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棉花灘水電站FM-200氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計

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

棉花灘水電站運行控制方式為“無人值班”(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)品及高檔電子計算機,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、計算機室、中央控制室、繼電保護(hù)室、通訊電源室、無線尋呼設(shè)備室、交換機室、載波機室和系統(tǒng)交換機室11個保護(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)計時曾選用化學(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)國際會議決定自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),在美國作為新型滅火劑被UL認(rèn)可、FMRC檢測通過、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。也通過了中國國家固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢測中心的檢測,目前已獲準(zhǔn)使用。?

  FM-200在中國稱為七氟丙烷(HFC-227ea)潔凈氣體,目前通過技術(shù)引進(jìn)已在一些消防設(shè)備廠家生產(chǎn),價格約為國外同類產(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?

  2.1 設(shè)計依據(jù)?

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

  2.2 系統(tǒng)選擇?

  該水電站的中央控制樓有11個防護(hù)區(qū)需要采用氣體滅火設(shè)備,若采用獨立系統(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,勢必造成重復(fù)設(shè)置和浪費。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個防護(hù)區(qū)的所需滅火介質(zhì)的用量來進(jìn)行設(shè)備配置,用選擇分配閥通過管路將滅火介質(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,雖不考慮2個以上防護(hù)區(qū)同時發(fā)生火災(zāi),但根據(jù)上述規(guī)范,當(dāng)防護(hù)區(qū)大于8個時,滅火介質(zhì)應(yīng)設(shè)置與設(shè)計用量相等的備用量。該電站就是按此原則進(jìn)行設(shè)計的。?

  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,再按下式計算出設(shè)計藥劑量。?

  式中,w為設(shè)計藥劑用量,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)計濃度,%;k為氣壓修正系數(shù);t為防護(hù)區(qū)溫度,℃。取設(shè)計溫度t=20℃, 則s=0.126 9+0.000 513×20=0.137 16 m3/kg。?

  2.4 儲氣鋼瓶選擇?

  對于獨立系統(tǒng),設(shè)備選擇比較簡單,只要根據(jù)防護(hù)區(qū)的介質(zhì)用量選擇相當(dāng)儲氣量的鋼瓶就可以了。如:計算出的防護(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,且一只鋼瓶啟動后,必須將其內(nèi)的滅火介質(zhì)全部噴出,因此儲氣鋼瓶的選擇,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)的實際滅火濃度與設(shè)計濃度不可能相等,但儲氣鋼瓶的選擇應(yīng)使實際濃度與設(shè)計濃度的差值盡可能地小。棉花灘水電站最大一個防護(hù)區(qū)的滅火介質(zhì)用量計算值為542.5 kg,考慮到管道剩余量等,按580 kg選用儲氣鋼瓶,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)計用量與實際用量的比較見表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)的噴射時間。噴射時間可根據(jù)規(guī)范②中的規(guī)定進(jìn)行選取,再根據(jù)噴射時間計算出管路流量,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)果見表2。?

  2.6 泄壓口面積計算?

  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)的強度不足,就會造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)(通常是最薄弱的窗戶等)的破壞,這時滅火介質(zhì)也會迅速逸出圍護(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,如圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)有彈簧門等(當(dāng)壓力大到一定程度時門會自動打開),這種情況可以例外。泄壓口面積的計算公式如下: 

  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)的耐壓強度,Pa,棉花灘水電站房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耐壓強度為2 000 Pa,計算結(jié)果見表3。

  由于FM-200介質(zhì)的密度比空氣大,在滅火時滅火介質(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)啟動噴射時打開,噴射完畢后關(guān)閉。棉花灘電站氣體滅火系統(tǒng)的每個防護(hù)區(qū)均設(shè)有泄壓閥,泄壓閥為電動閥,由火災(zāi)報警系統(tǒng)控制。?

  2.7 管路布置和水力計算?

  (1)管路布置。一般對于全充滿式組合分配氣體的滅火系統(tǒng)來說,應(yīng)將除噴頭和輸送管路之外的所有組件布置在1個固定的房間內(nèi),通過管路輸送到各個防護(hù)區(qū),儲氣鋼瓶距末端(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)備布置在一樓的專用房間內(nèi),通過管道豎井將滅火介質(zhì)輸送到3到6樓的11個防護(hù)區(qū)內(nèi)。?

