綜合管廊滅火方式設計探討

  范曉莉

西安市政設計研究院有限公司  18691888826

1.前言

    綜合管廊是將兩種或兩種以上市政管線（包括給水、再生水、雨水、污水、熱力、電力、通信、垃圾真空輸送管等）集中設置于一地下空間中，同時設置專門的檢修口、吊裝口、排水設施、消防設施、通風設施和檢測控制系統的一種地下集約化、集成化的市政基礎設施。

    綜合管廊為地下建筑，一旦發生火災滅火難度較大，火災造成的后果也非常嚴重。但國內目前對于綜合管廊的消防滅火系統在各地均有不同的做法，如七氟丙烷氣體滅火系統、氣溶膠滅火系統和高壓細水霧滅火系統等。故本文針對綜合管廊內管線復雜多樣、自身的缺陷及相互之間的影響可能會誘發火災的問題，淺析了綜合管廊火災事故發生的原因，分析了幾種滅火系統的優缺點及工程造價，便于設計選擇。

2.火災事故分析

    國內綜合管廊，內多敷設電力電纜、通信電纜、上水管道、再生水管道及熱力管道等市政管線，此外還有管廊內自用電纜。出于安全性考慮，現燃氣管道嚴禁納入綜合管廊內。從綜合管廊內納入的各種管線，可以看出火災發生原因有以下幾個方面：

    2.1管道安裝時需要焊接，容易造成熱力管道保溫層的燃燒以及通信電纜、電力電纜的燃燒；

    2.2 管道安裝時需要刷防銹漆及各種面漆，這時也容易引起火災；

    2.3 電力電纜火災事故

    由于綜合管廊電力電纜數量多、敷設密集、動力電纜在運行狀態下處于發熱狀態等特點，且電纜溝內電纜的特殊結構和相對集中，當一條電纜發生故障后，會造成周圍其他電纜產生重大火災事故。

    電力電纜火災發生的原因有以下幾個方面：

    1）電纜自身著火

    2）電纜發生接地和短路事故時，繼電保護未動作，開關切斷事故電纜引起電纜過電流使電纜過熱而自燃。

    3）電纜在綜合管廊內中間連接頭處連接不緊，造成電流過大，引起局部電纜過熱，使電纜自燃。

    4）綜合管廊內防火措施不當，電力電纜受水浸漬，使電纜絕緣電阻下降造成電纜接地或短路事故引起火災。

    5）聚氯乙烯絕緣的電纜（或其他所料材質絕緣的電纜），長期工作溫度為70℃～90℃，溫度范圍較低，容易引起火災。

    6）一般電纜的絕緣是會老化的，有一定的使用壽命，據有關資料介紹為15 年～20 年。絕緣的老化使電纜的過載能力差，自燃溫度點降低較多，容易造成電纜自燃。

    （2）外來原因

    1）施工時，由于焊接火花到處飛濺而引起電纜著火。

    2）電纜在施工中，受到機械性損傷，造成氣隙，投入運行后常引起局部放電，電弧使電纜發生樹紋狀裂紋，導致接地斷路，引起火災。

    3）設計中，開關選擇不當，或開關質量低劣，開關爆炸等發生母線短路而引起電纜起火。

    4）綜合管廊向其他建筑物去的溝口未用耐火材料封堵，造成外部火災侵入電纜隧道，引起電纜延燃，擴大火災事故。

    5）綜合管廊內未按電壓等級分層敷設，或通風不暢，也易引起火災。

    2.4 預防措施

    1）采取合適的設計參數；

    2）采取合適的電纜類型；

    3）采取必要的防護措施和防護措施；

    4）加強對電纜頭制作質量的管理和運行監測；

    5）完善電纜終端頭、中間接頭的阻隔措施；

    6）采用封、堵、涂、隔、包，其次采用氣體滅火系統、水噴霧、高壓細水霧滅火系統等措施防止電纜火災蔓延。

3.綜合管廊內常用滅火系統

    目前，在小型綜合管廊的人員出入口，設置黃沙帶和手提式滅火器，在管廊內間隔設置手提式滅火器；在中、大型綜合管廊內常用七氟丙烷、氣溶膠、水噴霧、高壓水噴霧等滅火系統。

