鲍妍芬
上海浦东建筑设计研究院有限公司 上海市 200125
摘要：哈尔滨市老城区某地下综合管廊项目2017年开始施工，其电力电缆舱采用了超细干粉灭火系统作为自动灭火系统。此项目前期方案阶段自动灭火系统工程提出的4种方案：○1高压细水雾灭火系统方案；○2水喷雾灭火系统方案；○3气溶胶灭火系统方案；○4超细干粉灭火系统方案；现从系统优缺点及安全性、绿色节能、工程初期投资成本、后期运营维护成本、施工安装及后期运营维护难易程度等综合分析总结，以期为今后城市综合管廊中自动灭火系统工程提供有益的经验。
关键词：综合管廊；高压细水雾灭火系统；水喷雾灭火系统；气溶胶灭火系统；超细干粉灭火系统
1 工程概述
城市综合管廊工程是建设科技强国，建设现代化城市市政基础设施的重要标注之一，可以大大减少因为施工埋设管道或维修管线而重复开挖道路的麻烦，且管道检修维护更方便、快捷，省时省力；大大减少了土壤对管线的腐蚀，可以有效保障管线的使用寿命，绿色节能；可以合理配置地下管道，有效减少管道对地下空间的占用，节约用地。
本项目位于全国第一批10个综合管廊建设试点城市之一哈尔滨，管廊总长约13000m，每200m一个防火分区，入廊管线有10KV、66KV、220KV电力电缆、通信电缆及元申广电电缆，燃气管线，给水管线、排水管线、供热管线等管线，各种管线同廊敷设，容易发生干扰事故，尤其是电压等级高、送电范围广的输电线路，一旦因为线路过载、相间短路、对地短路或接触不良等原因引发火灾，后果非常严重。根据《城市综合管廊工程技术规范》GB50838-2015第7.1.9的规定，本工程电力电缆舱设置自动灭火系统。
2 方案介绍
城市综合管廊工程内电力电缆舱的火灾属于密闭环境内的电气火灾，国内通用的电力电缆均为阻燃型或防火阀，可燃物较少。根据国家消防规范要求，推荐采用以下灭火措施：高压细水雾灭火系统、水喷雾灭火系统、气溶胶灭火系统、超细干粉灭火系统。
2.1方案1.高压细水雾灭火系统
高压细水雾灭火系统属于水灭火系统，以水为媒介，通过减小水雾滴粒径，增大表面积，雾滴遇火焰高温后迅速气化，吸收大量热量，迅速降温。雾滴在气化过程中，体积可膨胀1700倍以上，大量的水蒸气可以大大降低保护区内的氧浓度。细水雾具有很强的气化降温作用和隔氧窒息作用，可迅速高效灭火，且用水量很少，是一种对环境无污染的环保型灭火系统。可用于固体、液体和电力火灾。
灭火机理为物理灭火，主要表现为表面冷却、窒息、冲击乳化和稀释。喷射后大部分细水雾遇热汽化，留下少量水渍。细水雾粒径非常小，几乎不会在电极表面形成导电的连续水流，具有优良的电绝缘性。
细水雾灭火系统主要由水源、供水装置、过滤装置、控制阀、细水雾喷头、火灾报警控制器、火灾探测器及管网组成。控制方式主要有自动控制、电气手动控制、应急手动控制三种控制方式。 主要设计依据《细水雾灭火系统技术规范》GB50898-2013，为国家标准。
本工程主要保护电信电力舱。采用分区应用开式系统保护。
系统设计参数：设计喷雾强度为1.3L/min.m2，系统持续喷雾时间30min；开式系统的响应时间不大于30s；最不利点喷头工作压力不低于10MPa。高压细水雾灭火系统补水压力要求：压力不低于0.2MPa，且不得大于0.6MPa。喷头选型：全部采用K=0.9开式喷头，喷头的安装间距不大于3.0m，不小于1.5m，距墙不大于1.5m。
系统设计：喷头流量q=K√10P= 0.9√10*10=9L/min，每个防火分区喷头数为200m/3m=66.7个，取同时开放70个喷头，系统流量为70*9=630L/min，水箱容积为30min*630 L/min =19m3。考虑到管网的合理性每6个防火分区在合适位置设置1处水泵房，设置1个水箱和两套泵组，采用水箱增压供水方式供水。13公里约需要11个泵房。
