NFPA12标准下水电站发电机CO_2灭火管路设计探讨.pdf

第 3 5卷第 4期 2 0 1 2年 8月 四 J I I 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c P o w e r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 5， No ． 4 Au g ．， 2 01 2 N F P A1 2标准下水 电站发电机 C O 2灭火管路设计探讨 王伟 ， 曹静 1 ． 四川省电力工业调整试验所 ， 四川 成都6 1 0 0 1 6 ； 2 ． 中水顾问集团成都勘测设计研究院， 四川 成都6 1 0 0 7 2 摘要 主要讨论 了 N F P A1 2标 准下水电站发 电机 C O 灭 火与国标水喷 雾灭 火方式的优 缺点对 比 ， 以及 发 电机 C O 灭火管路设计计算。随着社会和科技的发展， 中国水电站会逐步实现无人值班， 发电机灭火也会 由水喷雾灭火为主， 逐步改变为 C O ， 灭火为主。 关键词 N F P A 1 2 ； 发电机； C O 2 灭火 ； 管路设计 Ab s t r a c t Th e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s b e t w e e n C O2 fi r e f i g h t i n g u n d e r N F P A1 2 s t a n d a r d a n d wa t e r s p r a y fi r e fi g h t i n g u n de r n a t i o n a l s t a nd a r d f o r g e n e r a t o r s i n h y dr o po we r s t a t i o n a r e d i s c u s s e d，a s we l l a s t h e de s i g n c a l c ul a t i o n for CO2 fir e fig ht i n g p i p e l i n e o f g e n e r a t o r s ．Al o n g w i t h t h e d e v e l o p me n t o f s o c i e t y a n d t e c h n o l o g y i n C h i n a ，t h e u n a t t e n d e d o p e r a t i o n w i l l b e r e a l i z e d s t e p b y s t e p i n h y d r o p o we r s t a t i o n，a n d t h e fir e p r e v e nt i o n o f g e n e r a t o r wi l l g r a d u a l l y gi v e p r i o r i t y t o CO2 fir e fig ht i ng i n s t e a d o f u s i n g w a t e r s p r a y fi r e f i g h t i n g i n h y d r o p o we r s t a t i o n ． Ke y wo r d s N F P A1 2 s t a n d ard ；g e n e r a t o r ；C O2 fi r e fi g h t i n g ；p i p e l i n e d e s i g n 中图分类号 T V 7 4 2 文献标 志码 A 文章编 号 1 0 0 36 9 5 4 2 0 1 2 0 4 0 0 8 40 3 中国水电建设 和设计公司进入 国际市场 ， 会 面 临很多挑战， 比如 ， 使用语言不一致 ， 在交流方面与 在中国执行合同过程中显然不一样； 中国设计单位 和建设单位要在 国际上逐渐树立 自己的品牌， 赢 得 国际社会认可； 投标与合同执行过程中采用新的设 计 、 建设标准， 要重新了解 、 学习、 掌握国际标准与中 国标准的不 同， 以便在投标 、 合同谈判以及执行过程 中游刃有余 。