浅谈地下综合管廊自动灭火系统的选用

浅谈地下综合管廊自动灭火系统的选用

彭香葱

上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司上海200125

摘要：综合管廊承载着各类市政管线，是城市赖以发展和延续的大动脉，“重安全、防事故”是管廊建设的关键要素，如何做好管廊自动灭火系统选择和应用尤为重要。

关键词：综合管廊；超细干粉；高压细水雾；自动灭火系统

随着城市化的不断发展和居民生活水平的日益提高，人们对城市配套建设的要求越来越高。综合管廊作为现代化、集约化城市基础设施，已逐渐成为市政管线敷设发展的趋势。综合管廊承载着各类市政管线，是城市赖以发展和延续的大动脉，“重安全、防事故”是管廊建设的关键要素，如何做好管廊自动灭火系统选择和应用尤为重要。

1地下综合管廊火灾分析

地下综合管廊是集两种或两种以上市政管线的构筑物，包括给水、雨水、污水、再生水、燃气、电力、通信、热力、电力、通信等城市工程管线，同时设置检修、吊装、通风、消防、排水、照明、监控等附属系统。

1.1火灾分类

综合管廊火灾分类见表1-1。

表1-1综合管廊火灾分类一览表

根据火灾种类及火灾危险性，综合管廊火灾重点防范对象为电力电缆火灾。

1.2火灾起因

综合管廊火灾起因主要在于电力线路起火，其原因主要为：①相间短路。高压电线有三相，相位不同存在电位差，若电缆局部绝缘体破坏则会因相位差放电形成短路，从而造成电缆局部温度过高而发生火灾。②对地短路。即电缆绝缘老化损坏引起的火线与地线短路放电，造成温度过高引发火灾。③接触不良。两根电线连接处对接不合理，易造成局部电阻过大，接头处温度过高过热引发火灾。④线路过载。由于外部因素造成电线过载输送时，电缆中电流强度将大于其承载强度，引发温度升高，有可能温度过高而形成火灾[1]。

2地下综合管廊自动灭火系统的选择

电力电缆引发的火灾特点在于当发生火灾事故时，火势凶猛、燃烧迅速、烟气危害大[2]，同时很难在初期火灾时发现，一旦发生火灾难于扑救，势必给城市给社会造成巨大的经济损失。因此需设置自动灭火系统，通过自动响应尽可能将火灾扑灭于初期甚至萌芽状态。适用于E类带电火灾的自动灭火系统有：气体灭火系统、超细干粉自动灭火系统、高压细水雾自动灭火系统[3]。

2.1气体灭火系统

气体灭火系统一般采用七氟丙烷或二氧化碳灭火系统，平时将气体储存于压力容器中，当发生火灾时，通过报警信号驱动选择阀开启，打开气体灭火喷嘴或喷头，在防护区内形成一定气体浓度，使火焰窒息而灭。气体灭火系统采用全淹没系统，管廊中对于气体需求量大，相应的设备管及道复杂繁多，对火灾自动报警及通排风控制要求高，且气体灭火储存于压力容器中存在爆炸风险，故管廊中不建议采用。

2.2超细干粉自动灭火系统

管廊内现行采用干粉灭火系统主要为悬挂式超细干粉自动灭火装置，在火灾发生时，无需外部消防报警设备，能自动喷射超细干粉，产生窒息、隔绝热辐射和冷却作用，适用于无人值守的带电火灾。优点：灭火速度快，可采用局部应用系统，不受防火分区限制，灭火剂用量少，安装空间小，系统及维护简单，投资省。缺点：灭火后的粉末在高温下形成玻璃状覆盖层，人体吸入后会导致中毒，系统需定期检查，每5~6年需要更换一次，运营成本高。

2.3高压细水雾自动灭火系统

高压细水雾自动灭火系统主要是将水通过细水雾喷头变成水雾，对燃烧对象进行冷却降温、隔热窒息和稀释作用灭火。优点：灭火效率高，灭火剂为水，廉价易补充，火灾扑灭后对电缆和人员不造成损害，其灭火效果好，可实时监控和有效降低火灾现场的温度。缺点：需配套消防水池、泵房等设施，系统复杂，一次性投资大，需设置消防管位，防火分区不易过长，一般为100m。

综上所述，地下综合管廊可根据项目需要选择超细干粉自动灭火系统或高压细水雾自动灭火系统。

3地下综合管廊自动灭火系统的应用

国内综合管廊已采用的灭火系统主要为高压细水雾、超细干粉和S型气溶胶灭火系统。由于S型气溶胶灭火装置容易出现“误喷问题”及启动可靠性不稳定等问题，且尚未取得国家3C认证，故现已不应用于新建管廊项目。下面分别针对超细干粉自动灭火系统和高压细水雾自动灭火系统的应用进行实例简述。

3.1超细干粉自动灭火系统实例

3.1.1项目概况

工程为上海临港地区某管廊，全长约0.6km，断面尺寸2.6X3.5米。管廊为综合管廊，敷设有给水管道、污水管道、电力电缆（10kv），通信电缆。该管廊空间较小，高压细水雾管道、阀件及火灾自动控制阀件等设置受限，故采用超细干粉自动灭火系统。管廊断面见图3-1。

