火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)氣體滅火系統(tǒng)進(jìn)行控制,以節(jié)省投資。

3 結(jié)語(yǔ)

  棉花灘水電站將FM-200氣體滅火系統(tǒng)首次應(yīng)用于水電廠中,通過(guò)工程實(shí)踐,今后必將在我國(guó)水電工程中得到廣泛應(yīng)用。FM-200滅火介質(zhì)約在1995年引入我國(guó),那時(shí)僅有美國(guó)大湖公司獨(dú)家生產(chǎn),系統(tǒng)造價(jià)也相當(dāng)昂貴,但隨著HALON滅火劑的全面禁用,F(xiàn)M-200又是HALON滅火劑最好的替代品,在我國(guó)的一些消防設(shè)備廠家中引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù),目前已具備了生產(chǎn)能力,其價(jià)格與國(guó)外相比也便宜了很多。目前,我國(guó)尚無(wú)FM-200氣體滅火系統(tǒng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),估計(jì)在不久以后將會(huì)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正式出臺(tái),屆時(shí)將會(huì)促進(jìn)該系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。