地鐵干式消火栓系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

1、地鐵干式消火栓系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究     摘 要:消火栓給水系統(tǒng)作為地鐵火災(zāi)撲救的主要設(shè)施,它的可靠性對(duì)控制、消滅火災(zāi)起著決定性的作用。但現(xiàn)有的濕式消火栓給水系統(tǒng)在實(shí)際使用中存在凍結(jié)、漏水及由于保溫材料破損而影響運(yùn)營(yíng)等問(wèn)題。文章從干式消火栓系統(tǒng)組成、運(yùn)行方式及應(yīng)用分析等方面探討了在寒冷地區(qū)的地鐵設(shè)計(jì)中采用干式水消防系統(tǒng)的可行性。關(guān)鍵詞:地鐵;干式消火栓;滅火系統(tǒng)       城市地下鐵路(簡(jiǎn)稱地鐵)作為一種快速、環(huán)保、舒適、客運(yùn)能力大的城交通工具在世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家及地區(qū)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。近十年來(lái)隨

2、著我經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng),地鐵建設(shè)在我國(guó)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展,除已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的北京、上海、廣州等地鐵外,南京、杭州、重慶的地鐵已在建設(shè)中。預(yù)計(jì)到2008年,北京的地鐵運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)將達(dá)150km。      發(fā)生在地鐵中的火災(zāi),由于其獨(dú)特的地形條件,給人員疏散和消防撲救帶來(lái)了極大的困難,極易造成群死群傷和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。      消火栓給水系統(tǒng)作為地鐵火災(zāi)撲救的主要設(shè)施,它的可靠性與否對(duì)控制、消滅火災(zāi)起著決定性的作用。但現(xiàn)有的濕式消火栓給水系統(tǒng)在實(shí)際使用中存在一些問(wèn)題。當(dāng)消防給水管道安裝于有

3、可能結(jié)凍的部位時(shí),采取的保溫措施一般為:高架車(chē)站室外明裝部分、隧道出入線洞口管道防凍采用的是電伴熱系統(tǒng);隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)房出風(fēng)口附近管道采用的保溫材料為復(fù)合硅酸鎂管殼,保護(hù)層為鋁箔,保溫及保護(hù)層材料燃燒等級(jí)均為A級(jí)。在設(shè)備聯(lián)檢期間,發(fā)現(xiàn)鋁箔有損壞現(xiàn)象,由于鋁箔為導(dǎo)電材料,且地鐵內(nèi)電器設(shè)備電力線路較多,存在事故隱患,不適用于地工程。高架站和出入段消防管道大量采用電伴熱保溫措施,需要增加部分工投資,增加運(yùn)營(yíng)成本,同時(shí)也浪費(fèi)能源。另外在地鐵工程運(yùn)營(yíng)中,還出現(xiàn)過(guò)區(qū)間消防管道因漏水影響行車(chē)的事故。如何最大限度的減少工程投資、節(jié)約能源、杜絕事故隱患是水消防設(shè)計(jì)中需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。而干式水消防系統(tǒng)不需要管道保

4、溫,不存在事故隱患,為解決以上問(wèn)題提供了思路。      在寒冷地區(qū)的地鐵設(shè)計(jì)中探討采用干式水消防系統(tǒng)的可行性是非常必要的,尤其是目前天津、沈陽(yáng)、北京、大連、哈爾濱等城市地鐵正在進(jìn)行緊張的建設(shè),干式水消防系統(tǒng)的適用研究顯得尤為重要。由此引出一個(gè)問(wèn)題:即地鐵消防給水是否可采用干式系統(tǒng)以解決水管結(jié)凍問(wèn)題。      干式消火栓系統(tǒng)是以手、電動(dòng)快開(kāi)閥為界,閥入口側(cè)接水源,管道內(nèi)充滿水;閥出口側(cè)接管網(wǎng),快開(kāi)閥平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài),該管網(wǎng)平時(shí)為空管?；馂?zāi)發(fā)生時(shí),可通過(guò)以下幾種方式打開(kāi)閥門(mén):消火栓處按鈕啟動(dòng);通