    3.1 七氟丙烷滅火系統

    七氟丙烷是一種潔凈的氣體滅火劑，對大氣的臭氧層沒有破壞作用，消耗大氣臭氧層的潛能值ODP為零，它具有無色、無味、滅火后無固、液相殘留物，介質本身不導電、不擊穿電子電器設備等良好的性質，液相儲存具有良好的穩定性，應用于全淹沒系統，滅火以冷卻、降低氧濃度和化學抑制作用為原理，適用于電氣火災、液體火災或可熔化的固體火災、固體表面火災等，滅火效果好。

    七氟丙烷滅火系統具有良好的滅火效率，滅火速度快、效果好；不太污染被保護對象；不破壞大氣臭氧層；對人體及動植物無不良影響。但介質本身在大氣中存活壽命長，不環保；滅火劑及分解物有強烈腐蝕作用；系統設計制約條件較多；由于壓力要求，則在七氟丙烷啟動時，所有風口、窗等均需自動關閉；且封閉區域內需設置泄壓口保證安全；使用和維護成本高。

    3.2 氣溶膠滅火系統

    第三代氣溶膠（S型）主要由鍶鹽作主氧化劑，也稱鍶鹽類氣溶膠滅火技術。S型氣溶膠滅火技術的核心是在固體滅火氣溶膠發生劑配方中采用了硝酸鍶為主氧化劑，硝酸鉀為輔氧化劑。主氧化劑硝酸鍶的分解產物為SrO、Sr(OH)2和SrCO3，這三種物質不會吸收空氣中水分，形成具有導電性和腐蝕性的電解質液膜，從而避免了對設備的損害，但價格及維護成本昂貴。

    S型滅火氣溶膠滅火機理如下：吸熱降溫滅火機理、化學抑制滅火機理、降低氧濃度。

    S型氣溶膠滅火裝置的優點：氣溶膠滅火劑由于粒度小，比表面積大，有很好的滅火效果，既可用于相對密閉空間，又可用于開放空間。尤其因為氣溶膠滅火劑為含能材料，其本身不需要動力驅動，在制造成本上相對于其他滅火系統有優勢。缺點：產物為氣、固兩相流，無法進行組合分配的有管網系統設計；同時必須聯動啟動，需要很大的啟動電流，占用空間過大；易導致電氣設備受到污染和破壞；滅火藥劑有效期為6年，在6年后需對氣溶膠滅火發生劑進行更換，進行再次投資、安裝。

    3.3 細水霧滅火系統

    細水霧滅火系統已逐漸成為一種清潔、環保、高效的新型滅火系統。在最小的工作壓力下，距噴嘴1米處的平面上，測得水霧最粗部分的水微粒直徑Dv0.99不大于1000μm。細水霧滅火系統以價廉易取的水作為滅火介質，對環境無污染，對人員無傷害，用水量小，對被保護對象水漬影響極小，因而成為一種代表未來發展趨勢的自動滅火系統。

    細水霧滅火系統的滅火原理主要是冷卻效應、惰化效應和附加效應。

    細水霧系統根據壓力不同分類如下：

    低壓系統：工作壓力≤1.21MPa；

    中壓系統：工作壓力為1.21MPa～3.45MPa；

    高壓系統：工作壓力≥3.45MPa。

    3.4 高壓細水霧系統

    高壓細水霧滅火系統是利用水霧噴頭在高壓下將水流分解成極小水霧滴，該小水霧滴有較大的比表面積而迅速吸收熱量轉換成水蒸汽，使得著火點附近的氧氣和其他可燃氣體被排斥，從而難以維持燃燒而缺氧窒息。

    高壓細水霧滅火系統的滅火機理主要是表面冷卻、窒息的作用。細水霧的獨特之處在于兼具氣體和傳統水噴淋兩種滅火系統的抑制效果。該系統是在自動噴水系統的基礎上發展起來的，不僅安全可靠，經濟實用，而且具有適用范圍廣，滅火效率高的優點。

    高壓細水霧滅火系統的給水要求較簡單，一般市政兩路給水即可，壓力要求為：0.2-0.6MPa，當壓力無法達到此條件，需增設給水增壓泵。消防水池的設計原則是滿足最大保護區30min的用水量。

    高壓細水霧滅火系系統由高壓細水霧泵組、區域閥組、高壓細水霧噴頭、無縫不銹鋼管路及管件等組成。

    高壓細水霧系統優點：①高效降溫和局部窒息雙重作用，隔離熱輻射，快速滅火；②高效除煙，改善維生環境；③持續滅火能力強；④滅火性能不依賴于環境（風速小于3m/s），降低門、窗投資，可簡化環控工藝，降低風閥等設備投資；⑤水漬損失小，；⑥設備占用空間小，管網更細，便于安裝，有利于管網綜合；⑦高性價比，后期維護費用極小，減少設備因滅火系統原因（如大空間智能型滅火系統水淹）的投資；⑧節能環保。

