段飛飛

（山西省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

1 概述

供熱管道起點（古交電廠）地面標高約1 020 m，管道自西至東，途經古交市、西山山區(qū)至太原市區(qū)，引至地面標高約840 m的中繼能源站；沿線共敷設4根DN1400供熱管道（兩供兩回），專用供熱管道需途經3座隧道，分別為供熱1號隧道，長約1 432 m；供熱2號隧道，長約2 435 m；供熱3號隧道，長約11 040 m；隧道為單洞形式。

供熱管道穿越隧道時會散熱，電氣設備運營也會散熱（較少），熱量的積聚造成洞內溫度升高，影響檢修人員的安全及隧道內機電設備的正常工作，同時由于該供暖隧道無交通車輛形成的交通風，需要通過增設機械通風將熱量轉移出隧道。因此供暖隧道通風消防系統(tǒng)的設計就顯得尤為重要。

2 設計采用的標準

由于該項目既不屬于公路隧道又不屬于城市管廊，缺少已運營案例和可直接執(zhí)行的設計規(guī)范，因此采用專題研討，類比參考《公路隧道交通工程設計規(guī)范》JTG/T D71—2004和《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》GB 50838—2012，并依據供熱管道實際特點進行歸納總結，并在此基礎上完成開拓性設計。

3 理想條件下隧道供熱管道的調節(jié)與通風量的關系

隧道內的空氣溫度并不是恒定的，與隧道送風口的位置有關，根據傳熱學原理得出隧道內空氣的溫度變化情況見圖1。

圖1 隧道內空氣溫度變化圖

其中：tg為供熱管網熱媒溫度；tw為隧道送風口空氣溫度；tn為隧道排風口空氣溫度；t為隧道內某點空氣溫度。

圖2 隧道通風計算流程圖

其中主要計算公式：

式中：ΔT=tg-（tw+tn）/2；R熱為單位長度傳熱熱阻；Cp為空氣的定壓比熱；l為隧道長度；ρ為空氣密度。

4 隧道通風量大小

根據中國市政工程華北設計研究總院提供的資料，隧道各工況下的需風量如表1、表2。

表1 供暖1號隧道及供暖2號隧道各工況下的需風量

表2 供暖3號隧道各工況下的需風量

檢修人員進入隧道時參照《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》（GB 50838—2012）中5.5.2要求：換氣次數(shù)應在 2次 /h以上[1]。

5 隧道通風風機計算結果

公路隧道通風以排除隧道內車輛行駛帶來的污染物為目的，而供暖隧道以注入冷卻風進行降溫為目的，兩者需風量上有不同要求，但在通風計算上，同樣都是將空氣視為不可壓縮流體，通風計算時都需考慮隧道側壁的阻力、隧道外自然通風力。不同點在于公路隧道車輛行駛可以帶來較大的交通通風力，而供暖隧道卻無交通通風力；同時，公路隧道的內輪廓線內阻風設施較少，而該項目隧道內兩側沿線不間斷地設置有4根供暖管道和大量支撐支架，導致通風阻力很大。

該項目隧道通風計算時，自然風阻力、隧道通風阻力和風機動力采用與公路隧道相同的計算公式和參數(shù)取值，計算時不同之處在于沿程阻力系數(shù)取值需大于公路隧道，但由于缺少相應的實例和數(shù)值模擬，所以該項目阻力系數(shù)取值僅為在公路規(guī)范取值要求的基礎上進行推測，待該項目開通后應立即進行實測，并根據測試結果進行調整。

通過計算可知，供暖1號、2號隧道采用全射流縱向通風方式，各隧道各工況下風機數(shù)量如表3所示。

表3 供暖1號隧道及供暖2號隧道各工況下風機數(shù)

供暖3號隧道屬于特長隧道，全射流通風已不能滿足通風要求，需采用斜井軸流風機+隧道內射流風機通風方式。在斜井內設置中隔板將送風道和排風道分割開，與地上風機房采用風道連接。按照公路隧道送排式縱向通風方式進行計算，隧道內射流風機和軸流風機配置情況如表4、表5所示。

表4 供暖3號隧道各工況下風機數(shù)

表5 供暖3號隧道通風斜井軸流風機選型表

圖3 供熱3號隧道通風設置方案圖

6 隧道通風方案

隧道通風方式如表6。

表6 各隧道通風方式

6.1 全射流通風方式

隧道射流風機除在正常情況下滿足散熱通風需求外，在隧道檢修人員進入時的通風換氣工況、事故工況下還起著調節(jié)隧道內空氣環(huán)境、防災救援等作用。射流風機選用φ1120 mm型可逆射流風機，可逆效率達到90%以上，電機功率30 kW。