发电机灭火标准就是其中的一项。与 中国采用水喷雾灭火不 同， 国外一般执行 N F P A 1 2 标准 ， 采用发电机 C O 灭火。 1 水 电站发 电机水 喷雾 灭火与 C O 灭火 比较 中国水 电站发 电机灭火设计 中采用水喷雾灭 火 ， 但 国外水电站尤其是美国、 欧洲电站或者在历史 上被欧洲殖民过 的 国家 中一般 采用发电机 C O 灭 火。国外电站一般采用无人值班 的方 式 ， 当发 电机 失火 ， C O ， 灭火系统可 自动将火灾扑灭 。中国水 电 站虽然按照“ 无人值班” 设计 ， 但实际上一般采用少 人值班， 达不到“ 无人值班” ， 所以， 发电机使用 C O 灭火对电站运行人员有一定的危险性。表 1 列举水 8 4 电站发电机水喷雾灭火与 C O 灭火的优缺点。 表 1 水 电站发电机水喷雾灭火 与 C O 灭火的优缺 点 发电机灭火方式 优缺点 水喷雾灭火 C O 灭火 2 发电机 C O 灭火管路设计 2 ． 1 设计要点 首先 ， 发电机 C O 灭火使用标准要根据业 主要 求 ， N F P A 1 2或国标 G B 5 0 1 9 3 ， 标准不 同决定 了 C O 使用量不同。其次 ， 发电机 C O 灭火 系统组成要根 第 3 5卷第 4期 2 0 1 2年 8月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n El e c t r i c Po we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 5。 No ． 4 Au g ．， 2 01 2 据业主要求 ， 比如全厂设置发 电机 C O 灭火 系统数 量 ， 以及主喷放灭火浓度、 主喷放 时间、 延 时喷放灭 火浓度 、 维持浓度时间。再次 ， 业主对于系统动作以 及停止的要求 。如 ， 感温探头探测温度达到 8 0℃， 并有感烟探头警报， C O 灭火系统收到报警后动作。 在机组检修时， 系统可探测发 电机机坑进人 门是否 打开， 如果打开 ， 即使有火灾报警 ， 发电机灭火系统 也不动作 ， 保证电站工作人员的人身安全。最后 ， 过 压保护系统。一般认为机坑是一个 密闭系统。C O 气体进入机坑 内灭火后 ， 抽离装置未开启前 的基坑 压强虽然不足以将风罩混凝土破坏 ， 但是出于保护 发 电机附属设备 以及基坑盖板不变形 ， 要设立过压 保护系统。 2 ． 2实例计算 以非洲某项 目水 电站发电机 C O 灭火 管路设 计为例。该项 目共 l 0台机组 ， 单机容量 1 8 7 MW， 机坑内净空间按照机坑体积减去定、 转子体积 定 、 转子重量除 以铜 的密度 来估算 ， 经计算 机坑 内净 空间约 6 8 3 ． 4 2 r f l 。 。主合 同要求全厂发电机共设置 两套 C O 灭火系统 ， 即每 5台发 电机共 用一套 C O 灭火 系统。灭火系统分 为主喷放和延 时喷放 两阶 段。主喷放阶段 C O 浓度达到 4 0 ％ ， 并在 6 0 S内喷 放完毕。1 m i n时启动延时灭火设 备 ， 应在 2 0 m i n 内保持 C O 密度 2 5 ％。C O 使用 7 0 L 、 4 2 k g 每个 钢瓶 的重量定义为 IT I 容量钢瓶储存 ， 钢瓶储存间 平均温度 约为 2 0℃ ， 此时钢瓶 内压 强为 1 5 M P a 。 仅考虑一 台发电机失火情况。 1 主喷放 阶段 C O ， 钢瓶数量 根据 N F P A1 2中表 5 ． 3 ． 3 b 条规定 ， 在 3 4 ％的 条件下， 1 2 7 ． 3 6～ 1 4 1 5 Il l 空间容积范围内， 选 1 ． 3 I 13 ／k g ， 得出需要 C O 灭火剂重量 为 6 8 3 ． 