陳玉山

(中鐵置業(yè)集團(tuán)有限公司,北京 100055)

IG541混合氣體滅火系統(tǒng)在成都地鐵中的應(yīng)用研究

陳玉山

(中鐵置業(yè)集團(tuán)有限公司,北京 100055)

根據(jù)地下軌道交通的消防特點(diǎn),結(jié)合成都地鐵工程設(shè)計(jì)實(shí)例,對(duì)氣體滅火系統(tǒng)的控制及操作方式進(jìn)行深入介紹,并著重論述氣體消防系統(tǒng)在地鐵設(shè)計(jì)中的應(yīng)用：從環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)、滅火效率及對(duì)被保護(hù)對(duì)象影響等方面對(duì)七氟丙烷與IG541混合氣體進(jìn)行比較,具體分析兩種氣體環(huán)保指標(biāo)ODP、GWP、ALT值和對(duì)人員安全性指標(biāo)LOAEL 、NOAEL 、LC50值,得出IG541混合氣體適合于地鐵地下車站的氣體滅火系統(tǒng)的結(jié)論。

成都地鐵；氣體自動(dòng)滅火； IG541混合氣體；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 概述

城市軌道交通是城市最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，是城市交通的主動(dòng)脈，其投資大、施工周期長(zhǎng)、技術(shù)難度高，且位于城市人員密集區(qū)，安全隱患大，其對(duì)災(zāi)害抵御能力差，運(yùn)營(yíng)安全是非常突出的問題[1]。在地鐵事故中，最大的危害是火災(zāi)，而根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB50157—2013)規(guī)定，地鐵中弱電及供配電設(shè)備機(jī)房屬于地鐵車站的對(duì)地鐵安全運(yùn)營(yíng)非常重要的設(shè)施，機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備貴重，且不適合采用水類滅火介質(zhì)滅火，滅火難度大，需設(shè)置合適的氣體自動(dòng)滅火系統(tǒng)[2]，保證在火災(zāi)初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)并撲滅火災(zāi)，將火災(zāi)損失降到最低。

1.1 工程概況

成都地鐵1號(hào)線南延線工程位于貫穿成都市南北最主要干道天府大道上，是成都市最重要的一條地鐵線，南延線始于一期工程世紀(jì)城站出站端，由北向南敷設(shè)于天府大道西側(cè)，出華陽站后，線路向東拐向商業(yè)大道和產(chǎn)業(yè)大道南側(cè)規(guī)劃道路，止于廣都北站，途經(jīng)科技園站、錦江站、華陽北站、華陽站。線路長(zhǎng)5.410 km，全為地下站?？刂浦行呐c已建1號(hào)線控制中心合設(shè)，在線路南端設(shè)東寺停車場(chǎng)1處，主變電站利用一期工程[3]。成都地鐵1號(hào)線南延線平面如圖1所示。

1.2 設(shè)計(jì)范圍

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)范圍包括成都地鐵1號(hào)線南延線工程全線氣體自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

2 設(shè)計(jì)原則

(1)本工程按同一時(shí)間只發(fā)生1次火災(zāi)考慮。

圖1 成都地鐵1號(hào)線南延線平面

(2)系統(tǒng)同時(shí)具有3種控制方式：全自動(dòng)控制、人工手動(dòng)控制和機(jī)械應(yīng)急操作，人工手動(dòng)控制與應(yīng)急操作應(yīng)有防止誤操作的警示顯示與措施。

(3)系統(tǒng)采用組合分配系統(tǒng)，一個(gè)組合分配系統(tǒng)不超過8個(gè)防護(hù)區(qū)，防護(hù)區(qū)采用全淹沒滅火方式[4]。

3 滅火介質(zhì)的選擇比較

3.1 氣體自動(dòng)滅火系統(tǒng)基本要求

氣體自動(dòng)滅火系統(tǒng)要求在保證地鐵的運(yùn)營(yíng)不受影響，貴重設(shè)備儀器不受損壞的前提下，快速高效地?fù)錅畿囌痉雷o(hù)區(qū)里火災(zāi)，所以地鐵里重要電氣設(shè)備用房宜采用清潔氣體自動(dòng)滅火系統(tǒng)，在有效滅火的同時(shí)應(yīng)考慮介質(zhì)對(duì)人和設(shè)備的影響并滿足環(huán)保等方面的要求。

