謝水波¹，李步新²，曾平²
(1.南華大學(xué)建筑工程系，湖南衡陽421001；2.水利部珠江水利委員會(huì)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510611)

　　摘要： 介紹了飛來峽水利樞紐工程消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，分析了主變壓器水噴霧系統(tǒng)預(yù)估噴水量偏小的原因，提出了應(yīng)采取的設(shè)計(jì)步驟、參數(shù)取值標(biāo)準(zhǔn)及注意事項(xiàng)。在尚無船閘消防設(shè)計(jì)規(guī)范的情況下，對(duì)樞紐船閘的綜合消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討和嘗試。
　　關(guān)鍵詞：消防；水利樞紐工程；水噴霧系統(tǒng)；主變壓器；船閘
　　中圖分類號(hào)：TU892
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)： 1000-4602(2001)02-0034-03　

　　飛來峽水利樞紐是一座以防洪為主，兼有航運(yùn)、發(fā)電、旅游等綜合功能的大型水利工程。由于其遠(yuǎn)離城市，生產(chǎn)、生活和消防用水均需自行解決。
　　飛來峽樞紐在總體布置上分為左岸生活管理區(qū)和廠壩區(qū)。生活管理區(qū)入口面對(duì)銀英公路，區(qū)內(nèi)交通方便，利于消防救援和疏散，建筑主要為低層住宅和辦公樓，火災(zāi)危險(xiǎn)性較低，消防設(shè)計(jì)難度較小。廠壩區(qū)是樞紐的主體部分，橫跨北江干流，區(qū)內(nèi)建筑的結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜多樣，交通條件較差，救援、疏散較困難，易產(chǎn)生消防死角，是整個(gè)樞紐消防設(shè)計(jì)的重 點(diǎn)和難點(diǎn)。由于外援難以迅速到達(dá)廠壩區(qū)內(nèi)的許多部位，且無市政水源依托，故消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用水利水電工程具有水源充足、電源可靠的優(yōu)勢(shì)，按照“立足自救”的設(shè)計(jì)原則，掌握并吃透消防規(guī)范的核心內(nèi)容，統(tǒng)籌安排全樞紐各部位的消防給水系統(tǒng)。

　　1 總體設(shè)計(jì)布局

　　生活管理區(qū)的室外消防給水與生活給水的共用管道采用低壓系統(tǒng)。廠壩區(qū)的消防給水采用臨時(shí)高壓系統(tǒng)，平時(shí)用設(shè)在左岸山頂?shù)母呶凰鼗驓鈮核蕹謮貉a(bǔ)滲，火災(zāi)時(shí)通過設(shè)在區(qū)內(nèi)的消防水泵滿足最不利點(diǎn)的全部水量、水壓要求。廠壩區(qū)消防給水系統(tǒng)由消火栓和固定水噴霧系統(tǒng)組成，其中消火栓系統(tǒng)設(shè)置于壩頂、電站廠房、尾水平臺(tái)、中控樓、船閘等處；固定水噴霧系統(tǒng)則包括設(shè)于電站尾水平臺(tái)上的油浸式主變壓器水噴霧系統(tǒng)和設(shè)于船閘兩岸的水噴霧系統(tǒng)。
　　廠壩區(qū)內(nèi)共設(shè)兩座消防泵房，其中一座位于電站廠房?jī)?nèi)(標(biāo)高14.72m)，設(shè)有三臺(tái)消火栓系統(tǒng)加壓泵和兩臺(tái)主變壓器水噴霧系統(tǒng)加壓泵；另一座泵房位于左岸回車場(chǎng)下方的平臺(tái)處(標(biāo) 高24.00m)，設(shè)有三臺(tái)船閘岸墻水噴霧系統(tǒng)加壓泵。
　　電站廠房?jī)?nèi)消防泵房的水源取自上游水庫，在4臺(tái)水輪機(jī)的進(jìn)水流道內(nèi)各設(shè)有1個(gè)取水口，并連成兩條273的預(yù)埋鋼管，引至泵房并形成環(huán)管，各消防泵從環(huán)管上自灌引水。左岸 消防泵房自備消防水池，水池的有效容積為330m³，由左岸山頂高位水池補(bǔ)充。