4 2 ／ 1 ． 3 5 25． 7 k g。 根据 N F P A 1 2第 5 ． 3 ． 4条规定 ， 超过 3 4 ％ 的设 计浓度对象 ， 按 图 5 ． 3 ． 4增加用量 ， 按主合同要求 ， 初始浓度 4 0 ％ ， 查表得系数 1 ． 2 0 4， 则初始设计用量 为 M 15 2 5． 71． 2 0 4 6 3 2． 95 k g N】 M】 ／ m 6 3 2 ． 9 5 ／ 4 21 5 ． 0 7瓶 取 l 6瓶 。 式 中， 为套发 电机 C O 灭 火系统 主喷放 阶段所 需 C O 质量 ； N 为套发 电机 C O 灭火 系统 主喷放 阶段所需 C O 钢瓶数量。 2 延时喷放阶段 C O 钢瓶数量 根据 N F P A 1 2中表 A 5 ． 5 ． 3 b 条规定 ， 查表插 值得延时系统灭火 喷射应维持 2 5 ％浓度 2 0 m i n的 C O 最低估算量为 M2 6 2 0 ． 5 k g 。 Ⅳ 2 ／ m 6 2 0 ． 5 ／ 4 21 4 ． 7 7瓶 取 l 5瓶 。 式中 ， 为一套发 电机 C O 灭火系统延 时放 阶段 所需 C O 质量 ； N 2 为一套 发 电机 C O 灭火 系统延 时放阶段所需 C O 钢瓶数量。 3 过压保护系统计算 使用公式 理想状态气体公式P V l ／ T P2 X ／ 分压定律在一密闭容器 内装有混合气体 ， 容器内的总压强 P等于所有气体的压强和。 从启动 C O 灭火系统后 ， 可 以分为两个 阶段 ， 第一阶段是 C O 从 主喷放 钢瓶及延 时喷放 钢瓶 中 释放至机坑 内 初始是气液两相 ， 随时间和温度的 变化 ， 最终变成气态 ， 并且 C O 温度 由 2 0℃上升 至 8 0 c C 根据设定的火灾报警温度 。第二 阶段是 机坑内空气及 C O 考 虑此 时全部变成气 态 混合 后压强增加。暂时不考虑 C O 由气液两相转 化为 气态的过程中吸热 ， 机坑 内温度下降。 第一阶段 钢瓶 内 C O 的压强 为 P 1 5 MP a ， 主喷放与延时喷放钢瓶内 C O 的体积为 V 3 1 7 0 ／ 1 0 0 02 ． 1 7 0 1 T I ， 钢瓶问温度为 T 2 0 2 7 3 2 9 3 K； P 为机坑 内 C O 气体 的压强 ，机坑 内体积 为 I ／ 2 6 8 3 ． 4 2 1 T I ， 发生火灾后机坑内的温度为 8 02 733 5 3 K。 P2P1 X ／ ／ 1 5 X 2． 1 7 3 5 3 ／ 2 93 ／ 68 3． 4 20． 0 5 7 4 MP a 第二阶段 常压空气 由2 0℃变为 8 0℃时 ， 压强 变化不大 ， 与上面计算类似， 总压强 由分压定律得 P 0． 1 2 2 0． 0 5 7 40． 1 7 9 4 MPa 。 由于未考虑 C O 由气液两相转化 为气态 的过 程 中吸热 ， 机坑 内温度下 降。机坑 内实际压强应该 小 于 0 ． 1 7 9 4 MP a ， 大于标准状态下大气压力 ， 但是 根据 N F P A 5 ． 6 ． 2计算泄压孔 的面积 ， 配置泄压孔。 泄压孔需由管路连接至室外。 X 2 3 9 0 ／ P 。 式 中， 口为 C O 喷放速率 ， k g ／ m i n ， 因延时喷放在主 喷放 1 mi n后才开始 ， 所以， C O 喷放速率取两次喷 放的较大值 ， 取 4 21 6 6 7 2 k g ／ m i n ； P为建筑物 R 5 ． 第 3 5卷第 4期 2 0 1 2年 8月 四 J I l电 力 技 术 S i c h u a n El e c t r i c P o we r Te c h n o l o g y Vo 1 ． 3 5。 No ． 4 Au g ． ， 2 0 1 2 可承受压强 ， k P a ， 因为发电机基坑可承受压力较大 ， 取值 为4 ． 8 K P a ； X 为 泄 压孔面 积， m m 。 