《消规》在燃煤电厂设计中的应用

沈聪儿

(浙江省电力设计院，浙江 杭州 310012)

1 概述

目前燃煤电厂消防给水设计遵循的《火力发电厂与变站设计防火规范》(GB50229－2006)(以下简称《火规》)，与《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB50974－2014)(以下简称《消规》)中的若干条文规定存在较大差异，现行《火规》正在修订中，新版《消规》于2014年10月1日起实施，期间有关条文难以操作和涵盖。本文着重对规范中消防给水系统配置、消防用水量和水压设计、稳压装置选择、室内消火栓布置等条文进行分析研究，并提出燃煤电厂室内消防给水管道设计、消防水泵接合器设置、消防给水管道材质选用等存在问题和解决方法，以供在工程设计中借鉴。

2 消防给水设计分析研究

2.1 消防给水系统配置

火力发电厂通常采用消防泵、稳压泵及稳压罐等组成的消防给水系统。经多年实践检验，该系统适合燃煤电厂，安全可靠。

为保证电厂消防供水系统的安全可靠及便于管理，并根据消防给水计算水量、水压的情况，采用独立的稳高压消防给水系统。

《消规》6.1.11条规定，建筑群共用临时高压消防给水时，工矿企业消防供水的保护半径不宜超过1200 m，且占地面积不宜大于200 hm2。

对于1000MW等级机组规模及以下的燃煤电厂，全厂(包括厂区、厂前区及生活区)采用一套临时高压消防给水向全厂建筑群的水灭火系统供水是一种经济合理消防给水方法，但必须进行供水保护半径和占地面积复核，若不满足规范要求，应分设系统，分别管理。

2.2 消防用水量和水压设计

通常主厂房为燃煤电厂的最高建筑，最不利点为主厂房煤仓间皮带头部。参考目前正在设计的某内陆电厂(2×1000MW)工程，最大消防用水量为主厂房、最不利点标高为51.70 m。

电厂主厂房消防用水量见表1，消防给水需要水头见表2。

表1 电厂主厂房消防用水量

表2 主厂房消防给水需要水头

从上表看出，参考工程建筑物最不利点(主厂房煤仓间皮带头部)消防用水量和压力《消规》均比《火规》有明显提高。主要原因是主厂房室内外消火栓设计流量取值和折减不同，以及《消规》条文中消火栓栓口动压留有余量和取可能的最大运行压力所引起的。

按《火规》7.1.3条规定，消防给水系统的设计压力应保证消防用水总量达到最大时，在任何建筑物内最不利点处，水枪的充实水柱不应小于13 m。经计算，参考工程消防给水系统的总用水量737 m3、设计压力/工作压力约0.90 MPa/0.90 MPa。

按《消规》7.4.12条规定，高层建筑、厂房、库房和室内净空超过8 m的民用建筑等场所，消火栓栓口动压不应小于0.35 MPa，且消防水枪充实水柱应按13 m计算；以及8.2.3条规定，采用稳压泵稳压的临时高压消防给水系统的系统工作压力，应取消防水泵零流量时的压力、消防水泵吸水口最大静压二者之和与稳压泵维持系统压力时两者其中的较大值。前者在计算得到消火栓栓口压力的基础上，考虑到其他因素留有约0.10 MPa的余量，后者取可能的最大运行压力，经计算，参考工程消防给水系统的总用水量821 m3、设计压力/工作压力约1.025 MPa/1.20 MPa。

以往电厂消防给水系统的设计水量、水压按《火规》7.1.3条规定计算确定的。即为系统最不利的叠加，而事实上燃煤电厂水压最不利点处，其消防用水量并不是最大，这其中已经留有一定的余量，可通过消防水泵流量和扬程曲线相适应，以保证灭火水量和水压的要求。笔者认为最不利点处按充实水柱13 m计算，消火栓栓口动压0.25 MPa，作为电厂消防水泵的选择是比较适合的。分析《消规》7.4.12及8.2.3条，首先是7.4.12条在计算得到消火栓栓口压力的基础上，考虑到其他因素留有约0.10 MPa的余量，规定了消火栓栓口动压不小于0.35 MPa。其实当规定了消火栓栓口动压值，就确定了其充实水柱，规范中两者是不匹配的；其次是8.2.3条取可能的最大运行压力，消防给水系统都设有泄压阀，当供水系统灭火时其压力达到设定值时，自动超压保护，一般到不了消防水泵零流量时的压力。笔者对其虽存有异议，但向规范编制组咨询认为，随着国力增强和技术发展，对消防给水设计提出的更新更高要求，电厂消防给水设计应满足《消规》要求。参考工程消防用水量和压力按《消规》进行复核修正，则设计压力提高了0.125 MPa，工作压力增加了0.30 MPa。

