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        地鐵區(qū)間消防管道故障定位及處理方案研究

        2023-09-12 00:50:38
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2023年21期
        關(guān)鍵詞:指示器控制箱蝶閥

        季 新

        (北京城建設(shè)計發(fā)展集團(tuán)股份有限公司,北京)

        引言

        地鐵地下區(qū)間隧道根據(jù)規(guī)范,設(shè)置區(qū)間消火栓給水系統(tǒng),即設(shè)置消火栓給水管網(wǎng)和消火栓口[1]。地下區(qū)間隧道消防用水由相鄰車站供水,每個車站水力計算分別負(fù)責(zé)半個相鄰區(qū)間的消防供水[2]。車站相鄰兩端地下區(qū)間每條隧道分別從地下車站消防給水環(huán)狀管網(wǎng)上引入一根DN150 消火栓給水干管,沿隧道行車方向右側(cè)敷設(shè),車站和相鄰兩端區(qū)間隧道的消防管網(wǎng)相連,形成一個完整的環(huán)狀消防給水管網(wǎng)。接至區(qū)間消防管道進(jìn)入?yún)^(qū)間隧道前設(shè)控制閥組。

        地下區(qū)間隧道(單洞)按每不大于50 m 布置一個消火栓口[3]。區(qū)間端頭消火栓離車站區(qū)間分界不大于5 m,管按每隔5 個消火栓口設(shè)置一個檢修蝶閥[4],在系統(tǒng)最低點(diǎn)設(shè)放水閥,在系統(tǒng)最高處設(shè)排氣閥;在車站站臺層兩端(車站與區(qū)間交接處)各設(shè)置兩套(共八套)消防器材箱,每套消防器材箱內(nèi)放2 根25 m 長水龍帶,配兩支Φ19 噴嘴水槍,供區(qū)間消防時使用。

        地下區(qū)間隧道內(nèi)消防給水管道易因不均勻沉降、列車運(yùn)行震動、質(zhì)量等原因出現(xiàn)管道接口損壞破裂、接口脫落,從而導(dǎo)致爆管,管道噴射水流,軌道面充滿消防水而影響列車運(yùn)行,嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致列車停運(yùn)[5]。

        區(qū)間消火栓管網(wǎng)發(fā)生漏水、爆管時,現(xiàn)有技術(shù)條件下依靠人員處理[6]。具體措施:列車限速運(yùn)行或暫時停運(yùn);關(guān)閉區(qū)間兩端的車站去往區(qū)間消防管道的電動閥門查找事故管段,明確故障點(diǎn);緊急搶修。

        1 存在問題

        1.1 無法及時發(fā)現(xiàn)故障

        日間運(yùn)營時,由于車輛速度快,司機(jī)可能忽略或未及時觀察到消防管道故障。只有管道接口爆管急流噴向行車時,司機(jī)容易發(fā)現(xiàn),其余故障,通過司機(jī)或車載視頻第一時間覺察極其困難。

        夜間運(yùn)營時,除運(yùn)營檢修人員例行檢查外,發(fā)生漏水或爆管,通常由第二天第一班列車運(yùn)行時發(fā)現(xiàn),而此時,很大可能已出現(xiàn)嚴(yán)重水淹情況。

        1.2 無法及時明確故障點(diǎn)

        當(dāng)區(qū)間消防管道發(fā)生故障時,尤其夜間,車控室無法準(zhǔn)確判斷故障位置;而日間運(yùn)營時,可通過司機(jī)和車站視頻察覺故障,但并不能明確故障點(diǎn)所在的區(qū)間,以及更具體的里程位置。

        1.3 需要人力排查,過程消耗時間長

        按照既有運(yùn)營管理模式,當(dāng)區(qū)間消防管道發(fā)生漏水、爆管時,處理方式為:第一時間關(guān)閉區(qū)間兩端電動蝶閥。此時無法明確故障點(diǎn)所在位置,需要列車停運(yùn)后,人員進(jìn)入?yún)^(qū)間排查故障點(diǎn)。因此,消耗時間較長。