2.2 方案2水喷雾灭火系统
水喷雾灭火系统属于水灭火系统，是在自动喷水系统的基础上发展起来的，灭火媒介为水，系统安全可靠、经济实用，适用范围广、灭火效率高。工作原理和高压细水雾灭火系统类似，雾滴粒径水喷雾的比细水雾大，所以灭火速度、效果也较其差一点，需要的用水量则更大。
灭火机理为物理灭火，主要表现为表面冷却、窒息、冲击乳化和稀释。在水雾喷射到燃烧物质表面时通常以几种作用同时发生，并实现灭火的。消防用水量较大，一般市政给水管道无法直接供水，且供水干管过大，占用综合管廊空间，灭火后产生大量的消防排水，使管廊内的排水压力过大，容易造成次生灾害。
水喷雾灭火系统主要由水源、供水设备、管道、雨淋报警阀（或电动控制阀、气动控制阀）、过滤器、水雾喷头及火灾探测自控系统等组成。控制方式主要有自动控制、电气手动控制、应急手动控制三种控制方式。 主要设计依据《水喷雾灭火系统技术规范》GB50219-2014，为国家标准。
本项目主要保护电信电力舱中的分层电力电缆线，保护面积按整体包容电力电缆线的最小规则形体的外表面积确定。系统设计参数：选用离心雾化型水雾喷头，最不利点喷头工作压力不低于0.35MPa。水喷雾灭火系统供给强度13L/min.m2，持续供给时间0.4h，响应时间60s。
系统设计：以南直路北段管廊标准断面为例计算：
系统流量：（0.75+0.75+1.2）*200*13*1.2/60=140L/s
消防水池：140*3.6*0.4=200 m3
干管管径：DN300。
全管廊可以在合适位置设置2处水泵房，采用水池增压供水方式供水。水泵房可与管廊指挥中心合建。 2.3 方案3气溶胶灭火系统
气溶胶灭火系统属于气体灭火系统，主要是利用固体化学混合物（热气溶胶发生剂）经化学方法生成的具有灭火性质的气溶胶，淹没灭火空间，起到隔绝氧气的作用，从而使火焰熄灭。主要有S 型热气溶胶、K 型热气溶胶和其他型热气溶胶。 S 型气溶胶装置是常压设置，药剂是固体储存，不涉及高压储罐、阀门、管道等复杂设备，不存在泄漏问题，投入使用后基本不需要频繁的维护保养。安装方便，但喷射后防护区内能见度低，影响人员撤离；清洁度差，容易粘附在设备表面；对铝、锌、硅等有一定的强腐蚀性；气溶胶中金属盐类和金属氧化物具有一定的导电性。S 型热气溶胶发生药剂的使用年限一般为28 年，经过5～6 年后就需要对挥发的药剂进行补充，故存在如不能及时补充气溶胶药剂可能导致火灾发生时不能灭火的缺陷，也相应增加了运行费用。
气溶胶灭火机理：主要为化学抑制。预制灭火系统控制方式主要有自动控制、电气手动控制两种控制方式。
主要设计依据《气体灭火系统技术规范》GB50370-2005；《气体灭火系统施工及验收规范》GB50263-2007，均为国家标准。
由于本项目管廊均较大型，以南直路北段管廊标准断面为例，一个防火分区的电力电缆舱体积为3.4m*3.9m*200m=2686m3，大于《气体灭火系统系统设计规范》GB50370-2005 3.2.4要求的1600 m3。气溶胶灭火系统不适用于故本工程。
另，《气体灭火系统系统设计规范》GB50370-20056.0.4灭火后的防护区应通风换气，地下防护区和无窗或设固定窗扇的地上防护区，应设置机械排风装置，排风口宜设在防护区的下部并应直通室外。增设机械排风装置后占用较大管廊空间，对管廊断面设计影响较大。
2.4 方案4超细干粉灭火系统