5、過(guò)火災(zāi)探測(cè)器報(bào)警自動(dòng)啟動(dòng);現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)應(yīng)急開(kāi)啟。這樣可以保證該閥門(mén)在任何情況下都能開(kāi)啟供水滅火。      建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范第8.4.2條第九款提出:“嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)非采暖廠房、庫(kù)房及其他建筑的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)可采用干式消火栓系統(tǒng),進(jìn)水管應(yīng)設(shè)快速啟閉裝置,管道最高處應(yīng)設(shè)自動(dòng)排氣閥?！?此條款提出了干式系統(tǒng)使用的可行性。1 干式消火栓系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)      干式消火栓系統(tǒng)的主要組成部分:遠(yuǎn)程控制的快速啟閉裝置、設(shè)置一定坡度的管道、快速排氣裝置以及必備的消火栓及組件。干式消火栓系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是

6、在快速啟閉裝置后的管路內(nèi)無(wú)水,可以確保管路在外界氣溫較低時(shí)不被凍結(jié)。      在發(fā)生火災(zāi)時(shí),車(chē)站或控制中心的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)接到報(bào)警信號(hào),開(kāi)啟快速啟閉閥,同時(shí)向中控室發(fā)出開(kāi)泵和報(bào)警信號(hào),消防泵啟動(dòng)后管道內(nèi)空氣迅速排除,管道在短時(shí)間內(nèi)由干式迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闈袷较到y(tǒng),消火栓口接出水龍帶和水槍達(dá)到滅火的目的。1.1 與濕式系統(tǒng)相比,干式系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)      區(qū)間車(chē)站干濕式消火栓系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1。      (1)平時(shí)管道內(nèi)無(wú)水,不存在凍結(jié)問(wèn)題,因此,不需要保

7、溫;      (2)因?yàn)槠綍r(shí)管道內(nèi)無(wú)水,因此,即使個(gè)別管道的接口不夠嚴(yán)密,也不會(huì)因滴漏水而影響生產(chǎn)運(yùn)營(yíng);      (3)可以適當(dāng)減少分段閥門(mén)的設(shè)置。1.2 與濕式系統(tǒng)相比,干式系統(tǒng)主要缺點(diǎn)      (1)因?yàn)槠綍r(shí)管道內(nèi)無(wú)水,需要一定的充水時(shí)間,使用消火栓的時(shí)間滯后于濕式系統(tǒng);      (2)如系統(tǒng)內(nèi)不充氣,定期檢查不力,存在消防管道損壞而不能即時(shí)發(fā)現(xiàn)的隱患;  

8、0;   (3)快速啟、閉閥門(mén)要能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,可靠性略低,排氣閥有可能堵塞,不能有效排除管道內(nèi)的空氣。2 干式消火栓系統(tǒng)分類2.1 固定式全自動(dòng)干式系統(tǒng)      主要特點(diǎn)是在報(bào)警閥后管路內(nèi)無(wú)水,充滿有壓力的氣體,不怕凍結(jié),不怕環(huán)境溫度高。在發(fā)生火災(zāi)時(shí),車(chē)站或控制中心的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)接到報(bào)警信號(hào),開(kāi)啟快速啟閉閥,同時(shí)向中控室發(fā)出開(kāi)泵和報(bào)警信號(hào),消防泵啟動(dòng)后管道內(nèi)空氣迅速排除,管道在短時(shí)間內(nèi)由干式迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闈袷较到y(tǒng),消火栓口接出水龍帶和水槍達(dá)到滅火的目的。      該系統(tǒng)適用

9、于環(huán)境溫度在4以下或70以上、不宜采用濕式消火栓系統(tǒng)的地方。因增加一套充氣設(shè)備及聯(lián)動(dòng)裝置,且要求管網(wǎng)內(nèi)的氣壓要經(jīng)常保持在一定范圍內(nèi),因此管理比較復(fù)雜,投資較大。2.2 固定式半自動(dòng)干式系統(tǒng)      與濕式系統(tǒng)比較,這種系統(tǒng)在預(yù)作用閥以后的管網(wǎng)中平時(shí)不充水,而充低壓空氣或氮?dú)?或是干管。只有在發(fā)生火災(zāi)時(shí),由消防控制中心或消火栓附近的手動(dòng)報(bào)警按鈕發(fā)出指令,開(kāi)啟快速啟閉閥,同時(shí)向中控室發(fā)出開(kāi)泵和報(bào)警信號(hào),消防泵啟動(dòng)后管道內(nèi)空氣迅速排除,管道在短時(shí)間內(nèi)由干式迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闈袷较到y(tǒng),消火栓出水達(dá)到滅火的目的。    