        1.4 消防管道爆管的影響

        日間運(yùn)營時,如突發(fā)消防管道故障,事態(tài)嚴(yán)重的,會引起乘客的恐慌,同時出現(xiàn)觸發(fā)緊急停營的條件,啟動應(yīng)急管理程序,打斷正常運(yùn)營組織,產(chǎn)生比較嚴(yán)重的社會影響,同時引起連帶的經(jīng)濟(jì)損失。夜間發(fā)生故障,會造成水淹隧道事故發(fā)生,甚至衍生災(zāi)害,搶險不及時影響第二天的正常運(yùn)行。

        此外,上述處理措施并不滿足消防要求。發(fā)生故障時關(guān)閉區(qū)間兩側(cè)車站去往區(qū)間的消防管道,導(dǎo)致整個區(qū)間消防管道無水源,若此時區(qū)間發(fā)生火災(zāi)無法進(jìn)行滅火撲救,不滿足“同時關(guān)閉消火栓個數(shù)不超過5 個[4]”的規(guī)范要求,無法保證檢修狀態(tài)下的必要消防供水。特別是長大區(qū)間,長大區(qū)間可能存在兩輛列車同時在區(qū)間的情況,發(fā)生故障對于長大區(qū)間的運(yùn)營、防災(zāi)方面影響較大。

        針對區(qū)間消防管道故障定位和處理的盲區(qū),本研究進(jìn)行了深入的思考和分析,提出了基于監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思路和設(shè)計方案。

        2 設(shè)計思路

        2.1 基本思路

        設(shè)計基本思路:采用設(shè)置一種監(jiān)測水流狀態(tài)或數(shù)據(jù)的設(shè)備來判斷管道漏水故障狀態(tài),設(shè)置電動蝶閥關(guān)閉故障管道的方式,并結(jié)合地鐵的綜合監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到自動控制目的。

        2.2 研究分析

        確定了基本思路,對與目標(biāo)相關(guān)的各種因素及要件進(jìn)行研究分析。研究分析的主要有故障的定義、監(jiān)測設(shè)備、水力計算、聯(lián)動控制。

        2.2.1 故障的定義 區(qū)間消防消火栓管網(wǎng)出現(xiàn)或產(chǎn)生危害、泄漏的現(xiàn)象,稱為故障,故障包括管道間接口,消火栓口的三通接口,發(fā)生少量的漏水,急速噴水,接口錯位或脫落引起的爆管。

        2.2.2 監(jiān)測設(shè)備 監(jiān)測水流狀態(tài)或數(shù)據(jù)的設(shè)備主要有水流指示器(設(shè)備),流量傳感器(流量計)、壓力傳感器。

        水流指示器(設(shè)備):具有監(jiān)視水流和傳感功能的水流指示器,用于監(jiān)測消防管網(wǎng)的水流狀態(tài)。正常情況下,消防管網(wǎng)的水屬于靜止?fàn)顟B(tài),當(dāng)管道水發(fā)生流動時,水流指示器感應(yīng)并觸發(fā)動作信號。

        流量傳感器(流量計):管道水流動時,通過管道的流量數(shù)據(jù)來判斷和觸發(fā)動作信號,主要有電磁流量計和超聲波流量計。

        壓力傳感器:管道水流動時,通過管道某一點(diǎn)的壓力突變來判斷水流和觸發(fā)動作信號。

        2.2.3 水力計算 區(qū)間消火栓管網(wǎng)的水力計算的主要有管道材質(zhì)、坡度、管徑、流量、壓力、速度等計算參數(shù)。

        管道材質(zhì):常規(guī)設(shè)計中區(qū)間消防管采用內(nèi)外熱鍍鋅鋼管、內(nèi)外涂環(huán)氧鋼管等。

        坡度:管道安裝坡度與隧道坡度一致,隧道坡度與線路坡度一致?!兜罔F設(shè)計規(guī)范》第6.3.1 條正線的最大坡度宜采用30‰,困難地段最大坡度可采用35‰;區(qū)間隧道的線路最小坡度宜采用3‰,困難條件下可采用2‰。一個連續(xù)地下區(qū)間通常為V字坡,人字坡或一字坡。

