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)集團有限公司,北京 100055)

根據(jù)地下軌道交通的消防特點,結(jié)合成都地鐵工程設(shè)計實例,對氣體滅火系統(tǒng)的控制及操作方式進行深入介紹,并著重論述氣體消防系統(tǒng)在地鐵設(shè)計中的應(yīng)用：從環(huán)保、安全、經(jīng)濟、滅火效率及對被保護對象影響等方面對七氟丙烷與IG541混合氣體進行比較,具體分析兩種氣體環(huán)保指標(biāo)ODP、GWP、ALT值和對人員安全性指標(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；氣體自動滅火； IG541混合氣體；系統(tǒng)設(shè)計

1 概述

城市軌道交通是城市最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，是城市交通的主動脈，其投資大、施工周期長、技術(shù)難度高，且位于城市人員密集區(qū)，安全隱患大，其對災(zāi)害抵御能力差，運營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)計規(guī)范》 (GB50157—2013)規(guī)定，地鐵中弱電及供配電設(shè)備機房屬于地鐵車站的對地鐵安全運營非常重要的設(shè)施，機房內(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)置合適的氣體自動滅火系統(tǒng)[2]，保證在火災(zāi)初期及時發(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5.410 km，全為地下站?？刂浦行呐c已建1號線控制中心合設(shè)，在線路南端設(shè)東寺停車場1處，主變電站利用一期工程[3]。成都地鐵1號線南延線平面如圖1所示。

1.2 設(shè)計范圍

本系統(tǒng)設(shè)計范圍包括成都地鐵1號線南延線工程全線氣體自動滅火系統(tǒng)。

2 設(shè)計原則

(1)本工程按同一時間只發(fā)生1次火災(zāi)考慮。

圖1 成都地鐵1號線南延線平面

(2)系統(tǒng)同時具有3種控制方式：全自動控制、人工手動控制和機械應(yīng)急操作，人工手動控制與應(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)，一個組合分配系統(tǒng)不超過8個防護區(qū)，防護區(qū)采用全淹沒滅火方式[4]。

3 滅火介質(zhì)的選擇比較

3.1 氣體自動滅火系統(tǒng)基本要求

氣體自動滅火系統(tǒng)要求在保證地鐵的運營不受影響，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滅火系統(tǒng)，在有效滅火的同時應(yīng)考慮介質(zhì)對人和設(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

因為考慮到對大氣臭氧層保護，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)由于對人體有生命危害，故在人員密集的地鐵場所不宜采用，根據(jù)電氣火災(zāi)特點及目前國內(nèi)地鐵工程實例，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、對人員安全性、滅火效率、滅火后對保護對象的損害、經(jīng)濟及運營方便等方面比較。

(1)從環(huán)保方面比較，目前國際上衡量環(huán)保性主要有以下幾個指標(biāo)：ODP值最小(即對臭氧層的耗損最小)；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。兩種氣體對人員的安全性影響綜合對照見表2。

表1 環(huán)保性能綜合比較

表2 對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間較長，故滅火效果好，對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)的進行，中斷燃燒鏈達(dá)到滅火效能，滅火速度極快，主動性強，但對滅固體深位火災(zāi)能力較弱[7]。

(4)從滅火后對保護對象的損壞情況比較，由于氣體自動滅火系統(tǒng)保護的對象均為對地鐵運營及安全有影響的精密設(shè)備，滅火后對保護對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產(chǎn)生少量氟氫酸，會對電氣設(shè)備有一定程度的腐蝕。氟化氫的產(chǎn)生量與設(shè)計濃度和噴射時間有關(guān)，隨著噴射時間增加，氟化氫的產(chǎn)生量也會增大。

(5)從經(jīng)濟方面比較，氣體滅火系統(tǒng)費用由設(shè)備購置費、建安費及維護管理費組成。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)備購置費及建安費較七氟丙烷高。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，藥劑費用昂貴，比IG541混合氣體滅火系統(tǒng)滅火劑費用高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，但綜合后期維護運行，總成本相差不大。

綜上所述，根據(jù)成都地鐵1號線南延線地鐵工程可行性研究文件及地鐵建成后運營管理、維護等因素，在本次初步設(shè)計階段推薦采用IG541 混合氣體自動滅火系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)設(shè)計

4.1 氣體滅火系統(tǒng)保護區(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)停車場內(nèi)通信及信號設(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)機房(含電源室)、AFC 機房、計算機數(shù)據(jù)中心，本工程控制中心與既有1號線共建。

4.2 系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

(1)防護區(qū)的最低設(shè)計溫度約為11 ℃，設(shè)計最高溫度為35 ℃，正常情況下溫度約為20 ℃。

(2)設(shè)計濃度

防護區(qū)的最大設(shè)計滅火濃度為52.0%，有人值守的防護區(qū)最大設(shè)計濃度為42.8%，防護區(qū)最小設(shè)計滅火濃度為37.0%。