3 结 语 X 23 9 6 7 2 ／ 4． 8 。 ～ 73 3 0 7 ．1 9 mm 4 主喷放管路以及延时喷放管路管径选择 Q M／ T D 1 ． 4 1 3 ． 7 8 、 ／ Q 式 中， D为管路直径 ， m m； Q为平均主管管路 中的流 量 ， k g ／ mi n ； T为喷放时间， 1 mi n 。 由上式 ， 可计算 出主喷放管路与延时喷放管路 主管管径均可选用 D N 5 0 。 5 管路材质及壁厚选择 管路材质一般根据 主、 合 同要求。合同没 有要 求的， 可以使用不锈钢管、 焊接钢管， 若使用焊接钢 管要内外镀锌， 个别项目 业主要求不能内镀锌， 但可 以涂防锈油漆 ， 根据合 同要求执行。管路安装完毕 后需要进行打压试验， 一般钢管均可承受， 若合同已 经规定的管路腐蚀厚度 ， 应根据管路壁厚计算公式 计算 ， 然后选择钢管厚度。公式如下 。 s c Zo “ 式中， s为管路壁厚， m m； P为管路设计压力， M P a ； d 为管路公称直径 ， m m； o - 为设计工作温度下材料许 用应力 ， MP a ； c 为腐蚀厚度 ， mm； S为制造偏差 ， 取 1 5 ％管路壁厚 ， m m。 6 灭火后气体抽离系统 发电机灭火后 ， 需要从发 电机机坑 内将 C O 抽 离 ， 并且排 出室外。 从水 电站设立值班人员数量看 ， 中国值班人员 较多， 国外水电站多按照无人值班设计， 尤其是欧洲 电站。在 中国水电站 ， 发电机水喷雾灭火发生误报 警误动作 时， 若灭火采用 自动方式 ， 则水喷雾会使线 圈损坏 ， 导致水电站损失较大 ， 所以中国发电机水喷 雾灭火一般采用手动方式。当有报警 发生后 ， 值班 人员去现场确认 ， 确认发生火灾后 ， 手动启动灭火装 置 ， 给发电机灭火。这时， 发电机灭火快慢取决于值 班人员的动作快慢。无人值班水电站一般采用发电 机 C O ， 灭火 ， 发 生火灾后灭火系统动作迅速 ， 即使 误动作 ， 抽 离 C O 后 ， 不影响机组继续使用。随着 社会和科技的发展 ， 中国水电站会逐步实现无人值 班 ， 发电机灭火也会 由水喷雾灭火为主， 逐步改变为 C O ， 灭 火 。 参考文献 [ 1 ] N F P A 1 2 2 8 ， S t a n d a r d o n C a r b o n D i o x i d e E x t i n g u i s h i n g S y s t e m[ S ] ． 作者简介 王伟 1 9 8 3 ， 男， 学士， 主要从事火电调试工作； 曹静 1 9 8 6 ， 女， 硕士， 主要从事水电站机电设计 工 作 。 收稿 日期 2 0 1 2 0 4 0 6 电 女 七 七 - 6“ 七 七 七 七 上接第 7 5页 4 ． 2 购电流程 用户卡购电流程复杂， 也是 C P U卡操作流程中 最关键 的部分 ， 需要多次认证及判断 ， 最后才能把购 电卡里 的电费充值到表内 E S A M钱包文件里。图 6 是结合 国内主流售电系统流程的用户卡表内购电流 程图。 5 结束语 C P U卡是继存贮器卡 、 逻辑加密卡后 的第三代 I C卡 ， C P U卡及 E S A M芯片在智能电表上的应用为 智能电表本地安全数据交换 、 远程加密数据通信提 8 6 供了重要技术支撑 ， 为未来智能电表 的双向信息互 动提供 了很好的技术平台。C P U卡智 能电表会 因 其快捷的充值操作、 安全的数据传递而受到供电局 及用户的青睐。 参考文献 [ 1 ] I S O ／ I E C 7 8 1 6 ， 卡片基本规范及数据交换命令[ S ] ． [ 2 ] Q ／ G D W_ 3 6 5 2 0 0 9 ， 智能电能表信息交换安全认证技 术规范[ S ] ． [ 3 ] 北京握奇有限公司， T i m e C O S ／ P B O C通用技术参考手 册 ． [ 4 ] 北京融通高科有限公司，A R T C O S E S A M通用手册． 收稿 日期 2 0 1 20 5 2 9