水噴霧滅火系統(tǒng)在變電站工程中的應(yīng)用

徐春峰

摘 要：水噴霧滅火系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在變電站工程中油浸式電力變壓器的保護(hù)，其應(yīng)用范圍和數(shù)量正在逐步擴(kuò)大，但是在已經(jīng)投入運(yùn)行和正在施工的系統(tǒng)中亦存在較多問題，其中包括產(chǎn)品質(zhì)量、施工質(zhì)量等問題。本文首先介紹了水噴霧滅火系統(tǒng)的滅火原理、系統(tǒng)的組成及施工工藝，然后結(jié)合某220 kV變電站工程實(shí)際情況，重點(diǎn)闡述了水噴霧滅火系統(tǒng)在應(yīng)用過程中的優(yōu)缺點(diǎn)，最后對相應(yīng)的問題提出解決方案。

關(guān)鍵詞：水噴霧滅火系統(tǒng);主變壓器;施工工藝

中圖分類號：TU892文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）31-0093-04

Application of Water Spray Fire Extinguishing System

in Substation Engineering

XU Chunfeng

（Powerchina Beijing Engineering Corporation Limited，Beijing 100024）

Abstract： Water spray fire protection system is widely used in the protection of oil immersed power transformers in substation projects. Its application scope and quantity are gradually expanding， but there are still many problems in the system that has been put into operation and under construction， including product quality and construction quality. This paper first introduced the principle of fire extinguishing system， the composition and construction technology of the water spray fire extinguishing system. Then， combining with the actual situation of a 220 kV substation， the advantages and disadvantages of the water spray fire extinguishing system in the application process were elaborated， and finally the corresponding solutions were put forward.

Keywords： water spray fire protection system;main transformer;construction technology

1 研究背景

水噴霧系統(tǒng)在世界上工業(yè)發(fā)達(dá)的國家應(yīng)用很普遍，尤其在石油化工、電力等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，后續(xù)我國引進(jìn)的大型成套石化、電力設(shè)備均配置了水噴霧系統(tǒng)。我國20世紀(jì)60年代開始研究水噴霧滅火系統(tǒng)，于70年代將研究成果應(yīng)用在變壓器的保護(hù)等方面，并從1982年開始組織相關(guān)人員對水噴霧滅火系統(tǒng)進(jìn)行全面深入的研究，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品系統(tǒng)的配套和工程應(yīng)用技術(shù)的完善，使水噴霧系統(tǒng)的應(yīng)用呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的局面，保護(hù)對象包括油浸式電力變壓器、液化石油氣儲罐、輸煤裝置等，其應(yīng)用范圍和數(shù)量正在逐步擴(kuò)大。筆者所參與施工的變電站主變壓器的消防保護(hù)也大都采用了該系統(tǒng)，但是在已經(jīng)投入運(yùn)行和正在施工的系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了較多問題，其中包括產(chǎn)品質(zhì)量、施工質(zhì)量等方面的問題，直接影響水噴霧系統(tǒng)的正常工作。本文結(jié)合多年工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以某220 kV變電站工程為例，對水噴霧系統(tǒng)的應(yīng)用情況以及存在問題的改善進(jìn)行了具體闡述，以期為相關(guān)施工人員和研究者提供有益參考和借鑒。

2 水噴霧滅火系統(tǒng)介紹

水噴霧滅火系統(tǒng)是利用水霧噴頭在一定水壓下將水流分解成細(xì)小的水霧滴噴射到物體表面從而進(jìn)行滅火或防護(hù)冷卻的一種固定式滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)源于自動噴水滅火系統(tǒng)，具有安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)，適用范圍較廣，滅火效率較高。

2.1 滅火原理

水噴霧的滅火原理包括表面冷卻、窒息、乳化、稀釋。這些滅火原理使水噴霧具備更加廣闊的適用范圍，更高效的滅火效率，并且由于它細(xì)小水霧滴的形式所具有的不會造成液體火飛濺、電氣絕緣度高的特點(diǎn)，在撲滅可燃液體火災(zāi)和電氣火災(zāi)中得到廣泛的應(yīng)用[1]。

