謝水波¹，李步新²，曾平²
(1.南華大學建筑工程系，湖南衡陽421001；2.水利部珠江水利委員會勘測設計研究院，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)的設計特點，分析了主變壓器水噴霧系統(tǒng)預估噴水量偏小的原因，提出了應采取的設計步驟、參數取值標準及注意事項。在尚無船閘消防設計規(guī)范的情況下，對樞紐船閘的綜合消防給水系統(tǒng)設計進行了探討和嘗試。
　　關鍵詞：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：TU892
　　文獻標識碼：C
　　文章編號： 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、發(fā)電、旅游等綜合功能的大型水利工程。由于其遠離城市，生產、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)入口面對銀英公路，區(qū)內交通方便，利于消防救援和疏散，建筑主要為低層住宅和辦公樓，火災危險性較低，消防設計難度較小。廠壩區(qū)是樞紐的主體部分，橫跨北江干流，區(qū)內建筑的結構和功能復雜多樣，交通條件較差，救援、疏散較困難，易產生消防死角，是整個樞紐消防設計的重 點和難點。由于外援難以迅速到達廠壩區(qū)內的許多部位，且無市政水源依托，故消防給水系統(tǒng)的設計應充分利用水利水電工程具有水源充足、電源可靠的優(yōu)勢，按照“立足自救”的設計原則，掌握并吃透消防規(guī)范的核心內容，統(tǒng)籌安排全樞紐各部位的消防給水系統(tǒng)。

　　1 總體設計布局

　　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高壓系統(tǒng)，平時用設在左岸山頂的高位水池或氣壓水罐持壓補滲，火災時通過設在區(qū)內的消防水泵滿足最不利點的全部水量、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)設置于壩頂、電站廠房、尾水平臺、中控樓、船閘等處；固定水噴霧系統(tǒng)則包括設于電站尾水平臺上的油浸式主變壓器水噴霧系統(tǒng)和設于船閘兩岸的水噴霧系統(tǒng)。
　　廠壩區(qū)內共設兩座消防泵房，其中一座位于電站廠房內(標高14.72m)，設有三臺消火栓系統(tǒng)加壓泵和兩臺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下方的平臺處(標 高24.00m)，設有三臺船閘岸墻水噴霧系統(tǒng)加壓泵。
　　電站廠房內消防泵房的水源取自上游水庫，在4臺水輪機的進水流道內各設有1個取水口，并連成兩條273的預埋鋼管，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充。

　　2 消火栓給水系統(tǒng)

　　消火栓給水系統(tǒng)通常是在室內、外分開設置，室內為高壓或臨時高壓系統(tǒng)，由消防水泵加壓供水；室外則為低壓系統(tǒng)，平時保證消火栓的栓口壓力≮0.1MPa，火災時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：①室內消防泵房的水源多依靠室內消防水池，室內、外消防給水系統(tǒng)如不分開，則會增加消防水池容積，對室內建筑布置影響較大；②靠近市政水源，可利用市政給水管網方便地在建筑物周圍設置室外消防給水管道及室外消火栓；③靠近主要交通道路，或有條件設置環(huán)形消防車道，交通方便，消防車可迅速到達建筑物周圍。
　　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，在設計中打破了室內、外系統(tǒng)分設的常規(guī)，將廠壩區(qū)建筑物內、外設置的消火栓連成一個整體系統(tǒng)，統(tǒng)一由三臺MV80—50.4—80/4型多級立式離心泵(兩用一備)加壓供水，這樣一旦發(fā)生火災，不必等待救援到達，經過培訓的工作人員就可以啟動 消防泵并使用附近水槍進行滅火，有效地將火災消滅于初期。

　　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計的重點和難點。樞紐電站設有1臺OSFPS9—160000/220型(容量160MVA)和一臺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上。《建筑設計防火規(guī)范》GBJ16—1987(1997年修訂本)第8.7.4條中規(guī)定：“單臺容量在40MVA及以上的廠礦企業(yè)可燃油油浸電力變壓器、單臺容量在90MVA及以上的可燃油油浸電廠電力變壓器或單臺容量在125 MVA及以上的獨立變電所可燃油油浸 電力變壓器……應設水噴霧滅火系統(tǒng)”。《電力設備典型消防規(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，宜設固定水噴霧滅火裝置……”。
　　據此，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、閉式噴頭和水力傳動管路等幾部分組成。系統(tǒng)保護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《水噴霧滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》GBJ50219—1995的規(guī)定，變壓器的設計噴霧強度≮20L/(min·m2)，系統(tǒng)的持續(xù)噴霧時間為0.4h。
對設置水噴霧滅火系統(tǒng)的主變壓器應盡早定貨，取得其準確外型圖，以便進行設計： ①根據外型圖布置噴頭；②進行供水、布水管路的水力計算和管線布置；③根據以上的既定條件計算系統(tǒng)加壓泵的選型參數，并完成泵房的設備管路設計。
　　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，必須先進行與14.72m層消防泵房有關的消防水泵(包括水噴霧系統(tǒng)的加壓泵)的選型和泵房的布置設計，對系統(tǒng)所需的水量、水壓預先估算。預算時將變壓器設想為一個規(guī)則的長方體，粗估各邊尺寸，以周圍四面和頂面的面積之和作為系統(tǒng)的保護面積，從設計強度值［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此進行噴頭的實際布置和計算之后，發(fā)現(xiàn)實際計算的結果與預先估算的結果相差甚遠(見表1)。