10、       系統(tǒng)平時(shí)管道內(nèi)無(wú)水,不會(huì)有凍結(jié)問(wèn)題,與全自動(dòng)干式系統(tǒng)比較不需要設(shè)置管道氣體增壓設(shè)備,管道內(nèi)可以是空管,相對(duì)來(lái)說(shuō)系統(tǒng)的反應(yīng)速度較快,設(shè)備管理簡(jiǎn)單,投資少,明顯優(yōu)于全自動(dòng)干式系統(tǒng),因此在干式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般采用半自動(dòng)干式系統(tǒng)。      適用于環(huán)境溫度在4以下或70以上、不宜采用濕式消火栓系統(tǒng)的地方。2.3 半固定式干式系統(tǒng)      半固定式干式系統(tǒng)管道內(nèi)為干式,且系統(tǒng)沒(méi)有永久的給水水源,系統(tǒng)需要的消防用水來(lái)自消防車(chē)的消防泵通過(guò)消防接合

11、器向系統(tǒng)供水,這種系統(tǒng)對(duì)市政水源以及市政救援的消防車(chē)的要求較高。綜合分析,固定式半自動(dòng)干式系統(tǒng)比較符合我國(guó)的國(guó)情。3 固定式半自動(dòng)干式系統(tǒng)應(yīng)用分析3.1 系統(tǒng)充水時(shí)間      系統(tǒng)充水時(shí)間決定了采用干式系統(tǒng)的管道長(zhǎng)度,管道流速按照最大2.02.5m/s考慮,以下分別以車(chē)站和區(qū)間為例進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。      (1)車(chē)站:以一個(gè)有效長(zhǎng)度150m的島式車(chē)站為例,最不利情況下的消防干管長(zhǎng)度約達(dá)到600m,這樣的管道長(zhǎng)度充水時(shí)間約為5min,也就是說(shuō)車(chē)站采用干式系統(tǒng)的情況下,火災(zāi)的前45min消火栓系

12、統(tǒng)不能保證消防用水。      (2)區(qū)間:以一個(gè)長(zhǎng)度1.2km的區(qū)間為例,考慮最不利情況,水源從一端車(chē)站供水,則需要的充水時(shí)間為10min。也就是說(shuō),火災(zāi)發(fā)生后的10min內(nèi)不能保證消防用水。3.2消火栓投入使用的時(shí)間分析      在車(chē)站,當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后的45min內(nèi),主要是乘客疏散的時(shí)間。如果由車(chē)站工作人員取用消火栓進(jìn)行滅火,則5min后或更短的時(shí)間可能需要使用消火栓滅火,如果等待專門(mén)的消防人員則需要更長(zhǎng)一些的時(shí)間,由于地鐵車(chē)站是人員密集場(chǎng)所,消防用水量大于區(qū)間,且建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范要求充水時(shí)

13、間應(yīng)盡可能短,滅火應(yīng)盡可能早。因此,對(duì)于車(chē)站而言,如果采用干式系統(tǒng)時(shí),可能會(huì)產(chǎn)生打開(kāi)消火栓消防用水不能滿足要求的問(wèn)題,因此地鐵車(chē)站宜采用濕式系統(tǒng),以確保在火災(zāi)第一時(shí)間能夠順利使用消火栓。      當(dāng)列車(chē)在區(qū)間發(fā)生火災(zāi)時(shí),一般情況下,列車(chē)應(yīng)盡可能行駛到下一車(chē)站進(jìn)行滅火,只有當(dāng)列車(chē)在區(qū)間發(fā)生火災(zāi)又不能牽引到車(chē)站時(shí),才需要在區(qū)間實(shí)施滅火,區(qū)間隧道的滅火需要專門(mén)的消防人員實(shí)施,即便是最近的消防隊(duì)從接到信號(hào)到進(jìn)入隧道的火災(zāi)地點(diǎn)可能也需要10min以上,而這10min內(nèi),如果干式系統(tǒng)各組件正常運(yùn)行,系統(tǒng)已經(jīng)從干式轉(zhuǎn)變濕式,當(dāng)消防人員趕到火災(zāi)地點(diǎn)的地下區(qū)間

