蘭婷婷

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 概述

于家堡交通樞紐位于天津?yàn)I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(xiàng)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(shè)備管理用房，地下2層為站臺(tái)層，共6線3站臺(tái)。

此次研究的重點(diǎn)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(diǎn):建筑面積大、需要?dú)怏w保護(hù)的防護(hù)區(qū)數(shù)量多、各個(gè)防護(hù)區(qū)的面積差異大、防護(hù)區(qū)分布較分散、結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜等。針對以上突出特點(diǎn)，對站房工程氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中遇到的一些問題及解決方法進(jìn)行了總結(jié)。經(jīng)過比選和鑒定，本工程選擇七氟丙烷作為滅火介質(zhì)。

2 七氟丙烷滅火機(jī)理及流程

2.1 滅火機(jī)理

在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，向防護(hù)區(qū)噴放設(shè)計(jì)規(guī)定用量的滅火劑(七氟丙烷)，并使其均勻地充滿整個(gè)防護(hù)區(qū)(全淹沒滅火系統(tǒng))，在防護(hù)區(qū)內(nèi)維持設(shè)計(jì)規(guī)定的滅火劑濃度，在浸漬時(shí)間內(nèi)使火災(zāi)完全熄滅。這個(gè)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(zhuǎn)變成氣態(tài)，吸收大量的熱量，從而大大降低了燃燒物質(zhì)和防護(hù)區(qū)周圍的環(huán)境溫度，迅速滅火。

2.2 滅火流程

當(dāng)某防護(hù)區(qū)發(fā)生火情，火災(zāi)探測器首先發(fā)出火災(zāi)信號(hào)，報(bào)警滅火控制器即發(fā)出聲、光信號(hào)，同時(shí)發(fā)出聯(lián)動(dòng)指令，關(guān)閉連鎖設(shè)備，經(jīng)過一段延遲時(shí)間(30 s內(nèi))，發(fā)出滅火指令，打開啟動(dòng)閥釋放啟動(dòng)氣體，啟動(dòng)氣體通過啟動(dòng)管道打開相應(yīng)的選擇閥和容器閥(瓶頭閥)，釋放滅火劑，實(shí)施滅火，氣體噴放時(shí)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?dú)怏w滅火系統(tǒng)保護(hù)的防護(hù)區(qū)有10 kV變電所(4個(gè))、10 kV高壓室、電容器室、電氣設(shè)備室(2個(gè))、信號(hào)變電所、變電所通信機(jī)械室、控制室(2個(gè))、柴油機(jī)房(2個(gè))、儲(chǔ)油間(2個(gè))、信號(hào)電源及繼電器室以及計(jì)算機(jī)機(jī)房、通信機(jī)械室(3個(gè))、信息機(jī)房、微機(jī)、35 kV高壓室、35 kV變壓器室(2個(gè))、儀表間共26間重要電器房間。防護(hù)區(qū)大致分布區(qū)域見圖2。

從圖2中可以看出防護(hù)區(qū)比較多且比較分散，相互距離較遠(yuǎn)，因此設(shè)計(jì)了8個(gè)系統(tǒng)來保護(hù)。其組合分配參數(shù)見表1。

3.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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?dú)怏w保護(hù)的防護(hù)區(qū)分布圖

1)通訊機(jī)房和電子計(jì)算機(jī)房等防護(hù)區(qū)。設(shè)計(jì)滅火濃度:8.0%;氣體噴放時(shí)間:8 s;儲(chǔ)瓶儲(chǔ)存壓力:一級，二級，三級;滅火浸漬時(shí)間:5 min;儲(chǔ)瓶容積:70 L，90 L，120 L等;有毒反應(yīng)濃度:10.5%;設(shè)計(jì)額定溫度:20℃。

2)油浸變壓器室、帶油開關(guān)的配電室和自備發(fā)電機(jī)房等防護(hù)區(qū)。設(shè)計(jì)滅火濃度:9.0%;氣體噴放時(shí)間:10 s;滅火浸漬時(shí)間:不應(yīng)小于1 min。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及解決方式

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

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

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

2)過熱蒸汽在一定大氣壓下其質(zhì)量體積(S)隨溫度的不同而有所差異。

解決辦法:各防護(hù)區(qū)在計(jì)算滅火劑在一定大氣壓下其質(zhì)量體積(S)的過程中應(yīng)根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)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(yīng)籠統(tǒng)地采用設(shè)計(jì)額定溫度。

表1 FM200-70 L儲(chǔ)瓶組合分配參數(shù)表

圖3 不規(guī)則防護(hù)區(qū)橫剖面圖

3)系統(tǒng)計(jì)算的重復(fù)性大、較復(fù)雜。解決辦法:合理確定系統(tǒng)內(nèi)各防護(hù)區(qū)的計(jì)算順序，如首先計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)最大的防護(hù)區(qū)，其次計(jì)算最小或最遠(yuǎn)端防護(hù)區(qū)，剩余防護(hù)區(qū)按由小至大、由遠(yuǎn)至近的原則逐一計(jì)算。具體順序一般為:最大→最小→最遠(yuǎn)→其他。

