摘要:目前,我國許多城市都在進(jìn)行綜合管廊的建設(shè),但在其設(shè)計過程中各地的綜合管廊消防設(shè)計做法不一。因此,結(jié)合某創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園文通路綜合管廊消防設(shè)計,分析探討了綜合管廊電力艙自動滅火設(shè)施的選用、計算和設(shè)計,旨在能夠?qū)ξ覈?dāng)前城市綜合管廊消防設(shè)計起到一定促進(jìn)作用,同時也為業(yè)界提供一定的參考。
關(guān)鍵詞:綜合管廊;消防設(shè)計;高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)
19世紀(jì)歐洲開始建設(shè)綜合管廊,目前主要發(fā)達(dá)國家已經(jīng)建成了許多完善的綜合管廊網(wǎng)絡(luò)。而我國綜合管廊建設(shè)發(fā)展則較慢,至2013年才開始大規(guī)模建設(shè),科研人員對綜合管廊的滅火消防系統(tǒng)的研究與探討也較少,直至*近幾年綜合管廊修建熱潮的興起,諸多研究人員開始對綜合管廊的消防進(jìn)行了專門研究,并取得了一系列成果。
國內(nèi)早期的研究內(nèi)容主要在是否設(shè)置自動滅火系統(tǒng)方面,從初期小型綜合管廊不設(shè)自動滅火裝置、大規(guī)模管廊建議設(shè)置自動滅火裝置到后期業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)同設(shè)置自動滅火裝置,直到2015年GB50838—2015《綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》的發(fā)布,電纜艙室設(shè)置自動滅火系統(tǒng)才成為設(shè)計人員的共識,但具體采用哪種自動滅火系統(tǒng)還有很大的分歧。截至目前,諸多學(xué)者在設(shè)計以及運維過程中,對氣溶膠系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、高壓細(xì)水霧系統(tǒng)和超細(xì)干粉系統(tǒng)的滅火原理、設(shè)計、運維以及投資進(jìn)行了對比,得出了許多成果。筆者結(jié)合某創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園綜合管廊(以下簡稱文通路綜合管廊)消防設(shè)計,對其進(jìn)行探討。
某綜合管廊工程位于產(chǎn)業(yè)園中部沿線,主管廊總長5292.824m,為3艙形式,含燃?xì)馀?、綜合艙、電力艙。根據(jù)入廊管線需求和施工工法,確定綜合管廊為多跨箱型框架結(jié)構(gòu)。各艙室布置形式如下:標(biāo)準(zhǔn)段為2.7m寬電力艙+6.5m寬綜合艙+1.8m寬燃?xì)馀?,各艙室均?3.6 m,人行通道不小于 1 m。具體平面布置以及標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖 1。
圖1 文通路綜合管廊工程標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖
該工程燃?xì)馀搩?nèi)納入了燃?xì)夤芫€;綜合艙內(nèi)納入了給水、生態(tài)用水、通信和熱力管線,預(yù)留了直飲水、再生水管線空間;電力艙內(nèi)納入了10kV、110kV電力管線,預(yù)留了220kV電力管線空間。筆者在對上述入廊管線分析后認(rèn)為,電力艙的電力管線是導(dǎo)致管廊火災(zāi)發(fā)生的主要原因。其中,引起火災(zāi)的因素有:
1)電力管線起火。①電力管線對地短路。②電力管線相位間短路。③線路過載。
2)現(xiàn)場施工的誤操作。
3)高壓電力管線因火災(zāi)而斷電后,仍有余壓,存在著觸電危險。
4)火災(zāi)發(fā)生后,由于艙內(nèi)管線集中,著火點會形成火流而迅速燃燒,并沿電力管線快速蔓延至其他區(qū)域。
5)由于電力管線燃燒后會產(chǎn)生大量有害氣體,加大了管廊火災(zāi)的撲救難度。
此外,火災(zāi)損失以電力管線、電信管線、附屬照明物等為主,人員損失的可能性較小。
根據(jù)GB50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》結(jié)合DL/T5221—2016《城市電力電纜線路設(shè)計技術(shù)規(guī)定》以及GB50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的要求,文通路綜合管廊主要消防措施有以下幾項:
1)管廊防火分隔間距按照200m考慮,防火分區(qū)之間通過常閉防火門連通。
2)電力艙的防火門為常閉型防火門,在每個防火門設(shè)置1套防火門監(jiān)控模塊。防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)信號通過防火門監(jiān)控模塊反饋至防火門監(jiān)控器。電力艙采用火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。
3)管廊采用機(jī)械進(jìn)風(fēng),機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng),各艙風(fēng)機(jī)獨立設(shè)置。
4)綜合管廊的承重結(jié)構(gòu)體和防火墻的燃燒性能均為不燃燒體,耐火極限按照不低于3.0h設(shè)計。
