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基于消防工程CAD软件的大型火力发电厂消防设计


基于消防CAD软件的大型火力发电厂消防设计
The fire design of large-scale thermal power plant based on Fire-CAD software 王志双 宋胜永
(天津市兆龙软件开发有限公司, 天津 30084) (河北省电力勘测设计研究院, 石家庄 050031) WANG Zhi-shuang SONG

Sheng-yong (Megdragon Fire-Software Development Co.,Ltd. (Hebei Electric Power Design & Research ,Tanjin30084) Institute,Shijiazhuang050031) 【摘要】 随着电力行业的快速发展和我国设计单位逐渐实施的走出去战略, 越来越多的国内 外电力工程设计对现行的设计模式提出挑战。 消防设计即是保障生命和国家财产安全的重要 手段,又是保证生产安全的必备措施,因而对消防工程设计提出了更高要求。使用何种消防 设计计算软件提高设计质量、效率和精确度就成了消防专业人员必须面临的选择。 【 Abstract 】 With the rapid development of power industry and national design units

gradually implementation of the "going out" strategy, more and more power generation engineering design pose challenges the present design mode at home and abroad. Fire fighting design is an important means to protect the life and property safety, and is a necessary measure to guarantee safety in production, which put forward higher request of fire engineering design. Using which kind of fire protection design software to improve design quality, the calculation accuracy and efficiency becomes fire professionals must face the choice of.
【关键词】消防软件;变压器水喷雾;输煤栈桥;NFPA;喷水强度;FM200 气体灭火系统 【Keywords】fire extinguishing software ; transformer water spray ; coal conveyor ; NFPA, water density; FM200 gas fire extinguishing system 1. 前言

随着国家电力工业迅速发展, 引起火灾的因素也明显增多, 电力安全生产的重要性更加 突出,火灾发生几率和防控难度相应增大;同时国家对消防工作越来越重视,消防监督、 审 查部门正在积极准备应用高效、 可靠的技术手段对管网设计计算进行严格审核。 在以前我国 消防工程的设计中,很少使用软件精确的进行水力计算,而往往采用手工进行计算,既浪费 时间,精确度又很低,而且没有正规的计算书及图表,很难满足诸如NFPA标准等涉外工程及 审查部门的要求。这就必然促使消防设计人员掌握专用的应用软件对管网设计进行计算、 验 算、评估,提高设计可靠性,使消防工程设计越来越趋向标准化。 使用“消防工程CAD计算软件”已成为消防专业建设,提高设计水平的一条新路。 “消防 工程CAD”软件应用到工程项目中,其绘图和计算软件为项目提供了精确的数据依据,为近 一步提高消防设计水平打下了坚实的基础。 2. 消防工程 CAD 软件简介

消防工程CAD软件包含消防水系统、气体灭火系统的国标GB和美国消防协会NFPA标准的 自动喷水灭火系统、消火栓系统、水幕系统、水喷雾系统、细水雾系统、泡沫灭火系统、 消 防 炮 系 统 ; 二 氧 化 碳 (CO2) 灭 火 系 统 、 七 氟 丙 烷 (FM200) 灭 火 系 统 、 IG 系 列 气 体 (IG01\IG55\IG100\IG541)等设计计算模块。 3. 消防工程 CAD 在电厂工程中的应用

火力发电厂消防系统包括普通水消防系统(室内外消火栓) 、自动水消防系统(水喷雾、 水幕、自动喷水或细水雾系统) 、气体灭火系统(IG541或七氟丙烷FM200、火探管灭火系统、
王志双(1983~) ,男,辽宁大连人,工程师,从事消防理论研究和消防工程计算软件研发,通讯地址: 天津市新技术产业园区(环外)海泰绿色产业基地K2-2-601,300384 (电话):13820821004 (电子邮件) firecad@163.com

低压CO2系统) 、移动灭火设备(手提或推车式灭火器)及消防报警系统等。 以上安电厂2×600MW 发电工程为例,应用消防CAD软件设计计算,本文列举其中的3个 主要部分加以说明,分别为:主变压器本体及排油坑水喷雾系统、输煤栈桥自动喷水灭火系 统、控制室七氟丙烷灭火系统设计计算。 3.1. 主变压器水喷雾灭火系统的应用