4)由于規(guī)范賦值的不合理性，軟件計(jì)算中均取中間值，導(dǎo)致主干管管徑(內(nèi)徑，mm)計(jì)算中有時(shí)候會(huì)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(shí)，D=(8 ～16)。在Q≤6 kg/s中，最大值按(12～20)的系數(shù)應(yīng)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(yīng)取較大值即16，規(guī)范賦值不合理。

軟件計(jì)算中均取中值，即Q≤6 kg/s時(shí)取16，6.0 kg/s＜Q＜160 kg/s時(shí)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(dāng)在一個(gè)系統(tǒng)或一個(gè)站中出現(xiàn)，不合理性會(huì)更明顯。此時(shí)應(yīng)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(jì)算過程中，軟件計(jì)算程序中有時(shí)會(huì)提醒:管網(wǎng)的管道內(nèi)容積，不應(yīng)大于流經(jīng)該管網(wǎng)的七氟丙烷儲(chǔ)存量體積的80%。

解決辦法:適當(dāng)降低充裝率，重新進(jìn)行管網(wǎng)計(jì)算，直到滿足要求。這就要求我們在系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(hù)區(qū)較多，面積差異較大，故經(jīng)驗(yàn)上，我們一般選擇400 kg/m3～500 kg/m3左右。

6)管網(wǎng)計(jì)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(diǎn)壓力;噴頭工作壓力不得小于0.7 MPa(絕壓)。

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

7)防護(hù)區(qū)的噴頭等效孔口面積過大，在氣體滅火系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中找不到相匹配的噴頭型號(hào)。

解決辦法:在保證管網(wǎng)所需壓力的情況下，適當(dāng)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(hù)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(jìn)行分流會(huì)影響分流的準(zhǔn)確性，造成實(shí)際分流與設(shè)計(jì)計(jì)算差異較大。

解決辦法:采用三通管件，其分流出口應(yīng)水平布置。

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

解決辦法:在該防護(hù)區(qū)設(shè)置兩層噴頭?？紤]到支吊架的安裝，下一層的噴頭在該防護(hù)區(qū)的邊墻周圍布置。

10)個(gè)別防護(hù)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(hù)區(qū)，則管道盡量貼吊頂布置。

5 設(shè)計(jì)過程中其他一些注意事項(xiàng)

1)在管道布置時(shí)應(yīng)考慮過梁以及相鄰防護(hù)區(qū)走道的吊頂高度，在適當(dāng)?shù)奈恢脩?yīng)適當(dāng)降低標(biāo)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?dú)怏w保護(hù)的防護(hù)區(qū)均應(yīng)設(shè)置泄壓口，因?yàn)闅怏w滅火劑噴入防護(hù)區(qū)內(nèi)，會(huì)顯著增加防護(hù)區(qū)的內(nèi)壓，若沒有泄壓口，則壓力過高可能會(huì)破壞該防護(hù)區(qū)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。同時(shí)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(yīng)開在防護(hù)區(qū)凈高的2/3以上，并且泄壓口宜設(shè)在外墻上。

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

4)七氟丙烷滅火系統(tǒng)的管道布置應(yīng)盡量采用均衡管網(wǎng)布置。其好處有三點(diǎn):a.滅火劑在防護(hù)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(jì)算“最不利點(diǎn)”這一點(diǎn)的阻力損失就可以了，減少設(shè)計(jì)工作的計(jì)算量。

5)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》3.1.12規(guī)定:噴頭的最小保護(hù)高度不應(yīng)小于0.3 m。該工程的有些房間設(shè)置靜電地板，從靜電地板上面到該房間的結(jié)構(gòu)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(shè)置噴頭。

6 結(jié)語

本文通過對實(shí)際工程設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)的問題分析總結(jié)，提出對于地下國鐵站房七氟丙烷滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)需注意以下幾點(diǎn):1)對于地下國鐵站房來說，要充分掌握各設(shè)備房間的特殊性，準(zhǔn)確把握計(jì)算所需的原始數(shù)據(jù)。2)要考慮噴頭的最大保護(hù)高度和最小保護(hù)高度的問題。3)由于地下國鐵站房的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且房間凈空高，故要考慮結(jié)構(gòu)梁高及防護(hù)區(qū)鄰近走道的吊頂高度，在適當(dāng)?shù)奈恢脩?yīng)降低或者提高管道的布置高度。4)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(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50370-2005，氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］GB 50016-2006，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.

［4］GB 50045-95，高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.

［5］GB 50116-2008，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

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

［7］劉學(xué)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(xué)報(bào)，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(shè)計(jì)應(yīng)用與研究［J］.城市軌道交通研究，2011(2):35-36.

［9］耿廣晉.淺談氣體滅火劑［J］.中國城市經(jīng)濟(jì)，2010(4):9.

［10］程 茀，劉 璐.軌道交通車站氣體消防經(jīng)濟(jì)性比較和招標(biāo)模式分析［J］.鐵路工程造價(jià)管理，2010(5):31.

［11］楊立新.加強(qiáng)地鐵車站防火災(zāi)設(shè)計(jì)措施的研究(上)［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2007(4):28-31.