(3)相關(guān)設(shè)計時限

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

(4)儲氣瓶儲存壓力

儲氣瓶儲存壓力為15 MPa。

4.3 設(shè)備運行的環(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)的防護區(qū)(如弱電設(shè)備房等)10～27 ℃；

(2)無空調(diào)的防護區(qū)10～36 ℃；

(3)氣瓶室0～50 ℃。

(4)不同環(huán)境溫度對應(yīng)的防護區(qū)匯總見表3。

表3 不同環(huán)境溫度對應(yīng)的防護區(qū)匯總

注：相對濕度5%～95%

4.4 系統(tǒng)組成

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

(2)氣體滅火系統(tǒng)報警及控制部分由氣體滅火控制器(自帶蓄電池)、手自動轉(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)動信號，實現(xiàn)對氣體噴放的控制功能，并向FAS返回設(shè)備動作狀態(tài)信息。氣體滅火控制器與本車站火災(zāi)報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)報警及控制部分具體設(shè)備配置如下：在各氣體滅火保護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)聲光報警器，在每個氣體滅火保護區(qū)的每一個出入口門的內(nèi)外設(shè)置火災(zāi)聲光報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)采用集中報警控制系統(tǒng)，由控制主機(設(shè)置在車站控制室內(nèi))、區(qū)域控制盤(即各防護區(qū)氣體滅火就地控制盤)、火災(zāi)探測器等組成?？刂葡到y(tǒng)具有火災(zāi)探測、報警、自動確認(rèn)火災(zāi)及聯(lián)動相關(guān)滅火設(shè)備的功能，其中主機平時監(jiān)視各防護區(qū)火災(zāi)報警設(shè)備狀態(tài)，接收各防護區(qū)報警探測器信號，自動確認(rèn)火災(zāi)報警，確認(rèn)后啟動區(qū)域控制盤按照設(shè)計的程序?qū)嵤渚葴缁稹Ｃ總€防護區(qū)的火災(zāi)報警及滅火操作均由主機控制，控制盤及控制主機須配備用電源，備用電源使用時間不小于24 h。

5.2 操作方式

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

(1)自動控制

當(dāng)防護區(qū)內(nèi)的溫感器或者煙感器任意其一探測到防護區(qū)內(nèi)有火災(zāi)信號，系統(tǒng)進入報警狀態(tài)，警鈴鳴響。

當(dāng)某防護區(qū)內(nèi)溫感和煙感探測器同時向氣滅控制盤發(fā)出火災(zāi)報警信號時，控制盤就地啟動該防護區(qū)域內(nèi)、外的聲光報警器和蜂鳴器，與此同時，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)會收到火災(zāi)確認(rèn)信號，控制系統(tǒng)進入0～30 s的延時狀態(tài)。在延時過程中，系統(tǒng)自動關(guān)閉防護區(qū)內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)管道上防煙防火閥，防護區(qū)內(nèi)門窗或者泄壓閥關(guān)閉，并通知防護區(qū)內(nèi)及周邊人員迅速撤離。

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

(2)人工手動控制

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)在防護區(qū)外，工作人員可以用專用鑰匙進行開啟和復(fù)位。工作人員在確認(rèn)某防護區(qū)火災(zāi)后，可以利用手動操作來向該防護區(qū)噴放滅火劑，火災(zāi)撲滅后須復(fù)位。

(3)機械應(yīng)急操作

機械應(yīng)急操作是一種特殊操作方式，是一種用來補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選擇閥上啟動裝置，后啟動瓶頭閥上啟動裝置，對指定的防護區(qū)進行噴放滅火。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時采用螺紋連接，>80 mm時宜采用法蘭連接。法蘭連接時應(yīng)采用墊片，墊片形狀為金屬齒形，管道進行須內(nèi)外鍍鋅；螺紋連接時，應(yīng)采用相應(yīng)技術(shù)規(guī)程中規(guī)定螺紋。機械套絲后，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)為每個防護區(qū)提供至少2對接線端子，并提供接地端子1個[11]。

7 結(jié)語

本工程在可行性研究階段，對成都已建地鐵進行了充分調(diào)研，走訪了地鐵公司、運營單位以及設(shè)備維護單位，通過對國內(nèi)地鐵的大量調(diào)研及各方案多方面對比，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、站臺可以合用氣瓶間，減少氣瓶間設(shè)置個數(shù)，特別是在面積較大的換乘站，這一點更為突出，綜合從環(huán)保、安全、經(jīng)濟、滅火效率及對被保護對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)計中是較為合理的，且有一定優(yōu)勢，其可作為地鐵消防設(shè)計參考。

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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