核电厂变压器水喷雾消防设计浅析

核电厂变压器水喷雾消防设计浅析

郑民发

中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广州510663

摘要：油浸式变压器水喷雾消防系统为变压器提供可靠的消防保证。本文对核电厂变压器消防的管道布置，喷头选型，支架布置等方面进行介绍，根据工程经验，提出几点建议，可供核电项目变压器消防人员参考。

关键词：核电厂；变压器；消防设计；

近年来，工业厂房火灾事故频发，不仅造成了巨额的经济损失，也对人民的生命造成了巨大的威胁。消防救援的重要性也被再次凸显，同时不容忽视的还有自动灭火系统的灭火、防护冷却、阻碍火势蔓延功能。核电厂的安全一直受到各界的广泛关注，固定式自动灭火系统以其响应迅速的特点，在核电厂各重要区域成为消防系统的重要组成部分。本文主要介绍核电厂油浸式变压器消防设计一般原则及需要注意的事项。

1油浸式变压器

变压器种类众多，按冷却方式可分为：干式变压器，油浸式变压器。干式变压器依靠空气对流进行自然冷却或增加风机进行冷却，没有冷却油，无需设置独立的固定消防系统。而油浸式变态器采用油作为冷却介质，国标GB50219-2014规定，油浸式变压器必须设置水喷雾自动灭火系统。目前，国内大部分核电厂使用的是油浸式变压器。

2水喷雾灭火系统管径预估

首先，需确定变压器的保护面积，总保护面积S应根据变压器外表面积S1（应减掉底面面积），集油坑面积S2（计算时应减掉变压器的投影面积）以及油枕的表面积S3确定。根据规范要求，油浸式电力变压器的供给强度度q1不小于20L/（min·m2），集油坑消防供给强度q2不小于6L/（min·m2）。由保护面积与喷雾强度可得到计算流量：Q1=q1×（S1+S3）+q2×S2；计算流量再乘以1.05~1.2的安全系数后，可作为系统估算流量Q2，进而对系统管径进行预估。核电厂主变、厂变区域使用的消防主干管管径在DN150-DN200之间；锅炉变、辅助变等消防主干管管径在DN100-DN150之间。

3水雾喷头的选择

水雾喷头型号、种类众多，普通火力发电厂一般使用ZSTWB系列喷头。而目前国内核电使用较多的是威景系列的高速水雾喷头。该系列喷头进水与出水方向成90度夹角，1/2’’NPT外螺纹接口，雾化角由30°、60°、90°及120°组成，流量系数K最小为17.3，最大可达到72，种类齐全。根据目前国内核电变压器水喷雾系统喷头使用现状，建议对变压器本体选用雾化角为90°或120°的喷头，油枕建议选用120°喷头，集油坑建议选用90°喷头。K系数的确定可根据喷头的初步布置及估算流量协调确定，变压器本体及油枕建议选用K系数40以上的喷头，集油坑喷头K系数可适当减小。核电厂的变压器一般布置在室外，喷头的喷雾曲线容易受到室外风力的影响，选用大K系数的喷头可减小室外风力对喷雾曲线的影响。

4水雾喷头的布置

水雾喷头的布置合理与否，直接关系到变压器是否被全方位保护。国标GB50219中第3.2章节给出了详细的喷头布置要求，其中对油浸变压器的喷头布置提出两点要求：a变压器绝缘子升高孔口、油枕、散热器、集油坑应设置水雾喷头保护；b水雾喷头之间的水平距离与垂直距离应满足水雾锥相交的要求。除根据规范要求进行布置外，还需注意以下几点。由供货商提供的水雾喷头洒水曲线。不同的喷头K系数、雾化角对应着不同的洒水曲线，不同的洒水曲线对应着该种喷头的有效喷射距离及覆盖面积。这两个指标直接影响水雾喷头的布置间距，所以在消防管道贴近环绕变压器布置的情况下，选用120°雾化角的喷头可以增大单个喷头的保护面积。K系数在40以上，120°雾化角的喷头有效喷射距离一般在1.5m左右，根据变压器区域的设备布置，消防管道一般布置在变压器外侧0.8m~1.2m处，此时，喷头的布置间距在1.3m~1.8m范围内是比较合适的。核电厂主变压器高度一般在5m左右，厂用变压器高度一般在4.5m左右，根据工程经验，布置三层喷头是比较常见的做法。顶层喷头保护变压器顶部区域，中间层喷头保护变压器侧面中上部区域，下层喷头保护变压器侧面下部区域，同时可兼顾部分集油坑面积。油枕处应单独设置喷头进行保护，不计在此三层喷头范围内。

