綜合管廊消防自動滅火系統(tǒng)選擇與分析

張令滇，徐中亞，張肖峰，石 驍

（中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引言

城市地下綜合管廊是將兩種或兩種以上的管線放置在同一個空間的地下基礎(chǔ)設(shè)施，是城市基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化的標(biāo)志，也是未來城市地下管線建設(shè)和發(fā)展的方向。城市地下綜合管廊內(nèi)通常布置有供熱、通信、電力、燃?xì)?、給排水等管線，其中電力艙內(nèi)的電纜火災(zāi)危險等級最高，若電力艙內(nèi)電纜發(fā)生火災(zāi)，一方面會燒毀電纜造成直接經(jīng)濟(jì)損失，另一方面會導(dǎo)致大范圍停電，嚴(yán)重影響人們的生活。在電力電纜火災(zāi)較大的情況下，消防救援人員基本無法進(jìn)入管廊內(nèi)部滅火?，F(xiàn)行《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838—2015）中規(guī)定，干線綜合管廊中容納電力電纜的艙室，支線綜合管廊中容納6 根及以上電力電纜的艙室應(yīng)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)；其他容納電力電纜的艙室宜設(shè)置自動滅火系統(tǒng)。該規(guī)范并沒有對綜合管廊應(yīng)該設(shè)置何種消防滅火系統(tǒng)進(jìn)行明確的規(guī)定，也沒有規(guī)定具體的設(shè)置參數(shù)和設(shè)置要求。因此，選擇一種經(jīng)濟(jì)、安全、高效的自動滅火系統(tǒng)對綜合管廊建設(shè)和安全運(yùn)營具有重要的意義。本文依據(jù)當(dāng)前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，同時結(jié)合目前國內(nèi)工程實(shí)例，提出綜合管廊消防自動滅火系統(tǒng)選擇的建議和看法。

1 綜合管廊常用的自動滅火系統(tǒng)

現(xiàn)行《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838—2015）中，明確規(guī)定了支線綜合管廊中如果容納6 根及以上電力電纜的艙室應(yīng)該設(shè)置自動滅火系統(tǒng)。根據(jù)目前的管廊運(yùn)行情況，可供綜合管廊自動滅火系統(tǒng)選擇的固定式消防方式包括自動噴淋滅火系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)和超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)等。自動噴淋滅火系統(tǒng)不適用于A 類帶點(diǎn)火災(zāi)和電氣火災(zāi)，因此不宜用在布置有眾多電力電纜的綜合管廊內(nèi)[1]。氣體滅火系統(tǒng)主要包括二氧化碳、IG541、七氟丙烷、氣溶膠等。二氧化碳及IG541 氣體滅火系統(tǒng)的降溫效果有限，雖然能熄滅明火，但難于在短時間內(nèi)將火場環(huán)境溫度降低到可燃物的燃點(diǎn)之下。七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)在滅火過程中會產(chǎn)生有害氣體，會對消防員造成影響[2]。氣溶膠滅火系統(tǒng)發(fā)生誤噴的現(xiàn)象時有發(fā)生，誤噴在設(shè)備表面的氣溶膠難以清潔，此外氣溶膠滅火裝置尚未取得國家3C 認(rèn)證。以上氣體滅火系統(tǒng)均需定期更換滅火劑，后期運(yùn)維成本較高，不建議采用。因此，可供綜合管廊選擇的固定式自動滅火系統(tǒng)主要有高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)、超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)以及水噴霧滅火系統(tǒng)。

2 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

2.1 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)滅火機(jī)制

（1）高效冷卻作用。由于細(xì)水霧的霧滴直徑很小，高壓細(xì)水霧的霧粒直徑為10～100 μm，在汽化的過程中，堆積密度小，遇熱后快速氣化，容積可快速膨脹1700～5800 倍，消化吸收很多的熱量，使點(diǎn)燃環(huán)境溫度快速降低。實(shí)驗(yàn)證明細(xì)水霧的霧滴直徑越小，氣化速度越快，水霧單位面積的吸熱量越大，熱傳速率越高。

（2）窒息作用。細(xì)水霧噴入火場后，迅速蒸發(fā)形成蒸汽，體積急劇膨脹，在燃燒物周圍形成屏障阻擋新鮮空氣的進(jìn)入，降低氧含量，當(dāng)火源周圍空間的氧含量減小到16%～18%時，火焰將被熄滅。

（3）阻隔輻射熱作用。高壓細(xì)水霧噴入著火物周圍后，燃燒物迅速被水霧蒸汽包裹，阻擋了火焰的輻射熱，避免引燃周圍物品，阻止火災(zāi)的蔓延。

（4）稀釋、浸潤及乳化作用。大量水霧會沖擊燃燒物表面，燃燒物被浸濕，這樣能有效阻斷固體揮發(fā)產(chǎn)生可燃?xì)怏w，進(jìn)而達(dá)到滅火并且防止火災(zāi)蔓延的目的。此外，高壓細(xì)水霧還具有洗滌煙霧、廢氣以及對液體乳化和稀釋的作用等。