2.2 系統(tǒng)組成

水噴霧滅火系統(tǒng)主要由消防水池、消防水泵、供水管網(wǎng)、雨淋閥組、過濾器和水霧噴頭等組成。雨淋閥組是水噴霧滅火系統(tǒng)比較重要的組件，由雨淋閥、電磁閥、壓力開關(guān)、水力警鈴、壓力表以及配套的閥門等部件組成[2-4]。

2.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

水噴霧滅火系統(tǒng)的特點(diǎn)為：第一，水噴霧滅火系統(tǒng)構(gòu)造簡單，安裝方便，易于操作，滅火效率高;第二，滅火介質(zhì)選用水，便于取用且較為廉價(jià);第三，保護(hù)對象主要是火災(zāi)危險(xiǎn)性大、撲救難度大的專用設(shè)施或設(shè)備，主要撲救固體火災(zāi)、丙類液體火災(zāi)和電氣火災(zāi);第四，水噴霧不僅可用于滅火，而且可用于控火和防護(hù)冷卻。

3 某220 kV變電站水噴霧系統(tǒng)

3.1 工程概況

某220 kV變電站室外終期布置容量180 MVA主變壓器共4臺，本期安裝2臺。主變壓器水噴霧滅火系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，由消防水池、消防泵、雨淋閥組、過濾器、供水管網(wǎng)、水霧噴頭及主變火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)組成。

為便于集中控制，將雨淋閥組集中布置在雨淋閥組間，采用規(guī)格為DN150的雨淋閥4套。蓄水池設(shè)在1#變電樓地下一層，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積為200 m3，滿足消防要求。蓄水池進(jìn)水管管徑為DN50，流量為10 m3/h，消防補(bǔ)水時(shí)間小于48 h。進(jìn)水由液位計(jì)和電動蝶閥控制，并設(shè)有人孔，以便于進(jìn)行蓄水池的日常清理維護(hù)。蓄水池設(shè)有通氣管、溢流排水措施及高低液位報(bào)警顯示功能。蓄水池北側(cè)消防泵房內(nèi)設(shè)有2臺消防水泵，1用1備。在消防水泵出口設(shè)有旁通管及電動泄水閥，連接到消防蓄水池，可滿足消防系統(tǒng)定期自動巡檢的需要。為保證水噴霧滅火系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間不大于45 s，水噴霧系統(tǒng)設(shè)有自動控制、手動控制和應(yīng)急操作三種控制方式。主變壓器設(shè)有感溫探測裝置，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)報(bào)警信號傳至消防控制室，自動開啟雨淋閥及消防水泵，實(shí)現(xiàn)自動噴水滅火。當(dāng)采用手動控制方式時(shí)，火災(zāi)報(bào)警信號經(jīng)人工確認(rèn)后，在控制室由人工遠(yuǎn)距離啟動雨淋閥及消防水泵，實(shí)現(xiàn)水噴霧系統(tǒng)噴水滅火。消防泵房設(shè)有消防水泵的就地控制裝置，主變壓器附近設(shè)有現(xiàn)場應(yīng)急操作消防控制柜，可以就地人為操作消防水泵和雨淋閥，實(shí)現(xiàn)水噴霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)急操作[5-7]。

3.2 施工工藝

施工準(zhǔn)備→主干管及立管安裝→噴頭分層干支管安裝→水泵等設(shè)備安裝→管道試壓、沖洗→噴頭安裝→系統(tǒng)調(diào)試聯(lián)動試驗(yàn)→竣工驗(yàn)收。

3.2.1 施工準(zhǔn)備。主變壓器基礎(chǔ)及防火墻已施工完畢，現(xiàn)場清理干凈，管道安裝需要的基準(zhǔn)線已標(biāo)明，設(shè)備基礎(chǔ)符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到安裝條件。