干粉灭火剂最早是20世纪30年代由美国Ansul公司开发出的以碳酸氢钠为基料， 2001年超细干粉灭火剂开始进入我国市场。灭火媒介主要有：KCO 、KHCO、NaCl等，超细干粉灭火剂90%的粒径≤20μm，比表面积大，流动性好，有良好抗复燃性、弥散性和电绝缘性，在火场反应速度快，因而灭火效率高。灭火机理以化学灭火为主，通过化学、物理双重灭火机能扑灭火焰。自动灭火装置喷射出的超细干粉粉末与燃烧物火焰接触，迅速产生化学反应夺取燃烧自由基与热量，切断燃烧链，从而灭火。同时，使燃烧物与空气隔绝，阻断再次燃烧所需的氧气，以物理方式防止复燃。因此既能应用于相对封闭空间全淹没灭火，也可用于开放场所局部保护灭火。
主要设计依据《干粉灭火装置技术规程》CECS322:2012，为行业标准。
按200米一个防护分区计算，采用全淹没灭火方式保护。系统采用电动引发起启动。结合保护区域的几何形状在保护区域内均匀布置干粉灭火装置。系统设置自动控制和手动控制两种启动方式，且可相互转换。每个独立的保护区域应至少设置一个手动启动按钮。手动启动装置宜布置在其中心点距离地面1.5米的位置，并应具有对应防护区名称的明显标识。自动控制装置应在接到两个独立的火宅报警信号或确定火宅信号后才能启动，且具有时间不大于30S的可控延迟启动功能。 设计参数：单具灭火设备充装量为8kg，灭火设计浓度按0.06kg/m3。各灭火设备启动时间间隔不应小于0.2S，且不应大于0.6S。
系统设计：以南直路北段管廊标准断面为例计算：每200m需要均匀设置21台8kg的超细干粉灭火设备，间距约9.5m。
3 方案比选
3.1优缺点分析
综上所述，高压细水雾灭火系统一次投入费用较高，后期管理简单、直接、有效、工作量少。超细干粉灭火系统一次投入费用较低，后期维护较复杂，需定期对每个设备进行直接检查。超细干粉灭火设备一般悬挂在综合管廊顶部或安装在其侧墙，每近距离检查一具耗时约5min，以南直路北段管廊标准断面为例，一个防火分区设置21具超细干粉灭火设备，均悬挂廊顶，需要105min才能完成检查。日常维护工作量繁琐，人力成本较高。
3.3绿色节能
综上所述，高压细水雾灭火系统消防媒介方便取得且价廉、易回收再利用，属于绿色节能产品。系统寿命长，不影响环境。超细干粉灭火系统消防媒介是化学混合物，需要定期更换，药剂处理排放不节能不环保。管廊周边主要为商业区或住宅区，大范围使用超细干粉灭火剂，人体吸入的可能性大，对环境有一定负担。
3.4施工安装
综上所述，超细干粉灭火系统施工安装方便，变更性强，满足管廊分阶段投入运营的需求。4 结语
客观分析，每个灭火系统都有其突出的优点和或多或少的缺点，适用范围也有所差异。所以每个项目方案阶段都应根据不同项目情况多方比选，各取所需。
哈尔滨老城区某城市综合管廊项目考虑到老城区用地紧张，设置水泵房困难，最终选用超细干粉灭火系统对电力电缆舱进行消防保护，现部分路段的管廊已施工完成。
参考文献：
[1]《城市综合管廊工程技术规范》GB50838-2015
[2]《细水雾灭火系统技术规范》GB50898-2013
[3]《水喷雾灭火系统技术规范》GB50219-2014
[4]《气体灭火系统技术规范》GB50370-2005
[5]《气体灭火系统施工及验收规范》GB50263-2007
[6]《干粉灭火装置技术规程》CECS322:2012
[7]《建筑灭火器配置验收及检查规范》GB50444—2008
作者简介：鲍妍芬（1983-04-03），女，汉族，籍贯：上海市，当前职务：给排水工程师，当前职称：中级，学历：本科，研究方向：城市综合管廊内自动灭火系统方案研究
论文作者:鲍妍芬
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/29
标签：灭火系统论文; 水雾论文; 干粉论文; 气溶胶论文; 超细论文; 喷头论文; 管线论文; 《防护工程》2018年第15期论文;