2.3 稳压装置的配置与参数选择

《消规》宣贯解读时，对于设有稳压装置的临时高压消防给水系统，赋予了新的定义，称为稳高压消防给水系统，并对工业建筑作了稳压不宜太高，满足初始火灾压力，且气压罐功能为保压，调节容积满足稳压泵启动次数，不需要考虑消防容积的说明。目前电厂气压罐的消防储水容积按大于450 L(初起火灾时，按2股水柱，5个喷头，30s消防水泵启动时间计)设计，配置总容积约10 m3的气压罐，其消防储水容积可达到1.0 m3左右，并得到消防部门的认可。现结合《火规》及《建筑灭火设计手册》对稳压装置选择进行分析比较，选择适合工程实际的稳压装置。稳压装置选择分析比较见表3。

2.4 室内消火栓布置及选型

《消规》7.4.6条规定，室内消火栓的布置应满足同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱同时达到任何部位的要求。《火规》7.4.2条规定，消火栓的布置保证有2只水枪的充实水柱同时到达室内任何部位。《消规》强调了同一平面2支消防水枪的2股充实水柱同时达到任何部位。

电厂建筑物或场所，特别是输煤系统建筑、锅炉房各层平台及吸收塔的检修维护平台，同一平面布置2个室内消火栓有时比较困难，往往利用上下层的室内消火栓，或采用双出口室内消火栓，来保证有2只水枪的充实水柱同时到达室内任何部位，而非同一平面布置2只室内消火栓。燃煤电厂设计时，对设有室内消火栓的建筑物或场所，应按《消规》规定，进行合理布置，以满足规范要求。

目前电厂室内消火栓大多采用减压稳压消火栓，为满足《消规》7.4.12条规定，在电厂减压稳压室内消火栓设备选型中，应明确消火栓栓口动压要求保证减压后不小于0.35 MPa。在现行国家建筑标准设计图集04S202《室内消火栓安装》第35页中，减压稳压室内消火栓的技术参数为栓前压力P1为0.4～1.60 MPa，栓后压力P2为0.25～0.35 MPa，压力特性曲线图为栓前压力0.4 MPa时 ，对应栓后压力为0.25 MPa，栓前压力1.60 MPa时 ，对应栓后压力为0.35 MPa。对此，笔者向相关设备厂家了解，认为国标图集中的减压稳压室内消火栓产品，已不能满足消火栓栓口动压不小于0.35 MPa的要求，减压稳压室内消火栓中的弹簧应作调整，技术参数和压力特性曲线需作修正，设计选用时注意适用范围。

表3 稳压装置选择分析比较

2.5 消火栓按钮设置

《消规》11.0.19条规定，消火栓按钮不宜作为直接启动消防水泵的开关，但可作为发出报警信号的开关或启动干式消火栓系统的快速启闭装置等。此条文明确消火栓按钮不设启泵功能。

于2014年5月1日实施的《火灾自动喷水报警系统设计规范》(GB20116－2013)4.3.1条的条文说明，稳高压系统中，虽然不需要消火栓按钮启动消防泵，但消火栓按钮给出的使用消火栓位置的报警信号是十分必要的，因此稳高压系统中，消火栓按钮也是不能省略的。向规范编制组咨询认为，电厂消火栓按钮要设，不作直接启动消防水泵的开关，但可作为发出报警信号的开关。

对于2×1000MW级机组的燃煤电厂，室内消火栓遍布全厂各建筑物或场所，仅主厂房(包括汽机房和锅炉房的底层、运转层；煤仓间各层；除氧器间；锅炉燃烧器各层平台)建筑就布置了近200个室内消火栓，就得配套近200个消火栓按钮，如此多的消火栓按钮，电气控制线路复杂，实施较困难，且手报按钮设置位置及间距与消火栓基本一致，已投运的电厂一般不设消火栓按钮，因此，日后电厂仍可不设消火栓按钮。

3 存在问题及解决办法

3.1 室内消防给水管道设计

《火规》7.4.1条规定，室内消防给水管道设计应符合下列要求：“2 主厂房内应设置水平环状管网；消防竖管应引自水平环状管网成枝状布置。3 室内消防给水管道应采用阀门分段，对于单层厂房、库房，当某段损坏时，停止使用的消火栓不应超过5个；对于其他厂房、库房，消防给水管道上阀门的布置，当超过3条竖管时，可按关闭2条设计。”

《消规》8.1.6条，室内消火栓环状给水管道检修时应符合下列规定：“1 室内消火栓竖管应保证检修管道时关闭停用的竖管不超过1根，当竖管超过4根时，可关闭不相邻的2根；2 每根竖管与供水横干管相接处应设置阀门。”

对于电厂的大多建筑物或场所来说，室内消防给水管道设计尽可能室内竖向成环，以符合《消规》8.1.6条室内消火栓环状给水管道检修时规定。但电厂工艺布置特性决定主厂房只能水平成环，为满足《消规》8.1.6条室内消火栓环状给水管道检修时的要求，在电厂主厂房的DN300的水平环状管网上每根竖管两侧均应设检修隔离阀，则环状管网阀门所占空间大，数量繁多，布置困难，难以实现。以往电厂主厂房室内消防给水管道设计，按每根竖管引接处设置阀门，水平环状管网上的隔离阀按同层停止使用的消火栓不超过5个设置。现为更好地接轨《消规》，笔者建议电厂室内消防给水管道上阀门的布置按《火规》7.4.1条，当超过3条竖管时，可按关闭2条设计，及按《消规》8.1.6条，每根竖管与供水横干管相接处设置阀门的要求设计。这样检修隔离阀比按《火规》减少了一半，便于布置和实施。