3.2 氣體滅火系統(tǒng)滅火劑選擇

因?yàn)榭紤]到對(duì)大氣臭氧層保護(hù)，以前滅火效率較高的鹵代烷滅火劑已經(jīng)被明令禁止使用，而CO2滅火系統(tǒng)由于對(duì)人體有生命危害，故在人員密集的地鐵場(chǎng)所不宜采用，根據(jù)電氣火災(zāi)特點(diǎn)及目前國(guó)內(nèi)地鐵工程實(shí)例，氣體滅火系統(tǒng)的滅火劑介質(zhì)絕大多數(shù)為七氟丙烷和IG541混合氣體兩種[5]。選擇滅火劑應(yīng)從環(huán)保、對(duì)人員安全性、滅火效率、滅火后對(duì)保護(hù)對(duì)象的損害、經(jīng)濟(jì)及運(yùn)營(yíng)方便等方面比較。

(1)從環(huán)保方面比較，目前國(guó)際上衡量環(huán)保性主要有以下幾個(gè)指標(biāo)：ODP值最小(即對(duì)臭氧層的耗損最小)；溫室效應(yīng)值GWP值最小(即溫室效應(yīng)小)；大氣中的存活壽命ALT值最小(即在大氣中存留期短，潛在危險(xiǎn)小)[6]。兩種氣體滅火劑的環(huán)保性能綜合比較見表1。

(2)從對(duì)人員安全性方面比較，由于IG541是一種惰性混合氣體，它是一種由N2、Ar、CO2三種氣體成份以52∶40∶8的體積比例混合而成的滅火劑，3種氣體均自然存在于大氣中，基本上是純天然的潔凈氣體，使用該氣體作為滅火劑的ODP值為零，而且該滅火過程不會(huì)產(chǎn)生腐蝕電氣設(shè)備的化學(xué)物。七氟丙烷滅火劑是人工合成的藥劑，常溫下氣態(tài)，無色、無臭、不導(dǎo)電、無腐蝕、無環(huán)保限制、無二次污染，是一種潔凈的化學(xué)滅火劑。兩種氣體對(duì)人員的安全性影響綜合對(duì)照見表2。

表1 環(huán)保性能綜合比較

表2 對(duì)人員安全性綜合比較

(3)從滅火效率方面比較，IG541混合氣體滅火系統(tǒng)滅火機(jī)理為通過降低空間內(nèi)正常的氧氣濃度(從21%到12.5%)，使可燃物不能維持燃燒而達(dá)到滅火的目的，即物理窒息滅火。由于采用稀釋窒息滅火時(shí)間較長(zhǎng)，故滅火效果好，對(duì)表面火與深位火滅火性能同樣出色，火災(zāi)損失率低。七氟丙烷滅火系統(tǒng)的滅火機(jī)理為化學(xué)抑制，通過火焰與燃燒中的滅火劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而抑制了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行，中斷燃燒鏈達(dá)到滅火效能，滅火速度極快，主動(dòng)性強(qiáng)，但對(duì)滅固體深位火災(zāi)能力較弱[7]。

(4)從滅火后對(duì)保護(hù)對(duì)象的損壞情況比較，由于氣體自動(dòng)滅火系統(tǒng)保護(hù)的對(duì)象均為對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)及安全有影響的精密設(shè)備，滅火后對(duì)保護(hù)對(duì)象的影響顯得非常重要。IG541混合氣體滅火劑無色、無味、不導(dǎo)電、無腐蝕、無環(huán)保限制，這3種氣體在高溫下不會(huì)產(chǎn)生任何化學(xué)分解物，在滅火過程中也無任何分解物。七氟丙烷滅火劑在滅火噴放后會(huì)產(chǎn)生少量氟氫酸，會(huì)對(duì)電氣設(shè)備有一定程度的腐蝕。氟化氫的產(chǎn)生量與設(shè)計(jì)濃度和噴射時(shí)間有關(guān)，隨著噴射時(shí)間增加，氟化氫的產(chǎn)生量也會(huì)增大。