5)該工程中電力艙、綜合艙、燃?xì)馀摳鶕?jù)火災(zāi)危險性分類劃分為不同的危險類別,即:電力艙為丙類,定性為中危險級;綜合艙為丙類,定性為輕危險級;燃?xì)馀摓榧最悾ㄐ詾閲?yán)重危險級。
根據(jù)所定的危險等級以及火災(zāi)情況,其中綜合艙、燃?xì)馀摮O(shè)置滅火器、消防通風(fēng)排煙機(jī)自動報警系統(tǒng)外不再設(shè)置其他的消防設(shè)施;電力艙除設(shè)置滅火器、消防通風(fēng)排煙機(jī)自動報警系統(tǒng)外還需要設(shè)置自動消防設(shè)施。
6)設(shè)計范圍內(nèi)的綜合艙、燃?xì)馀?、電力艙和連接通道均需要設(shè)置手提滅火器。其中:燃?xì)馀摪碈類氣體火災(zāi)考慮,*大保護(hù)距離不大于15m,設(shè)置磷酸銨鹽干粉滅火器MF/ABC5;綜合艙、電力艙按A類固體火災(zāi)考慮,*大保護(hù)距離不大于20m,設(shè)置磷酸銨鹽干粉滅火器MF/ABC3。
根據(jù)綜合管廊火災(zāi)分析,綜合管廊電力艙的電力管線是導(dǎo)致管廊火災(zāi)的主要原因,因此消防方案主要針對電力艙的滅火系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)電力艙火災(zāi)特點以及相關(guān)主管部門意見,結(jié)合國家和地方相關(guān)規(guī)范和規(guī)定,能夠符合電力艙消防要求的滅火系統(tǒng)有:水噴霧滅火系統(tǒng)、超細(xì)干粉滅火、高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)等。以上幾種滅火系統(tǒng)對比見表1。
經(jīng)對比后決定該工程不采用泡沫滅火系統(tǒng)和水噴霧滅火系統(tǒng),而高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)和超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)需對以下幾方面進(jìn)行比選后,再確定*終的電力艙消防方案。
1)可靠性分析。
高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的開啟有自動控制、手動控制和應(yīng)急操作控制3種方式,因此開啟的可靠性較高。超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)規(guī)定當(dāng)空間高度超過4m時要分層安裝;全淹沒保護(hù)時獨立防護(hù)區(qū)容積不宜大于2000m3、面積不宜大于500㎡,而根據(jù)文通路綜合管廊的標(biāo)準(zhǔn)平面圖,200m的防火分區(qū),則需74具,當(dāng)溫感探測器探知到火警時,同時開啟防火分區(qū)內(nèi)自動滅火器滅火。
由于超細(xì)干粉儲存在氣壓罐內(nèi),有效噴灑時間不超過5s,自動滅火器串聯(lián)使用,只要1具滅火器失效,就導(dǎo)致防火區(qū)間的噴灑濃度達(dá)不到設(shè)計要求,難以保證撲滅效果。而高壓細(xì)水噴霧滅火系統(tǒng)的持續(xù)噴霧時間至少為30min,即便系統(tǒng)某一個或幾個噴頭不噴水,也可以保證滅火區(qū)域的窒息滅火。
因此從產(chǎn)品可靠性分析而言,高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)可靠性較高。
2)后期維護(hù)管理。
根據(jù)相關(guān)消防要求,高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的日常維護(hù)管理采取的是試運行的方式進(jìn)行,每月試驗性啟動1次水泵,每年檢測消防控制中心火災(zāi)自動報警裝置以及聯(lián)動裝置的運行情況,這種管理,簡單方便、直接有效、工作量少。
超細(xì)干粉滅火器只能間接檢查,不能直接試用;根據(jù)相關(guān)規(guī)范,地下綜合管廊其滅火器應(yīng)每半個月檢查1次,但超細(xì)干粉自動滅火器懸掛在綜合管廊頂部,檢查費時費力,同時滅火器還需每隔一定時間維修和更換,后期維護(hù)管理繁瑣且費用較高。
3)環(huán)保要求。
高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)滅火介質(zhì)為水,而超細(xì)干粉滅火劑平均粒徑小,不分解、不吸濕、不結(jié)塊,干粉噴灑于空氣中能見度低,影響管廊內(nèi)人員逃生。
因此,經(jīng)與消防部門溝通,綜合考慮滅火效果、初始投資和后期維護(hù)管理等因素,并兼顧文通路綜合管廊空間較大的特性,*終選用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。
(1)滅火機(jī)理
高壓細(xì)水霧可以快速使被噴灑的對象冷卻,隔絕外界的熱輻射,其工作壓力為10MPa,用水量卻為傳統(tǒng)的1%,但起到作用是其他系統(tǒng)的2~3倍,因此其機(jī)理可以概況為表面冷卻、窒息滅火、阻隔熱輻射、沖擊乳化以及稀釋作用。
(2)系統(tǒng)組成
1)高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)由泵組單元、補水增壓裝置、穩(wěn)壓泵、不銹鋼水箱、區(qū)域控制閥、細(xì)水霧噴頭、供水系統(tǒng)和不銹鋼管道、閥門等組成。泵組單元由主泵、安全溢流閥、閥件、機(jī)架等組成。
2)高壓細(xì)水霧滅火裝置控制柜具有自動、手動2種控制方式,同自動報警系統(tǒng)聯(lián)動控制,收到報警信號后控制泵組啟動,并向控制中心反饋泵組運行信息。
