某大型水电站消防水系统设计

某大型水电站消防水系统设计

唐勃

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摘要：水力发电站是一种大型的综合性建筑，它的灭火目标主要是水坝、厂房、控制室、开关站、进水口等重要的机电设备和与之相配套的生产生活设施，由于各个部位的功能不同，相应的灭火系统设备也会有很大的区别。此外，各个部位的分布一般都比较分散，彼此之间距离较远，高度相差较大，这就造成了消防用水的压力和水量需求的差异。因此，如何根据实际情况，综合考虑各种因素，实现经济、高效的给水系统设计，是一个值得探讨的问题。

关键词：水电站；消防供水；系统设计

引言

水电站是一种大型的综合性建筑，其灭火的对象主要包括大坝、厂房和通航建筑物中的相关机电设备、生产生活设施等。其中，因为每个部位的功能都不一样，所以对消防系统的要求也不一样。各个部位的布置一般都比较分散，相距较远，高程差异较大，这就导致了对消防水压和水量的要求各不相同，因此，要加强对供水设计中经济性的考虑。

一、工程概况

某水电站采用一级混合开发模式，安装了6台单机150 MW轴流转桨式机组，总装机容量900 MW，属大型水电站。其消防用水以闸坝上游为主，然后通过两个自动过滤装置输送至消防水池，再通过两个水泵抽至坝顶段的消防水箱。消防用水由消防水箱抽出，再输送至各工厂的消防栓以及雨淋阀、油库等用水，形成较为完善的消防给水系统；其中，对于两台变频消防水泵及消防泵，隔膜式气压水源将其接入该系统。对于隔膜式气压供水罐，可以接入0.5~0.7 MPa的低压气，主要是用来调节消防水系统的压力。对于变频调速水泵，它主要可以让消防水泵保持一定的压力。当厂房内发生火灾的时候，同时启动消防联动器，从而启动消防泵，给雨淋阀提供大量的水。

二、现阶段水电站消防供水所存在的问题

消防给水由两路水源组成，一路由坝区的消防水箱提供，另一路由变频器抽水提供（发生火灾时由消防水泵提供），两路抽水供水互为备用。在消防系统日常运行过程中，因为消防变频泵所提供水压力为0.67 MPa，而消防水箱提供的压力完全来自于水的自重，用水压力完全由用水处高程决定，通常情况下只为0.1-0.3 MPa，并且在消防水箱出水侧安装逆止阀，因此在正常情况下，消防供水系统仅仅取自变频泵供水一条支路。某电厂为了安全起见而配置了这种消防系统，使得整个消防系统即使在全厂停电的情况下，也可以维持一定时间内的消防供水。但这种配置并不合理。

（一）抽水机运行周期过长

在实际的运行过程中，对于消防水系统来说，它的组成主要是密封用水、生活和润滑用水，而且在这个过程中，消防管网的压力也在不断地变化着，它主要依靠消防变频泵来维持管网的压力，并在此基础上对其进行来回切换，这样就会导致使用寿命降低。与该水电站中的变频泵相比，其在使用两年后因使用寿命达到某一极限而报废。

（二）消防水的耗能较大

通常情况下，可采用两个变频水泵来维持消防水的压力，采用这种方式，其效率很高。因为消防用水是以上游的水为主，所以在输送到消防水池后，再通过变频泵将清水池中的水输送给用户，采用这种供水方式主要是因为没有充分发挥出水自身的重力势能和能效。第二，消防管网的水压必须控制在0.67 MPa以上，但是对于没有这个要求的用户来说，实际用水的时候就会出现浪费。

三、消防供水系统改造设计

（一）消防用水的合理化配置

根据以上的分析，该水电站中的消防供水在基本的运行过程中，并没有充分地利用消防水箱，而是使用了变频水泵。此外，消防需求用户也不需要0.67 MPa压力值的消防用水，所以这就需要对其进行优化设置。在正常情况下，相对于消防供水，其自身的切换阀基本上都是处于全关状态，日常用水主要是来自于消防水箱，而对于其自身的压力，一般是由消防主供水系统来提供的。

（二）一种新的消防水压力支持系统设计

新型消防设施在水压维持中的压力值主要是通过连接低压气系统来维持的，同时利用压力水罐的水位来控制消防维压水泵的启停，从而维持基本的用水。当发生火灾时，如果需要大量的水，则可使用大功率消防水泵作为管网来供水。因此，压力水罐可起到隔膜式气压水罐的作用，调节消防水系统的正常压力。

（三）封闭式消防水池设计

由于封闭式正压消防水池基本都处于封闭状态，而且消防用水的水位一般都比取水口高。用户2：消防水箱（437 m)，因此，对于上游所获取的消防水，将不断向封闭式的正压清水池的上方流动，从而形成正压空气，在此过程中，封闭式的正压清水池基本都可以作为连通器的中间环节，有效利用上游来的重力势能。

四、改造后的消防供水系统

（一）消防供水系统改造前后能耗分析

1.原消防供水系统能耗

在改造之前，消防系统的能耗主要来自于将消防清水池内水源提升至需要高度并达到需要压力而消耗的变频泵的电能，因此可以近似利用所供应水源重力势能的增加来进行计算。据统计，沙湾电厂的日平均防火用水量约为360立方米，是一项十分有意义的工作。根据重力位能公式： E=m*g*h.其中g是以10表示的重力加速度；h是抽水高度，因为变频器泵总是用来维持0.67MPa的水压，所以它相当于67米的h。由此可以得出改造前消防水的日常耗能在241.2MJ左右。

2.消防水系统改造后的能耗

改造完成后，日常消防用水都是从消防水箱中取的。因为使用的是封闭式消防清水池，所以相当于从前池（432米）抽水到消防水箱（437米），只需要5米。在此基础上，计算出改造后的日能耗为18MJ。由此可以看出，改造后的消防给水系统的能耗是改造前的1/3左右，大大降低了能耗。

（二）改造后消防供水系统的优势分析

经过改造后的消防供水系统具有以下优势：

能源消耗低。通过分析可知，改造后的消防给水系统能耗比改造前降低了1/3左右，取得了显著的效果。

投入少。改造后的消防给水系统只用固定频率的水泵维持压力，不用昂贵的变频水泵；而且，所述压力水槽具有膜片式气压水槽的功能，无需膜片式气压水槽。这样，消防给水系统的初始投资就可以在一定程度上降低。

3.具有较高的可靠性。采用定频泵代替传统的变频泵，大大提高了消防用水的可靠性。

4.水的压力是平稳的。 传统的消防给水系统是通过变频水泵来维持管网压力的，变频水泵的切换必然引起管网压力的波动。而新型水压系统采用了水位控制泵的启停方式，并且压力水罐与低压气系统连通，使得消防管网的压力可以始终保持在0.67 MPa，从而使水压更加稳定。

结论

消防水系统作为消防系统的一个重要子系统，在初期火灾的扑灭及设备保护中起到关键作用。水电站是一种具有特殊功能的建筑物，它与普通的工业和民用建筑有很大的区别，因此它的消防系统设计也有自己独特的要求。本文根据自己的设计经验，试图总结并讨论一些消防供水系统的设计方案，以期为相关设计同行提供一些参考。

参考文献

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