　　2 消火栓給水系統(tǒng)

　　消火栓給水系統(tǒng)通常是在室內(nèi)、外分開設(shè)置，室內(nèi)為高壓或臨時(shí)高壓系統(tǒng)，由消防水泵加壓供水；室外則為低壓系統(tǒng)，平時(shí)保證消火栓的栓口壓力≮0.1MPa，火災(zāi)時(shí)由消防車的水泵加壓后供水槍使用。該常規(guī)做法通常適用于“市政條件”下的建筑工程，一般具有以下特點(diǎn)：①室內(nèi)消防泵房的水源多依靠室內(nèi)消防水池，室內(nèi)、外消防給水系統(tǒng)如不分開，則會(huì)增加消防水池容積，對(duì)室內(nèi)建筑布置影響較大；②靠近市政水源，可利用市政給水管網(wǎng)方便地在建筑物周圍設(shè)置室外消防給水管道及室外消火栓；③靠近主要交通道路，或有條件設(shè)置環(huán)形消防車道，交通方便，消防車可迅速到達(dá)建筑物周圍。
　　顯然，樞紐的廠壩區(qū)不具備以上②、③的條件，但樞紐的上游水庫可以作為消防泵的充足水源，不存在消防水池容積的問題。
　　基于以上分析，在設(shè)計(jì)中打破了室內(nèi)、外系統(tǒng)分設(shè)的常規(guī)，將廠壩區(qū)建筑物內(nèi)、外設(shè)置的消火栓連成一個(gè)整體系統(tǒng)，統(tǒng)一由三臺(tái)MV80—50.4—80/4型多級(jí)立式離心泵(兩用一備)加壓供水，這樣一旦發(fā)生火災(zāi)，不必等待救援到達(dá)，經(jīng)過培訓(xùn)的工作人員就可以啟動(dòng) 消防泵并使用附近水槍進(jìn)行滅火，有效地將火災(zāi)消滅于初期。

　　3 主變壓器的消防水噴霧系統(tǒng)

　　油浸式主變壓器的消防是電站消防設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。樞紐電站設(shè)有1臺(tái)OSFPS9—160000/220型(容量160MVA)和一臺(tái)SFP9—80000/110型(容量80MVA)油浸式主變壓器，露天開敞式布置在電站尾水平臺(tái)上。《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ16—1987(1997年修訂本)第8.7.4條中規(guī)定：“單臺(tái)容量在40MVA及以上的廠礦企業(yè)可燃油油浸電力變壓器、單臺(tái)容量在90MVA及以上的可燃油油浸電廠電力變壓器或單臺(tái)容量在125 MVA及以上的獨(dú)立變電所可燃油油浸 電力變壓器……應(yīng)設(shè)水噴霧滅火系統(tǒng)”。《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》DL5027—1993第7.3.1 款也規(guī)定：“變壓器容量在120 MVA及以上時(shí)，宜設(shè)固定水噴霧滅火裝置……”。
　　據(jù)此，樞紐電站的主變壓器屬于電廠電力變壓器類，按規(guī)范OSFPS9—160000/220型主變壓器設(shè)置了固定式水噴霧滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由加壓泵、雨淋閥組、開式水霧噴頭及其供水 管網(wǎng)、閉式噴頭和水力傳動(dòng)管路等幾部分組成。系統(tǒng)保護(hù)范圍包括除底面以外的變壓器外表面、油枕和冷卻器的外表面以及集油坑的平面等。根據(jù)《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ50219—1995的規(guī)定，變壓器的設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度≮20L/(min·m2)，系統(tǒng)的持續(xù)噴霧時(shí)間為0.4h。
對(duì)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)的主變壓器應(yīng)盡早定貨，取得其準(zhǔn)確外型圖，以便進(jìn)行設(shè)計(jì)： ①根據(jù)外型圖布置噴頭；②進(jìn)行供水、布水管路的水力計(jì)算和管線布置；③根據(jù)以上的既定條件計(jì)算系統(tǒng)加壓泵的選型參數(shù)，并完成泵房的設(shè)備管路設(shè)計(jì)。
　　本工程的主變壓器定貨較遲，在未取得外型圖的情況下，為配合電站的土建施工，必須先進(jìn)行與14.72m層消防泵房有關(guān)的消防水泵(包括水噴霧系統(tǒng)的加壓泵)的選型和泵房的布置設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)所需的水量、水壓預(yù)先估算。預(yù)算時(shí)將變壓器設(shè)想為一個(gè)規(guī)則的長(zhǎng)方體，粗估各邊尺寸，以周圍四面和頂面的面積之和作為系統(tǒng)的保護(hù)面積，從設(shè)計(jì)強(qiáng)度值［20L/(min·m2)］估算出系統(tǒng)所需噴水量。后來得到變壓器的外型圖并據(jù)此進(jìn)行噴頭的實(shí)際布置和計(jì)算之后，發(fā)現(xiàn)實(shí)際計(jì)算的結(jié)果與預(yù)先估算的結(jié)果相差甚遠(yuǎn)(見表1)。