2.2 高壓細(xì)水霧在綜合管廊內(nèi)的應(yīng)用

對于綜合管廊內(nèi)設(shè)置的自動滅火系統(tǒng)，高壓細(xì)水霧由于其獨(dú)特的優(yōu)勢備受青睞，如重慶云陽縣迎賓大道綜合管廊、深圳前海合作區(qū)綜合管廊、成都市雙流環(huán)湖路綜合管廊均采用高壓細(xì)水霧作為綜合管廊的自動滅火系統(tǒng)。柴一波等[3]研究發(fā)現(xiàn)高壓細(xì)水霧運(yùn)用于綜合管廊內(nèi)可在3 s 內(nèi)實(shí)現(xiàn)綜合管廊明火撲滅，不僅具有良好的冷卻降溫功能，而且還可以對空氣除塵；對有局部遮擋的空間也能起到良好的滅火效果，防止撲滅后的火源因?yàn)橹匦峦L(fēng)而復(fù)燃；滅火后能以更短時間實(shí)現(xiàn)通風(fēng)，火災(zāi)現(xiàn)場更容易清理，綠色環(huán)保。張杰等[4]研究發(fā)現(xiàn)細(xì)水霧能明顯降低管廊上部溫度，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)具有良好的電絕緣性和強(qiáng)大的滅火能力，還具有除塵和降溫作用，極大降低了火災(zāi)對救援人員傷害，具有較高的安全性。李宏宇等[5]研究表明由于高壓細(xì)水霧具有持續(xù)性的降溫和窒息作用，可以安全有效地將綜合管廊火災(zāi)撲滅，并且僅產(chǎn)生少量的消防廢水。童浩等[6]通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)噴出的水霧能深入綜合管廊的長邊區(qū)域和交叉區(qū)域，進(jìn)而抑制和撲滅電纜橋架火災(zāi)，即便被遮擋的火源，細(xì)水霧依然能夠進(jìn)入火源內(nèi)部區(qū)域發(fā)揮降溫滅火作用。對于管廊電纜橋架深位火災(zāi)，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)也能有效抑制和撲滅火災(zāi)。有障礙物阻隔的火災(zāi)需要更長的滅火時間?？臻g較大的交叉區(qū)域所需滅火時間較長，而空間狹長的長邊區(qū)域所需滅火時間較短。當(dāng)面對火災(zāi)較大的管廊火災(zāi)，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的隔氧窒息和吸熱冷卻作用能使滅火時間更短，滅火成功率更高。此外高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)運(yùn)用于綜合管廊具有很好地衰減火焰熱輻射、降低火場溫度以及洗消煙氣的作用。為了降低誤噴的概率，也可以采用閉式預(yù)作用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。

然而高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)需要設(shè)置專用高壓消防供水泵組，管材需要采用S31603 不銹鋼無縫鋼管，系統(tǒng)組件復(fù)雜，系統(tǒng)組件多，初期投資大。此外，現(xiàn)行《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50898—2013）規(guī)定采用全淹沒應(yīng)用的開式系統(tǒng)，其防護(hù)區(qū)數(shù)量不應(yīng)大于3 個，這表明每套開式高壓細(xì)水霧泵組最多僅能防護(hù)3 個防護(hù)區(qū)，按每個防護(hù)區(qū)距離不超過200 m計算，那么單套細(xì)水霧泵組最長只能防護(hù)600 m 長的綜合管廊，要求較為苛刻。實(shí)際應(yīng)用中，綜合管廊長度通常為幾千米到十幾千米不等，這就要求設(shè)置眾多的水泵組和配套消防設(shè)備間，導(dǎo)致該系統(tǒng)的初期投資巨大，此規(guī)定使細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在綜合管廊中的應(yīng)用受到了較大的限制。

3 超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)

3.1 超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)滅火機(jī)制

化學(xué)抑制作用是超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的主要滅火機(jī)制，同時該系統(tǒng)也具有物理滅火作用，包括窒息、冷卻和輻射的遮隔。通過化學(xué)機(jī)制與物理機(jī)制相輔相成，共同撲滅火焰?；瘜W(xué)滅火機(jī)制主要是超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)釋放出的滅火劑粉末與燃燒物火焰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，迅速降低火焰周圍溫度，同時抑制產(chǎn)生燃燒自由基，中斷燃燒連鎖反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)滅火。在物理上，實(shí)現(xiàn)可燃物與氧氣的隔絕，降低可燃物周圍氧氣濃度而阻止燃燒。超細(xì)干粉滅火劑由于其質(zhì)量輕、粒徑小，具有良好的彌散性，滅火能力是普通干粉滅火劑的數(shù)倍，滅火時間更短。釋放的超細(xì)干粉滅火劑能較長時間地停留在空氣中，局部滅火方式可用于開放空間，全淹沒滅火方式可應(yīng)用于封閉場所。