14、,打開(kāi)消火栓時(shí),其水量水壓是可以滿足消防用水要求的。3.3 消防壓力要求      為確保管道的流速,應(yīng)加大消防水泵的揚(yáng)程,如管道直徑DN150,v=1.83m/s時(shí),管道沿程水頭損失43.2m,因此當(dāng)需要的充水時(shí)間短,管道的流速則要求增加,提供水源的水泵的揚(yáng)程需要增加;反之,當(dāng)水泵的揚(yáng)程降低,管道的充水時(shí)間會(huì)增加。      從上述的分析可以看出,地鐵消火栓系統(tǒng)可以考慮采用如下的局部干式的方式:地下車(chē)站采用濕式系統(tǒng),地面、高架車(chē)站及區(qū)間隧道采用干式系統(tǒng),車(chē)站設(shè)置消防泵組,提供車(chē)站及區(qū)間管道的消

15、防用水的壓力和流量。      區(qū)間的干式系統(tǒng)為固定式半自動(dòng)干式系統(tǒng)。區(qū)間干式系統(tǒng)的快速開(kāi)啟閥安裝在車(chē)站靠近區(qū)間的端部,使每個(gè)區(qū)間能夠從相鄰的兩個(gè)車(chē)站取得水源,按每個(gè)車(chē)站承擔(dān)兩相鄰區(qū)間的1/2計(jì)算,火災(zāi)時(shí)消火栓管道的充水時(shí)間可以進(jìn)一步縮短。此外,從車(chē)站兩端的活塞風(fēng)井或區(qū)間風(fēng)井內(nèi)接出消防結(jié)合器,以備消防車(chē)從市政取水補(bǔ)給區(qū)間消防管道。      不論是車(chē)站或區(qū)間發(fā)生火災(zāi),車(chē)站或與區(qū)間相鄰的車(chē)站的消防泵都要開(kāi)啟,從室外消防水池或市政管網(wǎng)抽水,從而保證消防水量和水壓。4 運(yùn)行方式4.1 正常工況下

16、60;     為保證干式系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng),對(duì)區(qū)間隧道的消防管道進(jìn)行干濕交替運(yùn)營(yíng)的方式,每年的春季打開(kāi)各車(chē)站的快速開(kāi)啟閥,使管道內(nèi)充滿水;當(dāng)冬季來(lái)臨時(shí)關(guān)閉兩端的快速閥,打開(kāi)車(chē)站或區(qū)間最低點(diǎn)處的放空閥,將管道內(nèi)的水放空由泵站排除。      這種交替運(yùn)營(yíng)方案一方面盡可能減少區(qū)間管道為干式的時(shí)間,另一方面通過(guò)交替運(yùn)營(yíng)進(jìn)行維護(hù),確保系統(tǒng)的正常功能。4.2 火災(zāi)工況下      當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在冬季,由FAS組件向控制中心和車(chē)站發(fā)出信號(hào),FAS系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)打開(kāi)該區(qū)段兩端的電

17、動(dòng)快開(kāi)閥,也即利用疏散乘客的同時(shí)進(jìn)行管道充水。5 快速排氣閥設(shè)置數(shù)量和位置      快速排氣閥的作用是在發(fā)生火災(zāi)時(shí)迅速排除消防管道氣體,使水充滿管道,滅火后泄水時(shí)能夠補(bǔ)充氣體。由于地鐵設(shè)計(jì)線路基本是高車(chē)站低區(qū)間,區(qū)間隧道兩頭與車(chē)站相連,中間低,兩頭高?；馂?zāi)時(shí),區(qū)間管道的系統(tǒng)從兩端車(chē)站進(jìn)水,排氣閥主要依靠系統(tǒng)水壓力驅(qū)除管道中的氣體,快速排氣閥除了要在區(qū)間的中部設(shè)置,還要在沿程設(shè)置,一般約1km長(zhǎng)的單線區(qū)間應(yīng)至少設(shè)置5個(gè),每200m一個(gè)。高架站、地面站快速排氣閥也按200m一個(gè)設(shè)置。6 管道防腐      如果按照干濕式交替運(yùn)行,區(qū)間管道應(yīng)加強(qiáng)防腐,擬采用水泥砂漿襯里的鑄鐵管道。為確保接頭的牢固,安裝在主體結(jié)構(gòu)壁上的管道支架每23m一個(gè),每個(gè)支座的錨栓不得少于3個(gè)M12,管道轉(zhuǎn)彎處應(yīng)適當(dāng)增加。地鐵建設(shè)是百年大計(jì),水消防系統(tǒng)的設(shè)置是