3.1.2自动灭火系统设置

管廊内火灾类别为ABCE类，采用超细干粉局部应用灭火系统。

设计采用悬挂安装垂直喷射方式和壁挂安装水平喷射方式组合使用，超细干粉灭火剂颗粒粒径90%以上≤20μm，灭火时间不大于1秒。灭火装置为无管网形式，启动方式采用非爆破式非贮压式的固气态转换技术，能单独自动/手动启动，也能区域组网启动，无外源电信号激活联动启动、远距遥控启动或与报警系统联动启动并可反馈启动信号。灭火装置为含导流喷嘴的小喷口形式，易于均匀覆盖过火面，提高灭火效能。

该工程管廊分四个防火分区，长度分别为130.7m、150m、180m和138.2m，局部全淹没横向保护范围取1.8米，灭火浓度取120g/m³，灭火设计浓度为1.2X120=0.144kg/m³[4]，单具灭火装置取3kg。经计算，四个防火分区灭火器装置数量分别为40具、46具、55具和42具。超细干粉灭火装置平面示意图见3-2。

图3-1管廊断面图（超细干粉）

图3-2超细干粉灭火装置平面布置示意图

3.2高压细水雾自动灭火系统实例

3.2.1项目概况

该工程同为上海临港地区某管廊，全长约1.3km，断面尺寸5.1X3.5米，为双舱设计，分为燃气舱和综合舱，本次自动灭火系统保护对象为综合舱，断面尺寸3.2X3.5米。综合舱内敷设有给水管道、污水管道、电力电缆（10kv），通信电缆。该管廊为弧形，与相邻管廊连接闭合成环形，可与相邻管廊共用消防泵房，故采用高压细水雾自动灭火系统。管廊断面尺寸见图3-3。

管廊内火灾类别为ABCE类，采用高压细水雾开式系统，在准工作状态下，从泵组出口至区域阀前的管网由稳压泵维持压力1.0-1.2MPa，阀后空管。发生火灾后，由火灾报警系统联动依次开启对应的区域控制阀和主泵，喷放细水雾灭火；或者手动开启对应的区域控制阀，管网降压自动启动主泵，喷放细水雾灭火。经人员确认火灾扑灭后，手动关闭主泵和区域控制阀，火灾报警系统复位，管网恢复、系统复位。开式系统具备三种控制方式：自动控制、手动控制和应急操作。

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，高压泵组泵体材料为不锈钢而且工作压力不小于14MPa，细水雾粒径Dv0.5小于65um、Dv0.99小于100um。管廊均采用K=1.0的开式喷头。q=10L/min，安装间距不大于3.0m，不小于1.5m，距墙不大于1.5m，喷头数共460只，区域控制阀箱数34套。本项目为局部应用系统，系统只保护右侧的强电电缆，喷头布置针对强电电缆考虑。细水雾平面见图3-4。

图3-3管廊断面图（高压细水雾）

图3-4高压细水雾平面布置示意

本系统最大流量防护区为着火时同时开启的3个相邻防护区，设计流量为同时开启45只喷头流量之和，经计算Q=450L/min，系统设计工作压力根据最不利点喷头最低工作压力为10MPa进行计算，计算公式采用Darcy-Weisbach（达西-魏斯巴赫）公式，计算结果为H=13.2MPa。选用泵组XSWBG500/14（为五用一备泵组，稳压泵一用一备），泵组流量Q=500L/min，H=14MPa，N=150kW。稳压泵流量Q=11.8L/min，H=1.4MPa，N=0.55kW。

4结论

综上所述，现行管廊工程中自动灭火装置可采用超细干粉灭火系统和高压细水雾灭火系统，这两种系统各有优劣。

灭火性能：两种灭火系统均符合国家规范及相关规定，能满足管廊灭火要求，但超细干粉灭火后会产生有害气体，高压细水雾灭火后产生超细水雾，可以降低火灾场所的烟尘、CO2和CO含量，对环境无污染，故高压细水雾灭火效果更好。

系统复杂性：超细干粉灭火系统无阀门等附件，控制系统少，系统简单。高压细水雾需配备消防水泵、稳压设备、控制设备、阀门等附件，设备复杂。故从设计施工便利性看，超细干粉较高压细水雾更便利简单。

安装要求：超细干粉灭火系统设备体积小，占用空间小。高压细水雾灭火系统需设置单独的泵组（瓶组）加压或增大消防主泵扬程，系统对水质、管材和喷头均有特殊要求。故在安装要求上，高压细水雾灭火系统要求更高。

造价费用：高压细水雾灭火系统需配备消防水泵、稳压设备、控制设备、管道、阀门等附件，一次性投资较超细干粉高。

运营维护：超细干粉每5~6年需要更换一次，需耗费大量人力物力，运行管理费用高。高压细水雾灭火系统一次安装后可以使用30~50年，同时可实施远程监控，统一管理。故在运营管理中，高压细水雾灭火系统更具优势。

参考文献：

[1]张乾张雯.综合管廊的消防灭火系统探究[J].基层建设，2016（14）

[2]程洁群.综合管廊消防设计探讨.武警学院学报[J].2014（8）54-56

[3]GB50838-2012城市综合管廊工程技术规范[S]

[4]CECS322：2012《干粉灭火装置技术规程》[S]

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