風機控制器與隧道變電所的主PLC相連，管理、維護人員可在變電所內完成對風機的手動、自動操作，也可通過監(jiān)控分中心的PLC實現(xiàn)遠程控制。

6.2 斜井軸流風機+射流風機通風

供暖3號隧道長度約11 040 m，屬于特長隧道，考慮到隧道運行工況的不同，需采用斜井軸流風機提供主動力，隧道內射流風機輔助調壓實現(xiàn)隧道內環(huán)境滿足設備運轉、人員檢修的安全需求。

6.2.1 正常通風散熱工況

該工況下通風主要目的是為了將管道熱媒釋放到隧道內空氣的熱量排出，維持隧道內環(huán)境溫度（低于40℃）[1]、濕度，確保該環(huán)境內機電設備的安全穩(wěn)定運轉。由于供熱管道熱媒為質調節(jié)，且隧道外大氣氣溫、風速的變化，會對隧道產生一定程度的熱壓及風壓作用，因此該工況下除應滿足計算所需的射流和軸流風機數(shù)的要求外，還應根據隧道內溫度的變化，調整射流風機的啟停臺數(shù)。

6.2.2 正常換氣工況

該工況下通風主要目的是為了滿足檢修人員進入作業(yè)區(qū)時的生命安全需要，維持隧道內環(huán)境溫度、含氧量。

6.2.3 事故工況

該工況下通風主要目的是為了將管道泄漏的熱蒸汽及時排出，減少熱環(huán)境對機電設備的損壞，縮短供熱中斷時間，避免引發(fā)影響城鎮(zhèn)居民的社會事件發(fā)生。此工況條件下，所有的通風設備均應全部開啟。

7 風機的控制

為減少隧道內發(fā)生電器火災的可能性，隧道內不設置風機控制柜，統(tǒng)一放置在變電所內。風機的控制回路設計為現(xiàn)場和監(jiān)控室遠程兩種控制方式，且現(xiàn)場控制級別高于遠程控制，以保證在隧道發(fā)生火災、管道泄漏事故等緊急情況下能靈活地啟動風機。為了保證風機的正常運行，設計在控制回路中增加了一些保護性措施，能保證正轉和反轉具有互鎖，并增加了時間繼電器，保證正轉停止一段時間后反轉才能有效。其次，為避免風機啟動對電網的沖擊，一臺風機啟動不完成，第二臺風機不得啟動。

通風控制方法為自動和聯(lián)動相結合[2]，具體控制模式為反饋控制法：根據各工況條件對環(huán)境主參數(shù)的要求進行反饋控制（正常通風散熱工況主控參數(shù)：溫度；正常換氣工況主控參數(shù)：含氧量；事故工況主控參數(shù)：溫度、濕度）。

8 消防設施

a）隧道通風機組 當隧道內發(fā)生事故或火災時，及時將熱蒸汽或煙（CO、VI）排出隧道外，保證隧道內人員及機電設備的安全。

b）干粉滅火器 由于隧道主洞內可燃物質較少、供熱管道保溫材料采用巖棉均不會引發(fā)火災、且隧道設置水消防比較困難且不方便使用，因此該次設計不增設水消防，僅設置干粉滅火器。

c）變電所消防設備 各變電所高低壓配電柜和變壓器頂部設置超細干粉滅火器，當發(fā)生電氣火災時，啟動組件或啟動裝置打開設備在火災上部噴灑超細干粉。同時每個變電所內放置數(shù)組手提式干粉滅火器，變電所電纜溝內設置防火包[3]。

d）電纜支架保護及防火設施 隧道電纜支架保護采用防火阻燃玻璃鋼材質的外殼包裹，減少管道泄露時隧道內高溫蒸汽對電纜的影響。

e）火災檢測報警系統(tǒng) 隧道監(jiān)控系統(tǒng)設置了隧道火災檢測設備，該系統(tǒng)包括手動報警按鈕，煙感、溫感探測器，消防電話插座和光纖光柵火災檢測報警系統(tǒng)等[3]。

f）地下箱變降溫消防設施 正常工況時只需通過排氣扇和百葉窗對地下箱變進行通風換氣，當隧道主洞內出現(xiàn)熱水泄露事故時,則應關閉百葉窗和排氣扇，開啟空調機組對箱變洞室進行降溫。