3)區(qū)域控制閥安裝于每個防護(hù)區(qū)的進(jìn)水管處,具有手動和自動2種控制方式,受消防中心控制,向消防中心反饋信息。
(3)控制方式正常情況下,系統(tǒng)處于待命狀態(tài),泵組單元不啟動,區(qū)域控制閥后的高壓管網(wǎng)內(nèi)沒有水。高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)同火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動,有自動和手動2種控制方式
(4)開式系統(tǒng)工作原理(見圖2)。
(1)設(shè)計概況
該工程共設(shè)2套高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng),主要防護(hù)區(qū)域為電力艙、用戶支管廊。第1套系統(tǒng)作用范圍為K0+190—K2+380,第2套系統(tǒng)作用范圍為K2+380—K5+480;總保護(hù)長度約為6323m,電力艙寬度為2.7m,用戶支管廊寬度為2.6m。
(2)防火分區(qū)
綜合管廊內(nèi)設(shè)防火分區(qū),每個防火分區(qū)長度不超過200m;電力艙與綜合艙分別為獨立防火分區(qū),每個防火分區(qū)間以防火墻配防火門隔斷。各防火分區(qū)內(nèi)設(shè)1個緊急出入口。
(3)高壓細(xì)水霧用水量計算
噴頭的設(shè)計參數(shù)根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定,采用全淹沒應(yīng)用方式開式系統(tǒng)的噴頭,其水量計算參數(shù)見表2。
根據(jù)表2,確定*終計算參數(shù):
噴頭的工作壓力≥10.0MPa;
噴頭的安裝高度h≤3.0m;
系統(tǒng)的*小噴霧強(qiáng)度1.0L/(min·㎡);
噴頭的*大布置間距3.0m。
系統(tǒng)設(shè)計及選型
系統(tǒng)流量計算單個噴頭計算流量q=K*根號10P。
式中:q為單個噴頭的流量,L/min;P為噴頭壓力,MPa,取*不利點工作壓力為10MPa;K為噴頭流量系數(shù),取0.7。
系統(tǒng)計算流量
式中:Qj為系統(tǒng)的計算流量,L/min;n為系統(tǒng)啟動后同時噴霧的噴頭數(shù)量;qi 為某個細(xì)水霧噴頭的計算流量,L/min。
開式系統(tǒng)的計算
根據(jù)管廊平面設(shè)計,每個防火分區(qū)長度不超過200m,所以*大分區(qū)保護(hù)長度為200m,保護(hù)長度分別為104m和96m,噴頭數(shù)量分別為36個和34個,其中在高壓單向閥相交處管道共用10個噴頭,所以*大分區(qū)噴頭數(shù)量為75個。管廊分區(qū)管網(wǎng)系統(tǒng)見圖3。
*大開式系統(tǒng)*大流量區(qū)域設(shè)置75只K=0.7的細(xì)水霧噴頭,按該區(qū)域的末端噴頭工作壓力為10MPa計,其他噴頭壓力則高于10MPa。根據(jù)相關(guān)計算分析,該區(qū)域內(nèi)的噴頭都按照10MPa計算,總計誤差不足5%,可忽略不計。
由以上計算可知,系統(tǒng)設(shè)計流量Qs=525L/min。
4)泵組單元選型
選用細(xì)水霧滅火裝置1套,型號為XSW-BZ130/16;裝置配泵組單元4套,3用1備。
泵組單元參數(shù):Q=130L/min,P=16MPa,N=37kW。
穩(wěn)壓泵2套(1用1備):Q=10L/min,P=1.6MPa,N=0.75kW。泵組單元的進(jìn)水壓力不低于0.2MPa,不高于0.6MPa。為保證泵組單元正常工作,在其進(jìn)水口處設(shè)置補水增壓裝置2套(1用1備),Q≥520L/min,H≥20m。
5)儲水量計算
We=Qs×t。式中:We為儲水量,L;Qs為系統(tǒng)設(shè)計流量,L/min;t為持續(xù)噴霧時間,應(yīng)取15min。
系統(tǒng)用水量We=Qs×t=525×15=7875L。
根據(jù)系統(tǒng)用水量選用8m3水箱。
(3)自動消防設(shè)計
納入電力管線的電力艙采用全淹沒式高壓細(xì)水霧滅火方式和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。
經(jīng)計算,電力艙消防設(shè)置為每3km左右設(shè)置泵房1套,共設(shè)置2套高壓細(xì)水霧泵組。高壓細(xì)水霧泵房示意圖見圖4。高壓細(xì)水霧噴頭安裝于電力艙艙頂正中央處,高壓細(xì)水霧斷面圖見圖5、6。
圖4 高壓細(xì)水霧泵房示意圖
平臺概述
AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體,為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持,從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計,解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng)、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問題,大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性,提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率。
平臺組成