系統(tǒng)施工使用的材料、管材和管件進(jìn)行了現(xiàn)場檢驗(yàn)，符合施工設(shè)計(jì)要求和國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定，并具有出廠合格證。

水霧噴頭、雨淋閥的規(guī)格型號符合設(shè)計(jì)要求，并附有出廠合格證;噴頭的外觀無加工缺陷和機(jī)械損傷現(xiàn)象;雨淋控制閥的閥瓣和操作機(jī)構(gòu)動作靈活可靠，無卡澀現(xiàn)象;閥體內(nèi)清潔，無異物堵塞;水力警鈴的鈴錘轉(zhuǎn)動靈活，手動旋轉(zhuǎn)輕，無阻滯現(xiàn)象。

3.2.2 管道安裝。水噴霧系統(tǒng)管道采用鍍鋅鋼管，卡箍溝槽式連接。安裝時(shí)嚴(yán)格按施工設(shè)計(jì)圖要求進(jìn)行放線、敷管。管材按施工圖尺寸進(jìn)行下料、校直、套絲、去毛刺、飛邊并清除管道內(nèi)部的雜物。

卡箍溝槽式連接前對機(jī)器進(jìn)行了檢查，使用狀況良好，準(zhǔn)備好相應(yīng)管徑的成套連接件。首先將管道按照圖紙要求用滾槽機(jī)壓出溝槽，在滾槽機(jī)滾壓溝槽過程中，嚴(yán)禁管子移位（縱向或角向移位）。安裝時(shí)將橡膠密封圈套上接口部位的一端，移動橡膠密封圈，使橡膠密封圈位于接口中間部位，在橡膠密封圈上涂抹潤滑劑，在接口位置的橡膠密封圈的外側(cè)安放溝槽式接頭，確保接頭內(nèi)緣卡進(jìn)溝槽內(nèi)，并置于溝槽中間位置，用手力壓緊卡箍的耳部;在卡箍螺孔位置，穿上螺栓，并均勻輪換擰緊螺母。

管道安裝前將所需支架預(yù)制加工好，在立管安裝完畢對照圖紙檢查無誤后，將支架固定在兩側(cè)防火墻上或地面預(yù)埋件上，并與管道有效連接固定。

3.2.3 設(shè)備安裝。消防泵、穩(wěn)壓泵及氣壓罐等設(shè)備進(jìn)場后首先要檢查設(shè)備器材的三證（合格證、生產(chǎn)許可證和產(chǎn)品檢測報(bào)告）是否齊全，外觀有無明顯的機(jī)械損傷，規(guī)格、品種、型號是否符合施工圖要求，銘牌是否清晰，并報(bào)請監(jiān)理驗(yàn)收。根據(jù)泵房設(shè)計(jì)圖檢查泵的基礎(chǔ)應(yīng)比泵底座寬100～150 mm，高于地面100～300 mm，并檢查泵的縱橫坐標(biāo)、中心線、標(biāo)高、基礎(chǔ)幾何尺寸、地腳螺釘孔預(yù)留位置大小、深度是否符合要求。

雨淋閥組的主要作用是接通或關(guān)斷水噴霧滅火系統(tǒng)的供水，它能夠通過遠(yuǎn)程電控信號開啟，也可以接收傳動管信號開啟或直接通過手動應(yīng)急操作閥開啟。雨淋閥組安裝在雨淋閥室便于操作的明顯位置，距墻約1.2 m。雨淋閥旁設(shè)置標(biāo)明防護(hù)區(qū)的金屬標(biāo)志牌。

