變壓器水噴霧消防系統(tǒng)設計的考慮

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變壓器水噴霧消防系統(tǒng)設計的考慮

    摘　要:詳細分析變壓器水噴霧消防系統(tǒng)的設計,實例介紹,可供參考。
    關鍵詞:變壓器;消防設計;水噴霧系統(tǒng)

    1 　變壓器的結構及其火災隱患
    變壓器就其產(chǎn)品的種類和用途來分有電力變壓器(有載調(diào)壓變壓器) 、試驗變壓器、電爐變壓器、整流變壓器和調(diào)壓器等;有油浸變壓器和干式變壓器;有三相變壓器和單相變壓器, 如500 kV 變電所所用的500 kV 單相變壓器。在電廠和變電所中較常見的是油浸電力變壓器。油浸變壓器基本上都由以下幾部分組成: ①變壓器主體, 即變壓器器身, 由浸于變壓器絕緣油油箱中的鐵心和繞組線圈構成; ②變壓器絕緣油及其管路系統(tǒng); ③儲油柜,又稱膨脹油箱或油枕,位于變壓器器身上方; ④冷卻器(或散熱器) , 變壓器冷卻器有風冷卻器、水冷卻器、片式散熱器等,通過冷卻器聯(lián)管與主油箱相連,用于冷卻并降低油箱內(nèi)的絕緣油油溫。冷卻器可與器身緊接在一起,也可單獨另外布置; ⑤高壓套管, 位于器身之上, 端部帶電, 溫度較高; ⑥低壓套管; ⑦高壓中點套管, 又稱中性點; ⑧調(diào)壓開關; ⑨放油閥, 位于器身油箱底部; ⑩主控制箱; (11)壓力釋放閥,安全氣道,凈油器等。
    對于電壓等級較高的變壓器,除高低壓套管外,還可能有中壓套管。油浸變壓器內(nèi)部儲有大量絕緣油,其閃點在130～140 ℃之間,但屬可燃油。一旦變壓器線圈短路,即可引發(fā)嚴重的火災。如變壓套管爆炸噴油燃燒。
    2 　變壓器消防設計的必要性
    在發(fā)電廠和變電所中,各種大中小型油浸變壓器使用特別多,而且這些變壓器的安全問題直接影響到電廠變電所的正常運行, 特別是電廠的主變、高壓廠用變、啟動備用變等更是發(fā)電廠的核心設備, 一旦發(fā)生火災,不僅影響電廠機組運行, 而且還威脅到周圍建筑設備和人員的安全。1971 年至1991 年的20 年中全國火電廠共發(fā)生的86 次火災中,變壓器火災約占了10 %左右。變壓器火災既是油類火災, 也是電氣火災,一旦發(fā)生險情,一般極易形成爆炸,如短路火災中,一旦短路發(fā)生, 變壓器油箱內(nèi)在極短的時間內(nèi)(有的不到1 s) 便形成一個高溫高壓的空間,并隨即爆炸起火。因此,必須對電廠及變電所重要的變壓器設置相應的、適合的、可靠的、較為經(jīng)濟的消防滅火系統(tǒng)。
    用于保護各類變壓器的滅火系統(tǒng)有:化學粉劑、二氧化碳、1211 或1301 等氣體系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)及排油注氮滅火系統(tǒng)。目前,國內(nèi)外對變壓器消防應用最為普遍的是水噴霧滅火系統(tǒng),因為該系統(tǒng)功效優(yōu)良,造價較低,除滅火外還有冷卻功效。
    3 　變壓器水噴霧滅火機理及水霧噴頭的選擇
　　水噴霧系統(tǒng)通常是指噴咀在額定工作壓力下噴出的液滴平均粒徑在1 mm 以下的霧化水滅火系統(tǒng)。對水滴直徑大于1 mm 的通常稱為開花水,多由各種噴水系統(tǒng)的反射噴咀所形成,通常認為不屬于水噴霧范疇, 當平均水霧滴徑為0.05～0.3 mm , 稱為水貍,也稱超細水霧,是目前新興的一門滅火技術。其滅火效果非常好。中國尚無實用例子。