        管徑:消火栓主管管徑為DN150,接消火栓口支管為DN65。

        流量:《地鐵設(shè)計規(guī)范》第28.3.3 條消火栓給水系統(tǒng)用水定額,地下區(qū)間隧道應(yīng)為10 L/s;故障時流量無法確定,水力計算以10 L/s 為例。

        速度:《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》8.1.8 消防給水管道的設(shè)計流速不宜大于2.5 m/s。

        區(qū)間水源:區(qū)間消火栓系統(tǒng)水源,由車站提供兩根水管,車站端頭處接區(qū)間消火栓管道壓力估計值為0.30 MPa。

        區(qū)間長度:區(qū)間整個長度為1 000 m,計算時以L=250 m 為一個單元,包含5 個消火栓口的一個單元。計算參數(shù)見表1。

        表1 計算參數(shù)

        根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第10.1 條公式及伯努利方程結(jié)合以上參數(shù)進(jìn)行水力計算,結(jié)果為:當(dāng)線路坡度為6.5‰時,監(jiān)測設(shè)備位于計算單位的中心線;線路坡度小于6.5‰時,監(jiān)測設(shè)備應(yīng)位于計算單位的線路高程低的一端;線路坡度大于6.5‰時,監(jiān)測設(shè)備應(yīng)位于計算單位的線路高程高的一端。不同區(qū)間根據(jù)線路坡度,確定監(jiān)測設(shè)備放于線路高程高端或低端,防止多個監(jiān)測設(shè)備同時動作。水力計算結(jié)果見表2。

        表2 水力計算結(jié)果

        2.2.4 聯(lián)動控制 根據(jù)上述水力計算結(jié)果確定監(jiān)測設(shè)備的位置。該位置的監(jiān)測設(shè)備僅聯(lián)動其相鄰兩端的電動蝶閥,關(guān)閉兩電動蝶閥間的管道;管道故障點(diǎn)附近壓力傳導(dǎo)時間最短的監(jiān)測設(shè)備最先動作,避免了多個監(jiān)測設(shè)備同時動作,關(guān)閉多個電動蝶閥的情況。

        3 設(shè)計方案

        3.1 設(shè)計原理

        如圖1 所示,為本設(shè)計方案的控制邏輯圖。當(dāng)水流指示器動作時,是否同時有火災(zāi)報警信號,如有,則判斷為火災(zāi)情況下的水流指示器動作,水流指示器不聯(lián)動關(guān)閉相鄰兩端的電動蝶閥,此時車站及區(qū)間應(yīng)進(jìn)入火災(zāi)模式;如水流指示器動作時無火災(zāi)報警信號,則判斷為非火災(zāi)情況下水流指示器動作,即管道漏水或爆管等故障,此時水流指示器聯(lián)動關(guān)閉相鄰兩端電動蝶閥,同時向車控室反饋動作的水流指示器及電動蝶閥的狀態(tài)及位置里程。而當(dāng)水流指示器聯(lián)動關(guān)閉電動蝶閥失效時,由車控室通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動關(guān)閉相關(guān)位置電動蝶閥。而后,運(yùn)營人員組織檢修,檢修完成后恢復(fù)管網(wǎng)及監(jiān)測系統(tǒng)。

        圖1 邏輯控制

        3.2 設(shè)計方案

        地鐵區(qū)間隧道消防給水管道故障監(jiān)測及處理的設(shè)計方案:每間隔5 個消火栓口(1)設(shè)置電動蝶閥(2),每兩個電動蝶閥(2)之間設(shè)置水流指示器(3),每個電動蝶閥(2)對應(yīng)設(shè)置電動蝶閥控制箱(5),每個水流指示器設(shè)置水流指示器控制箱(6),水流指示器控制箱(6)和電動蝶閥控制箱(5)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)(4)連接。見圖2。