(5)從經(jīng)濟(jì)方面比較，氣體滅火系統(tǒng)費(fèi)用由設(shè)備購置費(fèi)、建安費(fèi)及維護(hù)管理費(fèi)組成。IG541混合氣體滅火系統(tǒng)屬于高壓氣體，各部件的性能、質(zhì)量以及輸送氣體的管道的承壓標(biāo)準(zhǔn)也有較高的要求，且需要的氣瓶數(shù)比七氟丙烷多3～4倍[8]，前期設(shè)備購置費(fèi)及建安費(fèi)較七氟丙烷高。但由于IG541氣體滅火劑來自以空氣分離法制氧的副產(chǎn)品，各地工業(yè)氣體公司和制氧廠都有這3種氣體，而且價(jià)格相比較便宜，而七氟丙烷滅火劑是人工合成的藥劑，藥劑費(fèi)用昂貴，比IG541混合氣體滅火系統(tǒng)滅火劑費(fèi)用高4倍以上。二者比較，一次性投資IG541混合氣體滅火系統(tǒng)較高，但綜合后期維護(hù)運(yùn)行，總成本相差不大。

綜上所述，根據(jù)成都地鐵1號(hào)線南延線地鐵工程可行性研究文件及地鐵建成后運(yùn)營(yíng)管理、維護(hù)等因素，在本次初步設(shè)計(jì)階段推薦采用IG541 混合氣體自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 氣體滅火系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域

(1)全線車站的變電所(控制室、1.5 kV直流開關(guān)柜室、0.4 kV開關(guān)柜室、整流變壓器室)、35 kV開關(guān)柜室、信號(hào)設(shè)備及電源室、綜合監(jiān)控設(shè)備室、通信設(shè)備及電源室、屏蔽門控制室、環(huán)控電控室、應(yīng)急照明蓄電池室及AFC設(shè)備室。

(2)停車場(chǎng)內(nèi)通信及信號(hào)設(shè)備及電源室，牽引變電所內(nèi)重要電氣房間。

(3)控制中心弱電系統(tǒng)機(jī)房(含電源室)、AFC 機(jī)房、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心，本工程控制中心與既有1號(hào)線共建。

4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)防護(hù)區(qū)的最低設(shè)計(jì)溫度約為11 ℃，設(shè)計(jì)最高溫度為35 ℃，正常情況下溫度約為20 ℃。

(2)設(shè)計(jì)濃度

防護(hù)區(qū)的最大設(shè)計(jì)滅火濃度為52.0%，有人值守的防護(hù)區(qū)最大設(shè)計(jì)濃度為42.8%，防護(hù)區(qū)最小設(shè)計(jì)滅火濃度為37.0%。

(3)相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)限

滅火劑噴放至設(shè)計(jì)用量的95%時(shí)，其噴放時(shí)間48 s≤t≤60 s。浸漬時(shí)間采用大于10 min。

(4)儲(chǔ)氣瓶?jī)?chǔ)存壓力

儲(chǔ)氣瓶?jī)?chǔ)存壓力為15 MPa。

4.3 設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境條件

IG541氣體適用環(huán)境溫度為0～50 ℃，而本地鐵工程環(huán)境溫度為：

(1)設(shè)有空調(diào)的防護(hù)區(qū)(如弱電設(shè)備房等)10～27 ℃；

(2)無空調(diào)的防護(hù)區(qū)10～36 ℃；

(3)氣瓶室0～50 ℃。

(4)不同環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的防護(hù)區(qū)匯總見表3。

表3 不同環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的防護(hù)區(qū)匯總

注：相對(duì)濕度5%～95%

4.4 系統(tǒng)組成

(1)氣體滅火系統(tǒng)由氣瓶間內(nèi)儲(chǔ)氣瓶、啟動(dòng)閥、輸氣管網(wǎng)、噴頭及控制系統(tǒng)組成。

(2)氣體滅火系統(tǒng)報(bào)警及控制部分由氣體滅火控制器(自帶蓄電池)、手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)、緊急放氣和緊急止噴按鈕、警鈴、火災(zāi)聲光報(bào)警器、氣體釋放指示燈等設(shè)備構(gòu)成，接收FAS提供的聯(lián)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體噴放的控制功能，并向FAS返回設(shè)備動(dòng)作狀態(tài)信息。氣體滅火控制器與本車站火災(zāi)報(bào)警控制器采用通訊接口或繼電器方式完成數(shù)據(jù)交換。