3.2 超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)在綜合管廊內(nèi)的應(yīng)用

超細(xì)干粉運(yùn)用在綜合管廊中通常采用懸掛式安裝，超細(xì)干粉球布置在綜合管廊的頂部，可水平噴射和豎直噴射。懸掛式超細(xì)干粉球體積小，不需要設(shè)置消防設(shè)備間，無管網(wǎng)布置，土建造價低，不會影響管廊斷面空間，從而降低了成本，同時，該系統(tǒng)對保護(hù)物幾乎沒有損害。但是超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)大范圍應(yīng)用時，系統(tǒng)的可靠性大大降低、運(yùn)行管理工作量大，費(fèi)用也隨之增加。超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)運(yùn)用于綜合管廊的設(shè)計和施工都很簡單，設(shè)計上只需要簡單的用量計算，無須其他如管道設(shè)計計算，設(shè)計周期短。施工過程幾乎沒有管道需要安裝，附屬配套設(shè)施也少。通常在管廊頂部預(yù)埋吊件，將干粉滅火裝置固定在吊件，防火門另一側(cè)設(shè)置區(qū)域滅火控制箱，用扳手等簡單工具就可以完成安裝工作，因此極大縮短了施工周期[7]。李琦[8]指出在選擇綜合管廊中的超細(xì)干粉滅火裝置，應(yīng)盡量選擇球形裝置，不要選擇網(wǎng)形或球盤滅火裝置，這樣能最大限度地發(fā)揮其滅火作用。

然而超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)運(yùn)用在綜合管廊也有缺陷，陳治君等[9]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于超細(xì)干粉很難做到多次可持續(xù)性噴放，起初可以將明火撲滅，后期火焰又復(fù)燃的現(xiàn)象時有發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，使用超細(xì)干粉滅火后，火場中溫度和熱輻射熱都有先降后升的趨勢。另外煙氣層會被噴放的超細(xì)干粉破壞，降低能見度，懸浮于空中的超細(xì)干粉也會影響能見度，不利于后期消防救援。此外，超細(xì)干粉與氣體滅火系統(tǒng)一樣，每5～6年需更換一次滅火劑，管廊后期維護(hù)成本偏高。

4 水噴霧滅火系統(tǒng)

4.1 水噴霧滅火系統(tǒng)滅火機(jī)制

（1）表面冷卻作用。水噴霧滅火系統(tǒng)的水霧粒徑通常為0.3～0.8 mm，這些細(xì)小的水霧具有較大的表面積，水霧噴射到火焰中可以完全汽化，汽化吸收燃燒物表面的熱量，具有很好的降溫效果，停止熱分解，終止燃燒。

（2）窒息作用。水霧受熱后汽化產(chǎn)生膨脹約1680倍的水蒸氣可以形成窒息條件，降低燃燒周圍的氧含量，使燃燒因空氣中含氧量降低而中斷。

（3）乳化作用。對于不溶于水的可燃液體，水噴霧還具有乳化作用。當(dāng)燃燒液體表面被水霧覆蓋時，水霧與可燃液體混雜為一體，可燃液體表面產(chǎn)生乳化層，不燃性乳化層阻隔空氣與可燃液體接觸而使燃燒中斷。

（4）稀釋作用。對于水溶性液體火災(zāi)，水噴霧可以降低液體濃度，進(jìn)而抑制燃燒速度使火災(zāi)變得易于撲滅。

4.2 水噴霧滅火系統(tǒng)在綜合管廊內(nèi)的應(yīng)用

水噴霧滅火系統(tǒng)應(yīng)用于綜合管廊，不僅可以降溫滅火，還可有效排除高溫?zé)煔鈁10]，有利于消防人員進(jìn)行后續(xù)救援。該系統(tǒng)具有滅火迅速、抑制復(fù)燃、系統(tǒng)可靠性高、良好的安全性等優(yōu)點(diǎn)，同時具有良好的長時間滅火能力。水噴霧應(yīng)用于綜合管廊內(nèi)電氣火災(zāi)，具有良好的電氣絕緣性，滅火介質(zhì)為水，環(huán)保無害。

然而，與其他場所的水噴霧滅火系統(tǒng)一樣，水噴霧滅火系統(tǒng)應(yīng)用于綜合管廊需要設(shè)置專門的消防水池及泵房，泵房內(nèi)應(yīng)設(shè)置供水泵組，土建工程成本較高。由于系統(tǒng)設(shè)計流量大，所需供水管道管徑大，會占用較大的管廊空間，進(jìn)而導(dǎo)致管廊斷面加大，增加建工程費(fèi)用。此外綜合管廊水噴霧滅火系統(tǒng)啟動后會導(dǎo)致管廊在短時間內(nèi)累計大量消防廢水，這些消防廢水需要配置大流量的水泵進(jìn)行抽排，增加了消防排水方面的成本。另外長距離消防需要劃分消防分區(qū)，無法令整個分區(qū)的系統(tǒng)同時啟動[11]。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段尚無針對綜合管廊自動滅火系統(tǒng)選擇的具體規(guī)范，結(jié)合工程實(shí)際，目前適用于綜合管廊的自動滅火系統(tǒng)的主要為高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)、超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)及水噴霧滅火系統(tǒng)。3 種滅火系統(tǒng)應(yīng)用于綜合管廊都是有效的，3 種自動滅火系統(tǒng)也各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合初期投資成本、施工安裝周期要求、綜合管廊空間條件等合理選擇合適的自動滅火系統(tǒng)。