　　從表1可見，變壓器的實際保護面積比估算的保護面積小了13.2%，噴頭噴水量卻高出預估值約30%，集油坑的保護面積雖未變化，但實際布置后的噴水量更高出估算噴水量50%。表中“ 預估”的“平均噴霧強度”取值相當于規(guī)范要求的最低保證值；“實際計算”的“平均噴霧 強度”值為實際保護面積內實際布置后的噴頭噴水總量對于實際保護面積的平均值。可見，預先估算時對設計噴霧強度這一基本設計參數的取值偏小是造成巨大差異的直接原因。
　　有關規(guī)范中對設計噴水強度的給值應理解為對系統(tǒng)噴霧效果所要求的最低保證值，而不是進行預估的取值標準。預估時設計噴霧強度的取值應根據規(guī)范的給值結合被保護對象的特點具 體分析確定。
　　設計實踐表明，變壓器自身的特點不容忽視，其不規(guī)則外型對水霧的干擾相當大，保持對高 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 彌補局部布水的不足，這就導致了局部面積的布水重疊，浪費了水量。因此，對于變壓器這種特殊的保護對象，建議其設計噴霧強度應在規(guī)范給值的基礎上乘以1.5～1.6的安全系 數作為設計平均值。
　　噴頭布置好后，應進行從干管到支管的詳細水力計算，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500t級。
　　現(xiàn)行國家規(guī)范中尚無關于船閘消防的專門設計規(guī)范。根據對葛洲壩樞紐船閘、湖南五強溪樞紐船閘等國內現(xiàn)有大、中型船閘工程的調查，其多數未作特別處理，少數工程在岸墻頂部設置了消火栓系統(tǒng)。一般來說，船閘消防的重點是船只過閘時的火災，此時船閘上、下人字門關閉，船只處于閘室內，四面被困，一旦發(fā)生火災，后果十分嚴重。
　　本樞紐船閘屬中等規(guī)模，罕有油輪但有客輪通過，火災危險性屬于一般。設計初步考慮采用在岸墻頂部設置消火栓系統(tǒng)的方案，同時按照“立足自救”的設計原則將配有水槍、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(如油類火災、電氣火災等)，設計中采用直流、噴霧兩用型水槍。
　　該方案送審時，消防主管部門提出不同意見，認為閘室結構深長狹窄，閘內船只相互緊靠，一旦某船著火，火勢極易蔓延，此時船上人員的疏散和閘外救援人員接近火場均需通 過兩側岸墻的頂部通道，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。因此建議在兩側岸墻加裝水噴霧系統(tǒng)以保護墻頂的通道，其設想是：火災時，噴頭射出的水霧防止煙火侵襲，開辟并保護岸墻頂部的疏散通道；閘外人員在水霧的掩護下沿通道迅速接近火場，使用直流、噴霧兩用水槍進行滅火撲救。據此在原方案的 基礎上增設了岸墻水噴霧系統(tǒng)，其設計噴霧強度參考了《水噴霧滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB J50219—1995)的“防護冷卻”級，取值6L/(min·m²)，保護面積按兩側岸墻頂的平面面積確定。由于船閘及原消防泵房的設計、施工此前已完成，未考慮該新增的水噴霧系統(tǒng)，故選址左岸回車場山下24.00m平臺處另建一座獨立泵房，專門負責船閘水噴霧系統(tǒng)的加壓供水。泵房自帶有效容積為330m³的消防水池，設置三臺MV150—160—75/3型多級立式離心泵。水泵供水干管為兩條315給水管(埋地敷設)，噴頭配水管道均采用內外鍍鋅的焊接鋼管。兩側岸墻共布置ZSTW—Ga型中速水霧噴頭204個，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