(3)氣體滅火系統(tǒng)報(bào)警及控制部分具體設(shè)備配置如下：在各氣體滅火保護(hù)房間主要出入口門外設(shè)置氣體滅火控制器，警鈴以及火災(zāi)聲光報(bào)警器，在每個(gè)氣體滅火保護(hù)區(qū)的每一個(gè)出入口門的內(nèi)外設(shè)置火災(zāi)聲光報(bào)警器和氣體釋放指示燈。管網(wǎng)系統(tǒng)及控制原理如圖2所示。

圖2 管網(wǎng)系統(tǒng)及控制原理

5 控制系統(tǒng)與操作方式

5.1 系統(tǒng)控制

氣體滅火系統(tǒng)采用集中報(bào)警控制系統(tǒng)，由控制主機(jī)(設(shè)置在車站控制室內(nèi))、區(qū)域控制盤(即各防護(hù)區(qū)氣體滅火就地控制盤)、火災(zāi)探測(cè)器等組成?？刂葡到y(tǒng)具有火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警、自動(dòng)確認(rèn)火災(zāi)及聯(lián)動(dòng)相關(guān)滅火設(shè)備的功能，其中主機(jī)平時(shí)監(jiān)視各防護(hù)區(qū)火災(zāi)報(bào)警設(shè)備狀態(tài)，接收各防護(hù)區(qū)報(bào)警探測(cè)器信號(hào)，自動(dòng)確認(rèn)火災(zāi)報(bào)警，確認(rèn)后啟動(dòng)區(qū)域控制盤按照設(shè)計(jì)的程序?qū)嵤渚葴缁稹Ｃ總€(gè)防護(hù)區(qū)的火災(zāi)報(bào)警及滅火操作均由主機(jī)控制，控制盤及控制主機(jī)須配備用電源，備用電源使用時(shí)間不小于24 h。

5.2 操作方式

根據(jù)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警規(guī)范，該系統(tǒng)須具備3種控制方式：自動(dòng)控制、人工手動(dòng)控制和機(jī)械應(yīng)急操作[9]。滅火過程中控制程序如下。

(1)自動(dòng)控制

當(dāng)防護(hù)區(qū)內(nèi)的溫感器或者煙感器任意其一探測(cè)到防護(hù)區(qū)內(nèi)有火災(zāi)信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，警鈴鳴響。

當(dāng)某防護(hù)區(qū)內(nèi)溫感和煙感探測(cè)器同時(shí)向氣滅控制盤發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)時(shí)，控制盤就地啟動(dòng)該防護(hù)區(qū)域內(nèi)、外的聲光報(bào)警器和蜂鳴器，與此同時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)會(huì)收到火災(zāi)確認(rèn)信號(hào)，控制系統(tǒng)進(jìn)入0～30 s的延時(shí)狀態(tài)。在延時(shí)過程中，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉防護(hù)區(qū)內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)管道上防煙防火閥，防護(hù)區(qū)內(nèi)門窗或者泄壓閥關(guān)閉，并通知防護(hù)區(qū)內(nèi)及周邊人員迅速撤離。

當(dāng)延時(shí)結(jié)束時(shí)，氣滅控制盤輸出有源信號(hào)，并打開氣瓶間內(nèi)儲(chǔ)氣瓶的啟動(dòng)裝置以釋放滅火劑，滅火劑氣體通過網(wǎng)管輸送到防護(hù)區(qū)，通過噴頭進(jìn)行噴放滅火，同時(shí)，車站控制室內(nèi)氣滅主機(jī)接收到啟動(dòng)裝置上的動(dòng)作信號(hào)。氣體噴放的防護(hù)房間內(nèi)外的蜂鳴器報(bào)警及閃燈，所有人員不得進(jìn)入該防護(hù)區(qū)域，一直到火災(zāi)被確認(rèn)已撲滅?；馂?zāi)撲滅后，由人工復(fù)位。