主变压器相关尺寸数据: 外形尺寸(M): 长:10.61 宽:8.205 高:5.62 油枕尺寸(M): 直径:1.5 长:6.5 油坑尺寸(M): 长:14.5 宽:11 传统计算方式只计算最不利点喷头达到的压力及水量, 在总管处的计算及压力控制是模 糊的,不能直观的看到各点的流速,压力,而且系统的响应时间往往考虑不够充分,很少对 系统响应时间进行校核。 这主要是因为消防水系统响应时间还没有准确的计算方法, 消防工 程CAD软件可对整套水喷雾系统的响应时间进行准确的计算。 通过使用“消防工程CAD”软件的设计绘图、水力计算模块,软件计算出每个喷头的流 量、压力、各管段流速,并可以反复核算喷头流量、各管段(压力、流量、流速) 、每段主 干管孔板大小的准确性,计算结果可以校核哪些项是否有流速、压力过大或过小等问题, 通 过调节管径、孔板大小、喷头K值等快速计算来达到最优化设计。 软件自动绘制水力计算简图(如图1所示)

图1

主变压器水喷雾计算简图

王志双(1983~) ,男,辽宁大连人,工程师,从事消防理论研究和消防工程计算软件研发,通讯地址: 天津市新技术产业园区(环外)海泰绿色产业基地K2-2-601,300384 (电话):13820821004 (电子邮件) firecad@163.com

自动调入数据包括:管长、管径、孔板、喷头K值、额定工作压力、标高等信息。计算 结果如表1。 表1 水喷雾计算书中部分计算结果 各层关键 喷头编号 94 (k=42.8) 97 (k=42.8) 79 (k=42.8) 41 (k=42.8) 10 (k=33.7) 喷头流量 (L/S) 1.34 1.36 1.41 1.45 1.2 关 键管 段编号 111 112 270 271 200 管段流量 (L/S) 71.96 36.78 64.41 31.37 136.37 管段流速 (M/S) 2.46 2.81 2.2 2.4 2.92 沿程损失 (M) 0.03 0.14 0.02 0.16 0.22 各区喷水强度 L/(Min*㎡)
油坑 14.18 > 6 本体 22.35 > 20 油枕 26.59 > 20 响应时间(S) 15.7 < 45

通过校核计算,最不利喷头压力满足灭火0.35MPa,流量满足计算流量要求。各个关键 管段流量、流速、沿程损失均在正常合理范围内,得到总管流量136.37 L/S,压力58 m水柱, 响应时间15.7s,以及油枕、本体、油坑实际喷水强度均满足设计规范要求,实现管径最经 济设置,减少工程造价。 3.2. 输煤栈桥自动喷水灭火系统的应用

输煤栈桥相关尺寸数据: 外形尺寸(M): 长:76.5 宽:7.0 斜度:7.5° 由2组自动喷水灭火系统组成,用3个水幕防火分隔开。由于篇幅所限,此处我们仅以保 护栈桥顶部的一个防护区的水流指示器入口处开始计算 (根据GB50229-2006规定输煤栈桥火 灾危险等级为中危险II级,最小作用面积160㎡) ,相对标高由软件自动生成并标示在图上, 计算简图如图2所示。

图2 输煤栈桥自动喷水系统计算简图 软件可以对栈桥斜面自动布置喷淋管网, 配管, 生成实际坡度的系统图和水力计算简图, 自动调入计算程序,对每根管段、每个喷头、不同节点高差进行精确的水力计算,计算书中 部分计算结果如表2所示。 表2 自动喷水计算书中部分计算结果 关键喷头 编号 32 (k=80) 16 (k=80) 1 (k=80) 17 (k=80) 喷头流量 (L/S) 0.94 0.95 1.26 1.27 关键管 段编号 57 89 61 91 管段流量 (L/S) 14.31 14.45 3.94 3.91 管段流速 (M/S) 1.68 1.70 1.93 1.91 沿程 损失(M) 0.02 0.02 0.25 0.25 局部 损失(M) 0.36 0.65 1.38 1.95

王志双(1983~) ,男,辽宁大连人,工程师,从事消防理论研究和消防工程计算软件研发,通讯地址: 天津市新技术产业园区(环外)海泰绿色产业基地K2-2-601,300384 (电话):13820821004 (电子邮件) firecad@163.com