水力警鈴安裝在雨淋閥室的外墻上，水力警鈴和報(bào)警閥的連接管采用鍍鋅鋼管。

3.2.4 管道試壓及沖洗。水噴霧管網(wǎng)主管道施工完畢后按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行水壓試驗(yàn)，管網(wǎng)水壓強(qiáng)度試驗(yàn)壓力值為1.4 MPa，緩慢升壓，達(dá)到試驗(yàn)壓力后穩(wěn)壓10 min，管網(wǎng)無泄漏和變形，且壓力下降不大于0.05 MPa。然后將壓力降到工作壓力進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)，穩(wěn)壓24 h，壓力不下降、無滲漏。試壓合格后連續(xù)做沖洗工作，出水口設(shè)在主變附近泄水井內(nèi)，出水顏色與進(jìn)水顏色基本一致時(shí)，沖洗結(jié)束。

3.2.5 噴頭安裝。水霧噴頭是變壓器水噴霧系統(tǒng)的關(guān)鍵。噴頭采用離心霧化型水霧噴頭，規(guī)格、型號按施工設(shè)計(jì)圖要求。噴頭的安裝間距及位置按施工圖要求進(jìn)行安裝。安裝噴頭時(shí)采用工廠配備的專用扳手。噴頭與被保護(hù)對象的水平距離不小于0.9 m。安裝噴頭時(shí)，在噴頭連接螺紋處纏適量的密封帶，用手將噴頭擰入接管螺紋，再用專用扳手卡住噴頭框架方頭部分施工擰緊，擰緊力矩為10～20 N·m。

由于主變壓器的設(shè)備較高，按照設(shè)計(jì)要求噴頭布置3層，有的部件如油枕局部凸起較高處另設(shè)1～2個(gè)局部噴頭保護(hù)，見圖1、圖2。

3.2.6 報(bào)警及控制。本期主變壓器為室外露天設(shè)置，采用了兩路感溫電纜：一路為開關(guān)量感溫電纜，距離變壓器表面5～10 mm;另一路為模擬量溫感溫電纜，緊貼變壓器表面布置。油枕、油箱以及輸油管路等均纏繞了感溫電纜?？紤]到高壓套管是火災(zāi)多發(fā)部位，在所有套管的根部也繞上一圈的模擬量感溫電纜，實(shí)現(xiàn)了變壓器的全方位保護(hù)，可及時(shí)感應(yīng)到變壓器表面溫升和外部火災(zāi)。變壓器的滅火啟動控制流程如圖3所示。

3.2.7 水噴霧系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試由專業(yè)技術(shù)人員、業(yè)主、監(jiān)理工程師共同研究方案，并由施工方統(tǒng)一負(fù)責(zé)實(shí)施。調(diào)試在消防監(jiān)督機(jī)構(gòu)的監(jiān)督下進(jìn)行。

水噴霧系統(tǒng)調(diào)試前應(yīng)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，保證供水水源、電源、水泵、報(bào)警閥組等設(shè)備設(shè)施滿足調(diào)試要求，電氣設(shè)備具備聯(lián)動調(diào)試條件。消防水泵啟動時(shí)間符合設(shè)計(jì)規(guī)定，穩(wěn)壓泵調(diào)試，打開水泵回流管閥門，使管網(wǎng)內(nèi)壓力下降至穩(wěn)壓泵啟動壓力時(shí)，穩(wěn)壓泵立即啟動，當(dāng)管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，穩(wěn)壓泵自動停止運(yùn)行;關(guān)閉水泵和末端試水閥，雨淋閥復(fù)位后水力警鈴應(yīng)停止報(bào)警。

由于嚴(yán)格按照相關(guān)施工圖紙和技術(shù)規(guī)范施工，并加強(qiáng)過程控制，本期主變壓器水噴霧試驗(yàn)取得了良好效果，得到了監(jiān)理和業(yè)主的一致認(rèn)可，并順利通過消防部門的驗(yàn)收，為變電站的投產(chǎn)運(yùn)行提供了有力的消防安全保障。