水雾喷头、管道与电气设备带电（裸露）部分的安全净距宜符合现行行业标准《高压配电装置设计技术规程》DL/T5352的规定。进行喷头与管道布置时必须严格执行此项规定。有工程实例显示，安全净距不足，不仅影响电气设备，同时因电磁感应原理，喷头或管道有可能此因被破坏。GB50219-1995年版规范中要求保护变压器顶部的水雾不应直接喷向高压套管，但在GB50219-2014年版规范中已将此条删除，并在条文解释中给出结论，水雾直接向高压绝缘套管喷洒是安全的。

用于集油坑保护的喷头高度需设置合理，过高的喷头，其有效射程超出范围，雾化效果减弱。过低的喷头，其数量增加，同时人阻碍人员通行。故水雾喷头建议选择雾化角为60°或90°，其有效射程长，此时可将喷头布置在2m左右的高度，即可以有效保护集油坑，也不会阻碍人员通行。

5消防管道与支架布置

核电变压器消防采用内外热镀锌无缝钢管，公称直径大于等于65的管道采用法兰连接，公称直径小于65的采用螺纹连接。管道采用法兰进行分段时，为便于运输安装，管道直管段长度不宜超过5m；为保证管道镀锌质量，分段后每段管道弯头个数不宜超过两个。根据三层喷头的布置方案，可将管道布置成环状，设置两层环管，顶层环管高度可与变压器本体高度齐平；底层环管高度宜在2m左右，方便布置保护变压器底层喷头与保护集油坑喷头。与喷头连接的小支管，从主管接出来后，宜连接两个90°弯头后与喷头连接，组成万向接头形式，方便现场根据变压器外形将喷头方向与角度进行适应性调整。

由于水喷雾系统压力较大，系统启动时，水流对管网产生巨大的冲击力。所以管道支架的设置间距不宜过大，环状管网每边的支架个数建议不少于两个。支架形式可大致分为独立支架与立管支架。独立支架指在油池底生根立柱型钢（H型钢、槽钢或工字钢），在管道标高处设置悬臂支架或三角架固定管道。立管支架指在环管处设置等径三通，使管道下伸至油池底，并采用法兰盲板与油池底进行固定。独立支架灵活性强，在现场环管微调的情况下，可通过悬臂长度进行支架调整。立管支架形式可在立管接出支管连接喷头，方便布置底层喷头与保护集油坑喷头；同时，立管支架其实为消防管道本体，环管与多个立管形成更加稳固的框架性结构，受力条件更好，整个系统更牢固。但现场变更调整困难也是立管支架不可忽略的缺点，管道调整“牵一发而动全身”。两种支架形式的选用应根据项目工程实际情况仔细评估后确定。

6系统校核计算与现场试喷实验

系统设计完成后，应采用专业软件进行系统计算。必须保证系统最不利点喷头处的压力不小于0.35MPa以保证喷头的雾化效果。复核管径的选择是否合适，水流速度宜在经济流速5m/s以下。复核系统所需最低流量是否满足需求或喷水强度是否满足规范。复核系统入口压力是否与供水管网压力匹配。核电消防水自消防泵房起，经过核岛后进入常规岛，进入常规岛压力降至1.0MPa，变压器消防系统从常规岛消防环管接出，其接出点压力在0.85MPa左右。经过计算得到的变压器消防系统入口压力不能超过上述压力值，否则需对系统进行调整。

变压器水喷雾系统现场安装调试完毕后，需要进行现场试喷实验。现场试喷实验可以直观查看水喷雾的覆盖情况，对覆盖不足的区域进行喷头朝向调整或增加喷头处理，同时可以检测管道和喷头是否存在堵塞的情况。

7结语

变压器消防系统是核电厂消防系统的重要组成部分。本文从设计角度出发，对核电厂变压器水喷雾消防系统的设计过程进行简要梳理，对喷头选型、管道布置、喷头布置、支架布置等问题进行了分析、探索，并提出了适当建议。核电消防设计人员在进行变压器消防设计时应根据项目需求，总结已建工程实例经验，比对分析，合理选型，才能更好地完成变压器水喷雾消防设计工作。

参考文献：

[1]GB50219-2014水喷雾灭火系统技术规范[S]

[2]GB50974-2014消防给水及消火栓系统技术规范[S]

[3]DL/T5352-2006高压配电装置设计技术规程[S]