地下國鐵站房氣體滅火系統(tǒng)設計中需注意問題

蘭婷婷

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

1 概述

于家堡交通樞紐位于天津濱海新區(qū)，是集城際、三條城市軌道交通線、公交中心、地下停車場等工程于一體的大型綜合樞紐項目。其中國鐵站房部分長約874 m，寬約62.9 m，建筑面積約8.6萬m2，地下1層為候車廳及辦公、設備管理用房，地下2層為站臺層，共6線3站臺。

此次研究的重點是城際站房工程的氣體滅火系統(tǒng)，相比普通地鐵地下車站，該國鐵站房有以下較突出特點:建筑面積大、需要氣體保護的防護區(qū)數(shù)量多、各個防護區(qū)的面積差異大、防護區(qū)分布較分散、結構構造復雜等。針對以上突出特點，對站房工程氣體滅火系統(tǒng)設計過程中遇到的一些問題及解決方法進行了總結。經(jīng)過比選和鑒定，本工程選擇七氟丙烷作為滅火介質。

2 七氟丙烷滅火機理及流程

2.1 滅火機理

在規(guī)定的時間內，向防護區(qū)噴放設計規(guī)定用量的滅火劑(七氟丙烷)，并使其均勻地充滿整個防護區(qū)(全淹沒滅火系統(tǒng))，在防護區(qū)內維持設計規(guī)定的滅火劑濃度，在浸漬時間內使火災完全熄滅。這個過程中七氟丙烷發(fā)生了物態(tài)的變化，即迅速由液態(tài)轉變成氣態(tài)，吸收大量的熱量，從而大大降低了燃燒物質和防護區(qū)周圍的環(huán)境溫度，迅速滅火。

2.2 滅火流程

當某防護區(qū)發(fā)生火情，火災探測器首先發(fā)出火災信號，報警滅火控制器即發(fā)出聲、光信號，同時發(fā)出聯(lián)動指令，關閉連鎖設備，經(jīng)過一段延遲時間(30 s內)，發(fā)出滅火指令，打開啟動閥釋放啟動氣體，啟動氣體通過啟動管道打開相應的選擇閥和容器閥(瓶頭閥)，釋放滅火劑，實施滅火，氣體噴放時間為8 s。系統(tǒng)原理見圖1。

3 系統(tǒng)方案說明

3.1 系統(tǒng)組成

該工程需要氣體滅火系統(tǒng)保護的防護區(qū)有10 kV變電所(4個)、10 kV高壓室、電容器室、電氣設備室(2個)、信號變電所、變電所通信機械室、控制室(2個)、柴油機房(2個)、儲油間(2個)、信號電源及繼電器室以及計算機機房、通信機械室(3個)、信息機房、微機、35 kV高壓室、35 kV變壓器室(2個)、儀表間共26間重要電器房間。防護區(qū)大致分布區(qū)域見圖2。

從圖2中可以看出防護區(qū)比較多且比較分散，相互距離較遠，因此設計了8個系統(tǒng)來保護。其組合分配參數(shù)見表1。

3.2 設計標準參數(shù)

圖1 七氟丙烷組合分配系統(tǒng)滅火流程圖

圖2 國鐵站房需要氣體保護的防護區(qū)分布圖

1)通訊機房和電子計算機房等防護區(qū)。設計滅火濃度:8.0%;氣體噴放時間:8 s;儲瓶儲存壓力:一級，二級，三級;滅火浸漬時間:5 min;儲瓶容積:70 L，90 L，120 L等;有毒反應濃度:10.5%;設計額定溫度:20℃。

2)油浸變壓器室、帶油開關的配電室和自備發(fā)電機房等防護區(qū)。設計滅火濃度:9.0%;氣體噴放時間:10 s;滅火浸漬時間:不應小于1 min。

4 系統(tǒng)設計過程中遇到的問題及解決方式

本工程氣體滅火設計采用的是兆龍消防工程CAD計算軟件，該軟件已在很多的工程設計中廣泛應用。對于在未來的工作中仍將繼續(xù)起到提高效率、增強出手文件和計算書標準化的作用。下面介紹一下計算過程中遇到的一些問題及解決辦法。