78 99

18.25 36.61

2.15 2.19

0.31 0.73

0.16 0.0

通过水力计算,最不利喷头为32号而非通常意义上的16号喷头(原因:第91管段是四通 中的支路当量损失大于第61管段是三通中的支路,由表2计算结果可以看出“前者损失大于 后者损失与第78管段损失之和”,流量满足计算流量要求。各个关键管段流量、流速、沿程 ) 损失均在正常合理范围内, 得到总管流量36.61 L/S, 压力20.45 m水柱, 实际喷水强度为13.73 L/(Min*㎡) > 10.2 L/(Min*㎡)(由于栈桥火灾蔓延的速度、危险性高,这里我们选用高于 我国标准要求的美国国家防火协会NFPA 850标准) 满足其设计规范要求。 3.3. 控制室七氟丙烷(FM200)灭火系统的应用

相对于水系统而言,气体灭火系统一个防火分区空间小,绘图布置简便快捷,其最复杂 的过程就是相应的管网计算。 传统计算方式只计算初始设计用量, 储瓶个数, 泄压口面积等, 难以详细核算每一项是否满足GB 50370-2005《气体灭火系统设计规范》 : 3.3.1 七氟丙烷灭火系统的灭火设计浓度不应小于灭火浓度的 1.3 倍。 3.3.6 防护区实际应用的浓度不应大于灭火设计浓度的 1.1 倍。 3.3.11 管网的管道内容积,不应大于流经该管网的七氟丙烷储存量体积的 80%。 该工程主控制室(FM200灭火设计浓度8%)气体灭火系统我们应用消防工程CAD软件绘 图、配管、计算,其相关尺寸数据: 工作间尺寸(M): 长:15 宽:12.3 高:3.5 地板下尺寸(M): 长:15 宽:12.3 高:0.5 吊顶上尺寸(M): 长:15 宽:12.3 高:0.4 软件可根据平面图自动生成多层管网系统图和计算简图,同时自动给吊顶层、工作间、 地板层各区的喷头、节点、管段编号,并自动调入计算程序,进行精确的管网计算,计算简 图见图3所示。

王志双(1983~) ,男,辽宁大连人,工程师,从事消防理论研究和消防工程计算软件研发,通讯地址: 天津市新技术产业园区(环外)海泰绿色产业基地K2-2-601,300384 (电话):13820821004 (电子邮件) firecad@163.com

图3 FM200气体灭火系统计算简图 如图3所示:软件把从1-8号喷头定义为吊顶上喷头,9-16号喷头定义为地板下喷头, 17-24号喷头定义为工作间喷头。计算书中部分计算结果如表3和表4所示。 表3
七氟丙烷 设计用量 (kg) 513.27 七氟丙烷管 道内剩余量 (kg) 0.06

FM200计算书中系统部分结果
储存 容器 数量 6 储瓶容器 充装率 (kg/m3) 737.96 实际喷 射浓度 (%) 8.00 管道内 容积 (立方米) 0.24 0.8倍系统 充装容积 (立方米) 0.30

单个储存 容器容积 (L) 120.00

表4 喷头编号 1-8 号 9-16 号 17-24 号 喷头接管 管径(mm)
DN20 DN20 DN40

FM200计算书中喷头部分结果 喷头流量 (Kg/s)
0.73 0.91 6.38

喷头入口 压力 (MPa)
1.38 1.47 1.37

等效孔口 面积 (C㎡)
0.24 0.29 2.14

实用喷头 规格代号
8 8 22

通过相关数据的修正和软件详细的管网计算, 该七氟丙烷气体灭火系统工程设计的各项 计算结果满足 GB 50370-2005《气体灭火系统设计规范》的要求,同时在满足规范的前提 下,软件能尽可能的节省储瓶个数、管材重量等工程造价,以此达到设计的最优化。 4. 小结

通过使用专业的消防工程设计计算软件可以大大提高消防工程的设计效率和质量, 提高 设计水平和消防工程的安全性、可靠性、经济性,为消防工程设计走上标准化、智能化提供 了良好的工具。

【参考文献】 1、 GB 50229-2006,火力发电厂与变电站设计防火规范。 2、 NFPA 850 (Recommended Practice for Fire Protection for Electric Generating Plants and High Voltage Direct Current Converter Stations)2005.Edition 。 3、 GB 50219-1995,水喷雾灭火系统设计规范。 4、 GB 50084-2001(2005 年版),自动喷水灭火系统设计规范。 5、 GB 50370-2005,气体灭火系统设计规范。 6、 刘 坤,张 力 消防 CAD 软件应用于大型油库的设计 石油化工安全技术 2005(21).4

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