  (2)水力計算。FM-200氣體滅火系統(tǒng)的壓力等級有兩種,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)水力計算確定),棉花灘水電站采用4.3 MPa。由于FM-200氣體為儲存在鋼瓶內(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)確計算,通常采用消防設(shè)備廠家的專用計算程序計算。計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,如果實際滅火介質(zhì)量減去管道剩余量后,其數(shù)值小于設(shè)計滅火介質(zhì)量,可能要重新調(diào)整儲氣鋼瓶的充裝量。棉花灘水電站的氣體滅火系統(tǒng)的水力計算由廠家利用專用程序計算確定。?

  2.8 噴頭選擇和布置?

  在水力計算完成后就可進(jìn)行噴頭的選擇,噴頭的種類有180°和360°兩種,當(dāng)噴頭靠墻布置時,選用180°噴頭,布置距墻較遠(yuǎn)時選用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噴頭的流量來確定噴頭數(shù)量,噴頭的數(shù)量最好選為偶數(shù),以便對稱布置。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)、啟動鋼瓶組(一般為氮氣)、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,啟動采用氣動。若采用電磁啟動,則可省去啟動鋼瓶組和氣體單向閥及控制管路等,但瓶頭閥組中的氣動頭需改為電動頭。如果是獨立系統(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:自動控制、手動控制和機械應(yīng)急啟動。

  (1)自動控制。其控制順序為:

  ① 當(dāng)感煙探測器動作后,將火災(zāi)信號發(fā)至消防控制中心,由消防控制中心進(jìn)行火災(zāi)報警并顯示相應(yīng)探測區(qū);

 ?、?當(dāng)同一區(qū)域的感溫探測器動作后,將火災(zāi)信號發(fā)至消防控制中心,由消防控制中心發(fā)出聯(lián)動信號,關(guān)閉有關(guān)的送排風(fēng)機和防火閥等;

  ③ 啟動儲氣鋼瓶釋放氣體滅火,打開泄壓閥并反饋所有信號,釋放完畢后關(guān)閉泄壓閥。?

  (2)手動控制。其控制順序為:

  ① 當(dāng)感煙探測器動作后,將火災(zāi)信號發(fā)至消防控制中心,由消防控制中心進(jìn)行火災(zāi)報警并顯示相應(yīng)探測區(qū);

 ?、?經(jīng)值班人員確認(rèn)后,在消防控制中心發(fā)出啟動鋼瓶指令,同時發(fā)出聯(lián)動信號關(guān)閉有關(guān)的送排風(fēng)機和防火閥等;

 ?、?啟動儲氣鋼瓶釋放氣體滅火,打開泄壓閥并反饋所有信號,釋放完畢后關(guān)閉泄壓閥。?

  (3)機械應(yīng)急啟動方式。其控制順序為:

  ① 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時,由于事故等原因采用上述兩種方法均無法啟動時,可手動開啟該層警笛并反饋所有信號;

 ?、?手動關(guān)閉有關(guān)的送排風(fēng)機和防火閥等 ;

 ?、?用手動直接啟動儲氣鋼瓶釋放氣體滅火,打開泄壓閥并反饋所有信號,釋放完畢后關(guān)閉泄壓閥 。

  一般來說,氣體滅火系統(tǒng)的火災(zāi)探測器和控制系統(tǒng)應(yīng)獨立設(shè)置,這樣不會與其他系統(tǒng)發(fā)生相互干擾,以保證該系統(tǒng)的準(zhǔn)確動作。由于棉花灘電站設(shè)有一套完備的火災(zāi)報警系統(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)報警系統(tǒng)對氣體滅火系統(tǒng)進(jìn)行控制,以節(jié)省投資。?

3 結(jié)語?

  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,通過工程實踐,今后必將在我國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,那時僅有美國大湖公司獨家生產(chǎn),系統(tǒng)造價也相當(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,在我國的一些消防設(shè)備廠家中引進(jìn)該項技術(shù),目前已具備了生產(chǎn)能力,其價格與國外相比也便宜了很多。目前,我國尚無FM-200氣體滅火系統(tǒng)的國家標(biāo)準(zhǔn),估計在不久以后將會有國家標(biāo)準(zhǔn)正式出臺,屆時將會促進(jìn)該系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。

發(fā)布:2007-07-28 10:13    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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