　　從表1可見，變壓器的實(shí)際保護(hù)面積比估算的保護(hù)面積小了13.2%，噴頭噴水量卻高出預(yù)估值約30%，集油坑的保護(hù)面積雖未變化，但實(shí)際布置后的噴水量更高出估算噴水量50%。表中“ 預(yù)估”的“平均噴霧強(qiáng)度”取值相當(dāng)于規(guī)范要求的最低保證值；“實(shí)際計(jì)算”的“平均噴霧 強(qiáng)度”值為實(shí)際保護(hù)面積內(nèi)實(shí)際布置后的噴頭噴水總量對(duì)于實(shí)際保護(hù)面積的平均值。可見，預(yù)先估算時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度這一基本設(shè)計(jì)參數(shù)的取值偏小是造成巨大差異的直接原因。
　　有關(guān)規(guī)范中對(duì)設(shè)計(jì)噴水強(qiáng)度的給值應(yīng)理解為對(duì)系統(tǒng)噴霧效果所要求的最低保證值，而不是進(jìn)行預(yù)估的取值標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)估時(shí)設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度的取值應(yīng)根據(jù)規(guī)范的給值結(jié)合被保護(hù)對(duì)象的特點(diǎn)具 體分析確定。
　　設(shè)計(jì)實(shí)踐表明，變壓器自身的特點(diǎn)不容忽視，其不規(guī)則外型對(duì)水霧的干擾相當(dāng)大，保持對(duì)高 壓電器的安全距離也給噴頭、管道的布置帶來了很大困難，因此必須額外增加更多的噴頭才能 彌補(bǔ)局部布水的不足，這就導(dǎo)致了局部面積的布水重疊，浪費(fèi)了水量。因此，對(duì)于變壓器這種特殊的保護(hù)對(duì)象，建議其設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度應(yīng)在規(guī)范給值的基礎(chǔ)上乘以1.5～1.6的安全系 數(shù)作為設(shè)計(jì)平均值。
　　噴頭布置好后，應(yīng)進(jìn)行從干管到支管的詳細(xì)水力計(jì)算，采取有效的減壓措施以保證上下各層及不同位置的噴頭噴水均勻，避免出現(xiàn)底層或距干管較近的噴頭壓力過高、噴水量過大，而頂層或距干管較遠(yuǎn)的噴頭壓力不足和不能有效噴霧的情況。

　　4 船閘消防給水系統(tǒng)