安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺,它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù),通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度,同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。
平臺拓?fù)鋱D
平臺子系統(tǒng)
4.1電力監(jiān)控
電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所,對變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控,對0.4kV出線配置多功能計量儀表,用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況,可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS,包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。
4.2環(huán)境監(jiān)測
環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃?xì)怏w濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警,同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。
4.3馬達(dá)監(jiān)控
馬達(dá)監(jiān)控實現(xiàn)對管廊電機(jī)的保護(hù)、遙測、遙信、遙控功能,實現(xiàn)對電機(jī)過載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護(hù)、監(jiān)測和報警。在需要的情況下可以設(shè)置聯(lián)動控制。
4.4電氣安全
AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器,消防設(shè)備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器,接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示,并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實時監(jiān)視,發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預(yù)警。
4.5智能照明控制
防火分區(qū)單獨控制,分區(qū)內(nèi)設(shè)置智能控制面板就地驅(qū)動器;開關(guān)驅(qū)動器連接消防報警系統(tǒng),接收消防報警信息,強(qiáng)制打開驅(qū)動器回路。
廊內(nèi)上方安裝智能照明傳感器,使人員進(jìn)入管廊內(nèi)自動開啟燈具,在管廊內(nèi)停留燈具保持常亮,離開后燈具關(guān)閉。
除了現(xiàn)場的控制方式外,還可用電腦端實現(xiàn)集中控制,實時遠(yuǎn)程監(jiān)控當(dāng)前區(qū)域的照明情況,必要時可遠(yuǎn)程控制該區(qū)域的照明。
考慮現(xiàn)場模塊分布較廣,距離過長,除了現(xiàn)場的控制方式外,還可用電腦端實現(xiàn)集中控制,實時遠(yuǎn)程監(jiān)控當(dāng)前區(qū)域的照明情況,必要時可遠(yuǎn)程控制該區(qū)域的照明。
系統(tǒng)支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式,支持延時控制,避免同時亮燈負(fù)荷對配電系統(tǒng)造成沖擊。模塊不依賴系統(tǒng),可獨立工作,每個模塊均自帶時間模塊,可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能。
在綜合管廊工程消防設(shè)計中,電力艙自動滅火系統(tǒng)是設(shè)計難點之一。鄭州國際文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園文通路綜合管廊通過比較選擇,*終確定采用高壓細(xì)水霧系統(tǒng)作為電力艙的消防滅火設(shè)施。該系統(tǒng)具有良好的電絕緣性能和冷卻、窒息、隔離輻射熱的效果,其綜合滅火性能強(qiáng)且用水量小,無毒害,能較好地滿足綜合管廊設(shè)計規(guī)范的要求,因此可以廣泛應(yīng)用于綜合管廊電力艙消防系統(tǒng)中。
截至目前,文通路綜合管廊工程已經(jīng)完成設(shè)計,處于施工階段,希望筆者的經(jīng)驗?zāi)芙o同類工程案例提供一定參考。
參考文獻(xiàn)
朱安邦,劉應(yīng)明,汪葉萍.深圳前海合作區(qū)綜合管廊自動滅火系統(tǒng)比選[J].中國給水排水,2018,34(18):42-47.
黎潔,鄭亞琴,藍(lán)優(yōu)生.廣州萬博中央商務(wù)區(qū)綜合管廊消防設(shè)計[J].給水排水,2018(7):120-123.
安科瑞電氣股份有限公司.
安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計應(yīng)用手冊.2020.06版.
安科瑞綜合管廊能效管理系統(tǒng)解決方案.2020.06版.
竇榮舟,黃俊,顏炳魁.綜合管廊的消防滅火系統(tǒng)設(shè)計與分析[J].山西建筑,2016,42(14):120-122.
高艷云,艾封年,千雪峰,喬海兵.綜合管廊消防設(shè)計的探討.
電話
微信掃一掃