(2)人工手動(dòng)控制

該控制方式是由專門工作人員操作的控制系統(tǒng)，控制裝置設(shè)在防護(hù)區(qū)外，工作人員可以用專用鑰匙進(jìn)行開啟和復(fù)位。工作人員在確認(rèn)某防護(hù)區(qū)火災(zāi)后，可以利用手動(dòng)操作來向該防護(hù)區(qū)噴放滅火劑，火災(zāi)撲滅后須復(fù)位。

(3)機(jī)械應(yīng)急操作

機(jī)械應(yīng)急操作是一種特殊操作方式，是一種用來補(bǔ)救前兩種控制方式均失靈情況下的控制系統(tǒng)，操作人員必須通過先啟動(dòng)選擇閥上啟動(dòng)裝置，后啟動(dòng)瓶頭閥上啟動(dòng)裝置，對(duì)指定的防護(hù)區(qū)進(jìn)行噴放滅火。應(yīng)急操作前必須關(guān)閉影響滅火效果的設(shè)備，確認(rèn)人員已撤離。

6 管材和接地要求

6.1 管材要求

本滅火系統(tǒng)要求采用加厚無縫鋼管，管道管徑≤80 mm時(shí)采用螺紋連接，>80 mm時(shí)宜采用法蘭連接。法蘭連接時(shí)應(yīng)采用墊片，墊片形狀為金屬齒形，管道進(jìn)行須內(nèi)外鍍鋅；螺紋連接時(shí)，應(yīng)采用相應(yīng)技術(shù)規(guī)程中規(guī)定螺紋。機(jī)械套絲后，如果直接安裝，先去油，然后直接上填充物，安裝管接件。如套絲后不直接安裝，直至安裝前就先不要去油。安裝后，對(duì)于暴露在管接件外的絲扣部分，需加防銹油漆處理[10]。

6.2 接地要求

聯(lián)合接地電阻小于1 Ω，專用接地電阻小于4 Ω。電源切換箱(低壓配電系統(tǒng)提供)為每個(gè)防護(hù)區(qū)提供至少2對(duì)接線端子，并提供接地端子1個(gè)[11]。

7 結(jié)語

本工程在可行性研究階段，對(duì)成都已建地鐵進(jìn)行了充分調(diào)研，走訪了地鐵公司、運(yùn)營(yíng)單位以及設(shè)備維護(hù)單位，通過對(duì)國(guó)內(nèi)地鐵的大量調(diào)研及各方案多方面對(duì)比，最終與地鐵公司達(dá)成一致意見，采用IG541混合氣體滅火系統(tǒng)。另外由于混合氣體管道承壓高，同一端的站廳、站臺(tái)可以合用氣瓶間，減少氣瓶間設(shè)置個(gè)數(shù)，特別是在面積較大的換乘站，這一點(diǎn)更為突出，綜合從環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)、滅火效率及對(duì)被保護(hù)對(duì)象影響等方面探討比較，在目前無更好的氣體滅火研發(fā)出來之前[12]，IG541混合氣體滅火系統(tǒng)在城市地鐵車站消防設(shè)計(jì)中是較為合理的，且有一定優(yōu)勢(shì)，其可作為地鐵消防設(shè)計(jì)參考。

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Study on Application of IG541 Gas Fire Extinguishing System in Chengdu Metro

CHEN Yu-shan

(China Railway Real Estate Group Co., Ltd., Beijing 100055, China)

In view of the characteristics of fire extinguishing of the underground rail transit and with reference to the practices in Chengdu Metro engineering, this paper details the operation and control of gas fire control system and addresses the implication of the system in the metro design. Conclusions show that IG541 mixed gas is better than others by comparison of Heptafluoropropane(FM 200)with IG541 mix gas in terms of environmental protection safety, economy, efficiency and the impacts on the protected. The index of the two gases in ODP, GWP, ALT and security index of LOAEL, NOAEL and LC50 are analyzed to support the conclusions.

Chengdu Metro; Gas self-extinguishing; IG541 mixed gas; System design

2015-05-07；

2015-05-19

陳玉山(1982—)，男，工程師，2006年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)給水排水工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：cys7651724@qq.com。

1004-2954(2015)12-0130-05

U231+.96

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.12.030