3.1 消防水泵接合器设置

对于设有独立的消防给水系统的电厂，室内消火栓给水系统及自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统、泡沫灭火系统、固定消防炮灭火系统等灭火系统，以往工程通常不设置消防水泵接合器，满足《火规》7.4.1条规定。为何可不设，详见《火规》7.4.1条文说明，在此不再赘述。但按《消规》5.4.1及5.4.2条明确规定，上述系统应设置消防水泵接合器，且为强制性条文，必须严格执行。

消防水泵接合器是水灭火系统的第三供水水源。若按《消规》规定，电厂的相关建筑物和固定灭火系统均应设置消防水泵接合器，其数量非常之多，且周边无消防水源。考虑到发电厂全厂室内外消火栓和固定灭火系统设置一套消防给水系统的特点，且保护范围大，建筑群多，结合电厂工程实际，在厂区消防水池等水源附近的厂区消防给水管网上设置不小于3个的消防水泵接合器，实现了消防车向厂区消防给水管网供水的目的，进一步提高了电厂的灭火效率。

3.2 消防给水管道材质选用

《消规》8.2.4条规定，埋地管道宜采用球墨铸铁管、钢丝网骨架塑料复合管和加强防腐的钢管等材质。以及8.2.5条规定了不同系统工作压力下消防给水系统埋地管道的管材。1000MW等级机组规模及以下的燃煤电厂，消防给水系统工作压力一般不超过1.20 MPa。

电厂埋地消防给水管道采用加强防腐的钢管诸多，也有电厂采用孔网钢塑管、PE管等。某内陆电厂埋地消防给水管道设计为焊接钢管，因管道质量问题，施工没有多久，发现漏水严重，把焊接钢管换成PE管，又因地基沉降仍发生漏水问题，且局部更换难以施工，最后全部换成无缝钢管。目前国内已建电厂埋地消防给水管道漏水现象时有发生，特别是沿海电厂，主要是海水倒灌腐蚀及回填地基沉降引起的，管道改造较多。某扩建沿海电厂，老厂消防给水管道漏水非常严重，稳压系统根本无法正常运行，计划对埋地管进行全部改造，同时为减少日后地下开挖麻烦，本次扩建厂区全部采用架空和管沟敷设，并采用无缝钢管，以确保消防系统的供水安全。经过多年的工程实践及设计经验，电厂埋地消防给水管道的材质，内陆电厂宜采用无缝钢管，沿海电厂宜采用PE管，有条件尽可能架空或管沟敷设，以便维护检修，并得到业主的认可。

3.3 消防给水管道试验压力取值

关于压力管道水压强度试验的试验压力取值，各规范给出了不同管材管道的试验压力。现对电厂消防给水管道常用管材－－钢管，按不同规范列于表4，进行分析比较，以确定消防给水管道试验压力取值。

表4 压力管道水压强度试验的试验压力

从表4可知，不同规范其取值有所不同，其中《消规》按系统工作压力值分两个区间，确定试验压力取值，更为细化、安全，但规定中的两个区间，取值明显存在矛盾，即当系统工作压力0.94～1.0( MPa)与1.01～1.10( MPa)时，两个区间的试验压力取值均为1.41～1.50( MPa)，出现了区间内工作压力高，试验压力反而低的问题。因此，当系统工作压力＞1.0( MPa)时，试验压力应修正为P+0.5(MPa)较为合理，即满足《给水排水管道工程施工及验收规范》要求。电厂消防给水管道(钢管)试验压力取值设计，从早年的按《工业金属管道工程施工及验收规范》；到近年的按《给水排水管道工程施工及验收规范》；再现今的按《消规》的变化，但《消规》中的系统工作压力＞1.0(MPa)区间，试验压力应修正为P+0.5(MPa)，以确保消防给水系统的安全。

4 结语

针对《消规》中的若干条文规定，结合目前燃煤电厂消防给水设计遵循的《火规》，以及本人多年设计经验，通过分析研究探讨，提出了在不违背《消规》设计原则的前提下，既切合实际、又安全可靠的电厂消防给水设计思路和方法，以供工程设计借鉴、应用。

[1]GB50974－2014，消防给水及消火栓系统技术规范[S]．

[2]GB50229－2006，火力发电厂与变电站设计防火规范[S]．

[3]GB20116－2013，火灾自动喷水报警系统设计规范[S]．

[4]GB50268－2008，给水排水管道工程施工及验收规范[S]．

[5]GB50235－2010，工业金属管道工程施工及验收规范[S]．

[6]姜文源．建筑灭火设计手册[K]．北京：中国建筑工业出版社，1997．

[7]机械工业第一设计研究院．04S202：室内消火栓安装[K]．北京： 中国建筑标准设计研究院，2004．