4 施工過程遇到的一些問題和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

4.1 支架固定

目前，消防管道普遍使用溝槽式卡箍連接的方式，這種連接方式對于管道的安裝很方便，但是支架的安裝位置是必須要重視的環(huán)節(jié)。例如：連續(xù)轉(zhuǎn)彎處、異徑接口處的支架必須重點(diǎn)加固。支架固定除了按標(biāo)準(zhǔn)圖規(guī)定外，變壓器周圍環(huán)形多層配管的支架應(yīng)采取特殊措施。因?yàn)樽儔浩髦車h(huán)管必須與變壓器外殼保持一定的安全距離，絕不允許晃動或跌落，而變壓器遠(yuǎn)離四周墻，管道支架不能固定在墻上而挑出太遠(yuǎn)。為了避免在試噴時(shí)管道產(chǎn)生較大晃動，在施工中采用槽鋼或角鋼豎立在變壓器四周焊牢，然后在該槽鋼或角鋼上焊接橫向槽鋼牽連，形成圍欄式支架，然后再于其側(cè)向布置環(huán)形管及立管，按規(guī)定距離在支架上開孔，用U形卡固定。這樣固定后，經(jīng)過噴霧調(diào)試的多次考驗(yàn)，證明支架及管道的固定非常牢固，未出現(xiàn)明顯晃動及松脫的情況。

4.2 噴頭的布置

變電站主變壓器是水噴霧滅火系統(tǒng)重要的應(yīng)用對象，其不規(guī)則的外形使水霧噴頭的布置較為困難。在水噴霧系統(tǒng)全部安裝完畢后，進(jìn)行了試噴，在首次試噴過程中，霧化效果比較好，消防泵等設(shè)備的啟動反應(yīng)時(shí)間均滿足規(guī)范要求。但由于變壓器的不規(guī)則形狀，其表面對噴出來的水霧干擾極大，致使局部未能被水霧完全覆蓋。對此，工作人員及時(shí)與業(yè)主、監(jiān)理協(xié)商，并通過設(shè)計(jì)認(rèn)可，在未覆蓋完全的部位增加噴頭，使其能夠滿足水量要求并達(dá)到足夠的噴霧強(qiáng)度和完全覆蓋變壓器表面。

4.3 噴頭的選用

水的霧化質(zhì)量好壞與噴頭的性能和加工精度有關(guān)，對于特定的水霧噴頭，其工作壓力的大小與霧徑有直接關(guān)系，水的壓力越大，霧狀水的粒徑越小，有效射程越大，功耗越多，但是，水霧噴頭的工作壓力不能無限增加，否則在經(jīng)濟(jì)上是不合理的。

在無法提高水霧噴頭工作壓力的條件下，要減少霧徑必須使用新型的水霧噴頭，即細(xì)霧噴頭，從噴頭的構(gòu)造上加以改進(jìn)，從而使水的霧化質(zhì)量更高，粒徑更小。要擴(kuò)展水噴霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，并確保其經(jīng)濟(jì)適用性，減小噴霧的粒徑是行之有效的措施之一。因此，需要生產(chǎn)廠家開發(fā)研制細(xì)霧噴頭，以進(jìn)一步推動水噴霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用。

5 結(jié)語

水噴霧滅火系統(tǒng)在某220 kV變電站中的成功應(yīng)用，充分展示了該系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、有效、安全、環(huán)保的優(yōu)越性能，但在具體應(yīng)用過程中，仍存在一些如噴頭位置的布置等問題。研究者結(jié)合多個(gè)工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在施工中不斷摸索總結(jié)，提出了相應(yīng)的解決方案，指出了施工中應(yīng)該注意的細(xì)節(jié)問題，充分發(fā)揮了水噴霧滅火系統(tǒng)的潛力。隨著水噴霧滅火系統(tǒng)的發(fā)展，細(xì)水噴霧滅火系統(tǒng)等新型水噴霧滅火系統(tǒng)的出現(xiàn)，其必將在變電站主變壓器的消防保護(hù)中獲得更加廣泛的應(yīng)用。

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