　　飛來峽樞紐船閘是北江干流上重要的通航建筑，由上、下游引航道和上閘首、閘室、下閘首等部分組成。閘室有效長(zhǎng)度為190m ，寬度為16m。上游最高通航水位高程為24m，下游最低通航水位高程為9.51m。北江的水運(yùn)貨源主要是煤炭、水泥、木材及非金屬礦石等，待北江干流全線渠化后，過閘船舶最大可達(dá)500t級(jí)。
　　現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范中尚無關(guān)于船閘消防的專門設(shè)計(jì)規(guī)范。根據(jù)對(duì)葛洲壩樞紐船閘、湖南五強(qiáng)溪樞紐船閘等國(guó)內(nèi)現(xiàn)有大、中型船閘工程的調(diào)查，其多數(shù)未作特別處理，少數(shù)工程在岸墻頂部設(shè)置了消火栓系統(tǒng)。一般來說，船閘消防的重點(diǎn)是船只過閘時(shí)的火災(zāi)，此時(shí)船閘上、下人字門關(guān)閉，船只處于閘室內(nèi)，四面被困，一旦發(fā)生火災(zāi)，后果十分嚴(yán)重。
　　本樞紐船閘屬中等規(guī)模，罕有油輪但有客輪通過，火災(zāi)危險(xiǎn)性屬于一般。設(shè)計(jì)初步考慮采用在岸墻頂部設(shè)置消火栓系統(tǒng)的方案，同時(shí)按照“立足自救”的設(shè)計(jì)原則將配有水槍、水帶 的消火栓箱布置在閘室墻頂，以方便船閘工作人員取用。為兼顧撲救某些不適合使用直流水 柱的特殊火災(zāi)(如油類火災(zāi)、電氣火災(zāi)等)，設(shè)計(jì)中采用直流、噴霧兩用型水槍。
　　該方案送審時(shí)，消防主管部門提出不同意見，認(rèn)為閘室結(jié)構(gòu)深長(zhǎng)狹窄，閘內(nèi)船只相互緊靠，一旦某船著火，火勢(shì)極易蔓延，此時(shí)船上人員的疏散和閘外救援人員接近火場(chǎng)均需通 過兩側(cè)岸墻的頂部通道，而該通道僅寬3m，回旋余地小，易受到濃煙籠罩和火焰炙烤的威脅，不利于疏散和救援。因此建議在兩側(cè)岸墻加裝水噴霧系統(tǒng)以保護(hù)墻頂?shù)耐ǖ溃湓O(shè)想是：火災(zāi)時(shí)，噴頭射出的水霧防止煙火侵襲，開辟并保護(hù)岸墻頂部的疏散通道；閘外人員在水霧的掩護(hù)下沿通道迅速接近火場(chǎng)，使用直流、噴霧兩用水槍進(jìn)行滅火撲救。據(jù)此在原方案的 基礎(chǔ)上增設(shè)了岸墻水噴霧系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度參考了《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB J50219—1995)的“防護(hù)冷卻”級(jí)，取值6L/(min·m²)，保護(hù)面積按兩側(cè)岸墻頂?shù)钠矫婷娣e確定。由于船閘及原消防泵房的設(shè)計(jì)、施工此前已完成，未考慮該新增的水噴霧系統(tǒng)，故選址左岸回車場(chǎng)山下24.00m平臺(tái)處另建一座獨(dú)立泵房，專門負(fù)責(zé)船閘水噴霧系統(tǒng)的加壓供水。泵房自帶有效容積為330m³的消防水池，設(shè)置三臺(tái)MV150—160—75/3型多級(jí)立式離心泵。水泵供水干管為兩條315給水管(埋地敷設(shè))，噴頭配水管道均采用內(nèi)外鍍鋅的焊接鋼管。兩側(cè)岸墻共布置ZSTW—Ga型中速水霧噴頭204個(gè)，噴頭布置高度為2.3m，間距為1.7m。

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收稿日期：2000-10-18