        圖2 設(shè)計方案示意

        3.2.1 就地自動控制方式 水流指示器控制箱(6)接受綜合監(jiān)控系統(tǒng)(4)的火災(zāi)信息,同時反饋水流指示器(3)的動作、故障信號、位置里程參數(shù)等,無火災(zāi)狀態(tài)時,水流指示器(3)動作,表示消防管道出現(xiàn)漏水或爆管故障,給兩側(cè)的電動蝶閥控制箱(5)聯(lián)動控制信號,關(guān)閉對應(yīng)的電動蝶閥(2),從而關(guān)閉發(fā)生故障的消防管段;火災(zāi)狀態(tài)時,雖然水流指示器(3)動作,不聯(lián)動關(guān)閉兩側(cè)的電動蝶閥(2)。

        電動蝶閥控制箱(5)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)(4)連接,反饋水流指示器(3)動作時,電動蝶閥是否按指令動作,反饋電動蝶閥(2)的動作、故障信號、位置里程參數(shù)。

        電動蝶閥控制箱(5)與水流指示器控制箱(6)控制原理圖見圖3。

        圖3 控制箱原理

        3.2.2 遠(yuǎn)程控制方式 當(dāng)無火災(zāi)時,水流指示器(3)動作,綜合監(jiān)控系統(tǒng)(4)收到水流指示器(3)動作信號,電動蝶閥(2)的狀態(tài)正常,無故障信號,但沒有收到電動蝶閥(2)的聯(lián)動信號,水流指示器控制箱(6)和電動蝶閥控制箱(5)之間可能出現(xiàn)故障,此時,由綜合監(jiān)控系統(tǒng)(4)給水流指示器(3)兩側(cè)的電動蝶閥控制箱(5)聯(lián)動控制信號,關(guān)閉對應(yīng)的電動蝶閥(2),實(shí)現(xiàn)車控室遠(yuǎn)程控制。

        3.2.3 專業(yè)接口 地鐵區(qū)間隧道設(shè)置有動力照明、綜合監(jiān)控系統(tǒng)。本方案需要動力照明提供電動蝶閥的電源;綜合監(jiān)控設(shè)置模塊箱,接收水流指示器和電動蝶閥的控制、故障狀態(tài)。給排水專業(yè)設(shè)置電動蝶閥代替原管道的手動蝶閥,并增加水流指示器。

        3.2.4 優(yōu)點(diǎn)及效益 能夠及時發(fā)現(xiàn)故障問題,由故障判斷到處理的過程,均為全自動智能控制,無需人員參與,反應(yīng)快、處理及時,有效避免區(qū)間發(fā)生水淹狀況,不影響運(yùn)營行車,采取有效措施及時智能化處理問題,保障行車運(yùn)營的安全;故障管道位置明確,工作人員可詳細(xì)定位,無需判斷與排查,大大縮短查找時間,檢修更加及時;可以減少夜間運(yùn)營維護(hù),監(jiān)控掌握區(qū)間隧道消防給水管網(wǎng)狀態(tài),提高了消防給水系統(tǒng)的安全性。

        特別適用長大區(qū)間隧道和無人駕駛線路的區(qū)間隧道。

        社會效益和經(jīng)濟(jì)效益,主要體現(xiàn)在及時發(fā)現(xiàn)故障并處理,時間短,漏水量少,減少了水資源損失;減少因?yàn)闀和_\(yùn)營帶來的經(jīng)濟(jì)損失,減少因?yàn)闀和_\(yùn)營而采取的緊急搶險、疏散旅客等措施費(fèi)用,減少因?yàn)樗蛶淼难苌μ?,如設(shè)備更換等,減少因?yàn)闀和_\(yùn)營帶來的社會負(fù)面影響。

        結(jié)束語

        地鐵區(qū)間消防管道故障定位及處理設(shè)計方案,具有一定的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益,不僅適用于普通地鐵區(qū)間,更適用于長大區(qū)間、無人駕駛線路的區(qū)間。本研究在地鐵區(qū)間消火栓給水管道故障定位及處理設(shè)計水力計算上有待進(jìn)一步利用模型驗(yàn)證,在本方案設(shè)計思考和前期研究過程的方法上希望能夠?yàn)榈罔F智慧消防的設(shè)計提供一些參考。

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