    由于變壓器火災是帶電的油類火災,既要考慮油類火災的特點,又要帶電安全距離, 水噴霧系統(tǒng)噴射的霧狀水滴是不連續(xù)的間斷水滴,所以具有良好的電絕緣性能,可用于變壓器消防保護。一般說來, 當水以細小的水霧滴噴射到正在燃燒的變壓器表面時會產(chǎn)生以下作用。
    (1) 表面冷卻。相同體積的水以水霧滴形態(tài)噴出時比直射流形態(tài)噴出時的表面積要大幾百倍,當水霧滴噴射到燃燒表面時因換熱面積大而會吸收大量的熱迅速汽化,使燃燒的油表面溫度迅速降到油熱分解所需要的溫度以下,使熱分解中斷,燃燒即中斷,水霧滴徑越小,單位面積水形成的水霧的表面積越大,冷卻效果越好,同時電絕緣性能越好, 因此變壓器水噴霧頭的選擇應充分考慮到這一點。要求產(chǎn)生的水霧滴徑要小,同時也應考慮到噴霧滴大小也是重要因素。通常國內(nèi)水霧噴頭霧化液滴在額定工作壓力下的平均粒徑一般在1 mm 以下,大多在0.5 mm 左右。對用于變壓器火災的水霧滴宜在0.4～0.8 mm 之間,宜采用高速離心霧化型水霧噴頭。同時, 表面冷卻的效果還取決于滅火用水的溫度與可燃物閃點的溫度差,閃點愈高,與噴霧用水兩者之間溫差愈大,冷卻效果亦愈好。變壓器絕緣油的閃點在130～140 ℃之間,因此變壓器水噴霧消防的冷卻效果是很好的。
    (2) 窒息。水霧滴受熱后形成原體積1 680 倍的水蒸汽,可使燃燒物質(zhì)周圍空氣中氧含量降低, 燃燒將會因缺氧而受抑或中斷。實現(xiàn)窒息滅火效果取決于能否在瞬間生成足夠的水蒸氣并完全覆蓋在著火面。
    (3) 乳化。當水霧滴噴射到正在燃燒的變壓器油表面時,由于水霧滴的沖擊, 在液體表層造成攪拌作用,從而造成液體表層的乳化, 由于乳化層的不燃性使燃燒中斷。變壓器水噴霧系統(tǒng)對變壓器的防護能起到滅火,抑制火災,防止火災蔓延,預防著火的作用。
    4 　變壓器水噴霧消防設計前須要考慮的問題
    4.1 　采用的標準、規(guī)范、規(guī)定
    不同的工程采用不同的標準、規(guī)范、規(guī)定,中國國內(nèi)工程一般采用國內(nèi)標準、規(guī)范、規(guī)定, 如國家標準《建筑設計防火規(guī)范》( GBJ16 - 87) (2001 年版) 、《火力發(fā)電廠與變電所設計防火規(guī)范》( GB 50229 - 96) 、《水噴霧滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》( GB 50219 - 95) ,電力行業(yè)標準《電力設備典型消防規(guī)程》( DL 5027 - 93) 、《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》( DL5000 - 2000) 等, 也有的國內(nèi)工程采用國外標準規(guī)范, 如華能珞璜電廠新建、擴建工程,山西河津電廠新建工程, 江西九江電廠新建工程等均要求采用美國NFPA 系列標準。國外工程中變壓器消防一般采用美國NFPA 系列的較多。如西南電力設計院設計的伊朗ARAK 電廠工程中變壓器消防就采用了美國NFPA 850 , NFPA15 等標準,設計的印度MALCO 電廠工程中變壓器消防除采用上述標準外, 還需采用印度TAC 的有關標準、規(guī)范、規(guī)定等。同時還必須遵照該工程的合同要求及業(yè)主和業(yè)主顧問工程師的意見和要求。
    4.2 　需要多少套水噴霧系統(tǒng)