4.各種滅火劑的比較

    七氟丙烷、S型氣溶膠、高壓細水霧三種滅火劑的各項性能綜合比較見下表。

    三種滅火劑的性能綜合比較

5.系統經濟性比較

    滅火系統經濟性既包括系統的初投資，也包括系統投入運行后裝置的維護保養費、日常管理人員的正常開支、設備的年度定期檢查檢測費用、藥劑的補充安裝費用、零件的正常損壞更換費等。一般而言，滅火劑價格越高、系統的鋼瓶設備越多，系統的維護保養費用越高。

    1）七氟丙烷滅火系統經濟性分析

    該系統七氟丙烷藥劑費用昂貴，且每套七氟丙烷滅火劑因充裝壓力較小而使滅火劑管道輸送距離短，因此按目前滅火劑儲存壓力（現有儲存壓力為2.5MPa、4.2MPa和5.6MPa三種），七氟丙烷只適用于短距離（50～80m）系統。

    2）S型氣溶膠滅火系統經濟性分析

    該系統受保護區域大小的限制，當應用于較大的消防工程時投資越大。

    3）高壓細水霧滅火系統經濟性分析

    高壓細水霧滅火系統具有滅火高效、環境友好、對人員無毒害及對被保護對象水漬影響小等優點，在眾多領域有著廣闊的應用前景。

    根據浦東國際機場綜合管廊相關資料，七氟丙烷系統泄露或誤噴的損失相當嚴重，高壓細水霧滅火系統需要最小的設計工序和廉價的滅火介質，以及簡易的維護要求，因此其經濟性最好。

    4）經濟性分析比較表

    以8.6km綜合管廊為例，下表為分別采用不同自動滅火系統的工程造價對比表：

不同滅火系統經濟性對比

項目		S型氣溶膠系統	無管網	有管網	高壓細水霧系統	備注
			七氟丙烷系統
設備費（萬元）		1500	830	1230	930
主材費（萬元）		100	60	168	150
安裝費（萬元）		100	90	150	100
其他		50	50	50	無	500平米以上氣體滅火系統需設置防火隔斷或防火卷簾
初投資合計（萬元）		1750	1030	1598	1180
系統使用周期累計維護成本（萬元）	5年內	10	352	385	3	滅火劑2-3年要更換；七氟丙烷滅火劑按80元/公斤計，氣溶膠3500元/公斤
	10年內	1300	928	992	7	鋼瓶要5-7年更換
	15年內	1310	1280	1377	11
	20年內	2610	1856	1984	15
	25年內	2630	2208	2369	20
	30年內	3910	2784	2976	25	包括年度檢測、維護、滅火劑充裝費用

    通過以上對比分析可以看出，綜合考慮初投資和運營維護成本，高壓細水霧系統使用壽命周期內總費用與其它兩種氣體滅火系統相比，將近節省50%，具有明顯的經濟優勢。

6.結論

    根據目前完成或已建的項目中總結經驗，為盡可能減小火災引起的危害損失以及火災產生的社會影響,首先應采取必要的工程措施降低失火誘因、 控制火勢延燃。其次我們認為若采取自動滅火系統,肯定是有利于管線的安全運營的,但同時投入較多資金建設的自動滅火系統并未必能徹底地杜絕概率很小的電纜火災所引發的直接和間接損失。實現減免災害的本質既是為了謀求社會經濟效益,故對于綜合管廊內實施消防滅火系統應根據科學的評估和火災發生后對經濟、社會效益的影響進行分析。故我們認為在對于綜合管廊的消防滅火系統的選擇上應采取以下設計原則:對于建設規模較小的、納入覆蓋面積較小的低電壓等級的電力 電纜的綜合管廊工程,可通過設置較完備的工程措施從而不設置自動滅火系統。對于建設規模較大、服務區域重要、且納入覆蓋面積較大的高電壓等級電力電纜的綜合管廊工程除采取的有效的工程措施外,其消防滅火系統可采用移動式水噴霧系統或針對具體情況通過專題研究和專家評審，確定是否設置自動滅火系統以及確定其消費系統的研究。

(本文來源：陜西省土木建筑學會    文徑網絡：尹維維 編輯  文徑 審核)