1)計算需要的原始數(shù)據(jù)中容積的計算問題。本工程中，房間結構頂部基本都是拱形(見圖3)，給容積計算帶來一定困難。

解決辦法:防護區(qū)的建筑面積和防護區(qū)的層高要準確，在計算容積的時候，就要要求建筑專業(yè)給我們提供每個防護區(qū)的橫剖面圖(見圖3)。根據(jù)橫剖面圖來計算斷面面積進而計算容積。需要注意對于有吊頂和靜電地板的防護區(qū)，計算容積的時候，要把三部分分別計算。防護區(qū)的面積和層高等一定要準確，否則會使計算錯誤或返工。

2)過熱蒸汽在一定大氣壓下其質量體積(S)隨溫度的不同而有所差異。

解決辦法:各防護區(qū)在計算滅火劑在一定大氣壓下其質量體積(S)的過程中應根據(jù)《地鐵設計規(guī)范》12.2.35的條文解釋規(guī)定，確定各房間的最低溫度(T)，不應籠統(tǒng)地采用設計額定溫度。

表1 FM200-70 L儲瓶組合分配參數(shù)表

圖3 不規(guī)則防護區(qū)橫剖面圖

3)系統(tǒng)計算的重復性大、較復雜。解決辦法:合理確定系統(tǒng)內各防護區(qū)的計算順序，如首先計算系統(tǒng)內最大的防護區(qū)，其次計算最小或最遠端防護區(qū)，剩余防護區(qū)按由小至大、由遠至近的原則逐一計算。具體順序一般為:最大→最小→最遠→其他。

4)由于規(guī)范賦值的不合理性，軟件計算中均取中間值，導致主干管管徑(內徑，mm)計算中有時候會出現(xiàn)較小的Q(流量)，D(管徑)反而比較大。

解決辦法:主干管平均流量:

6.0 kg/s＜Q＜160.0 kg/s時，D=(8 ～16)。在Q≤6 kg/s中，最大值按(12～20)的系數(shù)應取較小值即12。

在6.0 kg/s＜Q ＜160 kg/s中，最小值按(8～16)系數(shù)應取較大值即16，規(guī)范賦值不合理。

軟件計算中均取中值，即Q≤6 kg/s時取16，6.0 kg/s＜Q＜160 kg/s時取12。

如 Q1=5.8 kg/s，D =38.5，Q2=6.2 kg/s，D=9.9，出現(xiàn)較小的 Q(流量)，D(管徑)反而比較大，當在一個系統(tǒng)或一個站中出現(xiàn)，不合理性會更明顯。此時應注意考慮避免用量相近，主干管管徑差距大，甚至相反的現(xiàn)象。

5)管網(wǎng)計算過程中，軟件計算程序中有時會提醒:管網(wǎng)的管道內容積，不應大于流經(jīng)該管網(wǎng)的七氟丙烷儲存量體積的80%。

解決辦法:適當降低充裝率，重新進行管網(wǎng)計算，直到滿足要求。這就要求我們在系統(tǒng)設計過程中首先要初選充裝量，建議采用800 kg/m3～900 kg/m3左右。但是由于系統(tǒng)的防護區(qū)較多，面積差異較大，故經(jīng)驗上，我們一般選擇400 kg/m3～500 kg/m3左右。

6)管網(wǎng)計算過程中，程序提醒:噴頭工作壓力不得小于0.5倍的噴放過程中點壓力;噴頭工作壓力不得小于0.7 MPa(絕壓)。

解決辦法:適當放大輸送氣體管道的管徑，以減小沿程壓力損失，進而使噴頭工作壓力滿足要求。

7)防護區(qū)的噴頭等效孔口面積過大，在氣體滅火系統(tǒng)相關設計規(guī)范中找不到相匹配的噴頭型號。

解決辦法:在保證管網(wǎng)所需壓力的情況下，適當增大噴頭所在管段的管徑，若仍不能滿足，則可以通過增加該防護區(qū)的噴頭數(shù)量來使噴頭等效孔口面積減小。

8)在管網(wǎng)上采用四通管件進行分流會影響分流的準確性，造成實際分流與設計計算差異較大。

解決辦法:采用三通管件，其分流出口應水平布置。

9)部分防護區(qū)的高度超過6.5 m，而《氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》3.1.12規(guī)定的噴頭的最大保護高度不宜大于6.5 m。

解決辦法:在該防護區(qū)設置兩層噴頭。考慮到支吊架的安裝，下一層的噴頭在該防護區(qū)的邊墻周圍布置。

10)個別防護區(qū)的支吊架太長，影響其穩(wěn)固性。

解決辦法:氣體管道在無吊頂?shù)那闆r下，管道盡量貼房間頂部布置，距房間頂部的最大距離不宜大于0.5 m，保證管道穩(wěn)固性。若有吊頂?shù)姆雷o區(qū)，則管道盡量貼吊頂布置。

5 設計過程中其他一些注意事項

1)在管道布置時應考慮過梁以及相鄰防護區(qū)走道的吊頂高度，在適當?shù)奈恢脩m當降低標高，但是也不能距頂板太高，影響支吊架的安裝穩(wěn)固性。

2)需要氣體保護的防護區(qū)均應設置泄壓口，因為氣體滅火劑噴入防護區(qū)內，會顯著增加防護區(qū)的內壓，若沒有泄壓口，則壓力過高可能會破壞該防護區(qū)的圍護結構。同時由于七氟丙烷滅火劑比空氣重，為了減少滅火劑從泄壓口流失，泄壓口應開在防護區(qū)凈高的2/3以上，并且泄壓口宜設在外墻上。

3)對于有吊頂、靜電地板的防護區(qū)，噴頭所保護的容積要分別填入計算程序。

4)七氟丙烷滅火系統(tǒng)的管道布置應盡量采用均衡管網(wǎng)布置。其好處有三點:a.滅火劑在防護區(qū)里容積得到噴放均勻，利于滅火;b.可不考慮滅火劑在管網(wǎng)中的剩余量，節(jié)省滅火劑用量;c.可只選用一種規(guī)格的噴頭，只要計算“最不利點”這一點的阻力損失就可以了，減少設計工作的計算量。

5)《氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》3.1.12規(guī)定:噴頭的最小保護高度不應小于0.3 m。該工程的有些房間設置靜電地板，從靜電地板上面到該房間的結構板高度為0.3 m，但是由于靜電地板還有一定的厚度，所以靜電地板下的凈空就小于0.3 m，則該工程靜電地板下均沒有設置噴頭。

6 結語

本文通過對實際工程設計過程中發(fā)現(xiàn)的問題分析總結，提出對于地下國鐵站房七氟丙烷滅火系統(tǒng)設計需注意以下幾點:1)對于地下國鐵站房來說，要充分掌握各設備房間的特殊性，準確把握計算所需的原始數(shù)據(jù)。2)要考慮噴頭的最大保護高度和最小保護高度的問題。3)由于地下國鐵站房的結構復雜，且房間凈空高，故要考慮結構梁高及防護區(qū)鄰近走道的吊頂高度，在適當?shù)奈恢脩档突蛘咛岣吖艿赖牟贾酶叨取?)在充裝率能夠滿足系統(tǒng)要求的情況下盡量減少氣瓶的數(shù)量以及藥劑量，節(jié)省投資。

［1］GB 50057-2003，地鐵設計規(guī)范［S］.

［2］GB 50370-2005，氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范［S］.

［3］GB 50016-2006，建筑設計防火規(guī)范［S］.

［4］GB 50045-95，高層民用建筑設計防火規(guī)范［S］.

［5］GB 50116-2008，火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范［S］.

［6］DB 12/289-2009，地鐵安全防范系統(tǒng)技術規(guī)范［S］.

［7］劉學志.某地下交通樞紐氣體滅火系統(tǒng)方案比選研究［J］.鐵道工程學報，2011(4):26-27.

［8］熊景芷.七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)在地鐵工程中的設計應用與研究［J］.城市軌道交通研究，2011(2):35-36.

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