南京地鐵1號線的氣體滅火設(shè)計

南京地鐵1號線的氣體滅火設(shè)計

摘要結(jié)合南京地鐵1號線的工程設(shè)計,將七氟丙烷(HFC-227)氣體消防工程設(shè)計中經(jīng)常遇到的一些問題,如管網(wǎng)設(shè)計距離、系統(tǒng)管網(wǎng)的管道內(nèi)容積、七氟丙烷的噴放時間等,在滿足技術(shù)規(guī)范要求的前提下所采取的解決方案做了闡述。這些方法的使用大大縮短了工程設(shè)計時間。介紹了南京地鐵1號線報警滅火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),氣體滅火系統(tǒng)與車站火災(zāi)報警系統(tǒng)的通信方案。關(guān)鍵詞地鐵,氣體滅火,報警系統(tǒng)編輯。

南京地鐵1號線的11個地下站設(shè)置了氣體自動滅火系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的設(shè)計中,設(shè)計人員做了全面調(diào)研和考察,充分考慮現(xiàn)場的設(shè)計情況,并不斷地調(diào)整設(shè)計參數(shù)以滿足規(guī)范中的若干要求。鑒于設(shè)計中設(shè)備間的位置和氣體滅火系統(tǒng)消防規(guī)范(各地方規(guī)范)的要求,設(shè)計采用廣東地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ15-23-1999《七氟丙烷(HFC-227ea)潔凈氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》。今天看來,該設(shè)計基本滿足GB50370—2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中的各項(xiàng)要求。本文介紹了該滅火系統(tǒng)設(shè)計中所涉及的技術(shù)問題及解決辦法。

1滅火劑的性能

本工程設(shè)計中采用的滅火劑七氟丙烷是一種快速、有效、干凈、安全的高檔滅火劑,用于替代哈龍1301。根據(jù)美國環(huán)保局(EPA)公布的數(shù)據(jù),確認(rèn)七氟丙烷可以在有人空間使用,NOAEL(無毒性反應(yīng))濃度值為9.0%,LOAEL(有毒性反應(yīng))濃度值為10.5%;即在9.0%條件下不要求外出時間,10.5%以上時要求外出時間。這個數(shù)據(jù)比哈龍1301還要安全。事實(shí)上,七氟丙烷在美國已被指定為藥劑計量吸入器中CFC(氯氟碳)推進(jìn)器的替代產(chǎn)品(例如氣喘藥分配器里用的推進(jìn)劑)。七氟丙烷是一種無污染的氣體,不含有顆?；蛴臀蹥堄?無色、無味、絕緣,不會對設(shè)備與儀器造成損害。被廣泛運(yùn)用于地鐵、通訊等重要領(lǐng)域。

七氟丙烷和哈龍1301一樣,長時間在高溫下會分解產(chǎn)生氫氟酸等有害物質(zhì)。但是七氟丙烷滅火效率很高,當(dāng)滅火設(shè)計濃度為8%或8.3%時與恰當(dāng)?shù)臏缁鹣到y(tǒng)配合,能在7~10s內(nèi)滅火。如此短的時間內(nèi)能有效抑制七氟丙烷的分解。同時,由于滅火劑用量小,使用時不會大量降低氧氣氣量,對于一般重要財產(chǎn)所在的有人空間,其使用十分安全。滅火后,可通過簡單的通風(fēng)消除氣體,使用戶的工作環(huán)境很快恢復(fù)正常。1993年5月12日EPA的聯(lián)邦注冊簿第58卷第90號對此有詳細(xì)描述。

七氟丙烷的有效期在100年以上,化學(xué)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。在隔絕氧氣,沒有受到紫外線輻射的前提下,七氟丙烷不會自動分解失效。根據(jù)EPA公布的數(shù)據(jù),七氟丙烷的大氣壽命(即暴露于空氣中、在紫外線輻射下的壽命)為31~42年。

2工程設(shè)計中的問題及解決辦法

2.1管網(wǎng)設(shè)計距離

氣體滅火設(shè)備間的設(shè)置,要充分考慮保護(hù)區(qū)的數(shù)量和距離的要求,盡量考慮其在各個保護(hù)區(qū)的附近和中間的位置上。有的規(guī)范中提出4.2MPa系統(tǒng)主管道輸送距離不宜大于40m,這樣可以更容易通過系統(tǒng)壓力計算。但在實(shí)際工程中,進(jìn)行消防系統(tǒng)深化設(shè)計時,設(shè)備間的位置早已確定,故只有考慮降低充裝率和增大管道直徑來解決壓力降的問題。當(dāng)然這不是最好的解決問題辦法。今天,可選用5.6MPa系統(tǒng)或備壓式滅火系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)可以很好地解決管網(wǎng)距離遠(yuǎn)的問題。

2.2規(guī)范中的三個主要條款

規(guī)范要求:

(1)系統(tǒng)管網(wǎng)的管道內(nèi)容積,不宜大于該系統(tǒng)七氟丙烷滅火劑容積的80%。

(2)七氟丙烷的噴放時間,在通訊機(jī)房和電子計算機(jī)房等防護(hù)區(qū),不宜大于7(或8)s,在其它防護(hù)區(qū)不應(yīng)大于10s。

(3)噴頭工作壓力的計算結(jié)果,應(yīng)符合下列規(guī)定:a)一般,噴頭工作壓力Pc≥0.8MPa(絕壓);最小,Pc≥0.5MPa(絕壓);b)Pc≥Pm/2(絕壓),Pm為噴放“過程中點(diǎn)”儲存器內(nèi)壓力。

在工程深化設(shè)計時,這3條往往難以同時滿足。在工程中為達(dá)到以上3條要求,首先采用的是把個別保護(hù)區(qū)管道的直徑加大,以滿足設(shè)計中噴射時間的要求,再逐漸檢查其它要求;如果管道內(nèi)容積大于滅火劑容積的80%的話,應(yīng)立即停止其計算。還有一種辦法,就是在管道初步估算好的情況下,首先檢查其管道的容積是否大于滅火劑容積的80%;在不大于的前提下,適當(dāng)放一點(diǎn)管道的直徑,再檢查是否超出;這時如發(fā)現(xiàn)壓力還不能滿足上述(3)的要求,就可以考慮適當(dāng)降低滅火劑的充裝率(最低不小于600kg/m3)。在規(guī)范中雖然沒有提到最低的充裝率,但如果滅火劑的充裝率過低,實(shí)際上是不合理的,會使造價提高。這時在工程中,應(yīng)考慮采用其它方案來處理,如改變設(shè)備間的位置。在本工程中僅改變了一套設(shè)備的設(shè)備間位置。當(dāng)時主管道總長度是80多m,通過任何計算方式都未能使其滿足規(guī)范中這3條要求;可以采取的方案就是采用預(yù)制式滅火設(shè)備(無管網(wǎng)滅火裝置),當(dāng)然前提是這些保護(hù)區(qū)比較小,否則對工程造價方面也是不利的。工程中對保護(hù)區(qū)共使用5套無管網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。采用改變設(shè)備間位置和使用無管網(wǎng)設(shè)備的方法,解決了在管網(wǎng)設(shè)計計算等諸多方面存在的實(shí)際問題。

2.3設(shè)備布置

DBJ15-23-1999第6.1.7條要求:儲存裝置的布置,應(yīng)便于操作、維修及防止陽光照射;操作面距墻面或兩操作面之間的距離,不宜小于1m。這個條件在工程中一般很難滿足,但在嚴(yán)格的消防檢查中,對這個要求較嚴(yán)格。為此,設(shè)計中盡量采用單雙混合的布置方式,不采用三瓶組并排布置的方式,在現(xiàn)有的條件下,使得設(shè)備在維修和檢查時有一個較大的操作空間。雖然極少數(shù)設(shè)備間里的鋼瓶布置不能滿足“不宜小于1m”的要求,但也充分利用了空間,確保操作人員在設(shè)備間內(nèi)能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行可靠操作。

2.4報警滅火系統(tǒng)設(shè)計

2.4.1報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在每個站點(diǎn)只設(shè)置一臺報警主機(jī);報警主機(jī)連接每個滅火區(qū)域;每個滅火區(qū)域設(shè)置火災(zāi)探測和一個區(qū)一套氣體滅火控制單元,用來開啟電磁閥、聲光報警器、放氣顯示燈及保護(hù)區(qū)門前的手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)等。典型站火災(zāi)報警滅火系統(tǒng)圖見圖1。氣體保護(hù)滅火區(qū)域以外的火災(zāi)探測及全站的廣播、電話、通風(fēng)聯(lián)動等歸車站FAS(火災(zāi)報警系統(tǒng))管理。南京地鐵1號線工程共使用了11臺滅火報警滅火控制主機(jī),這樣在投資上比采用單區(qū)使用報警滅火控制器的方案要節(jié)省得多,如不需要單獨(dú)給每個區(qū)設(shè)置專用消防電源等,其維護(hù)也較為簡單。

2.4.2報警及滅火信息上傳

在系統(tǒng)設(shè)計方案上,還有一個更為復(fù)雜的問題:如何實(shí)現(xiàn)氣體滅火系統(tǒng)(FES)和車站火災(zāi)報警系統(tǒng)(FAS)之間的通信。解決的方案有3個。FES的每個保護(hù)區(qū)控制盤發(fā)給FAS的5個信號分別為一級報警信號、二級報警信號、釋放信號、手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)信號、故障信號。轉(zhuǎn)貼于

方案1:這5個信號通過FES的就地控制盤硬接線給FAS的模塊來接收(見圖2)。其優(yōu)點(diǎn)是:方案成熟可靠,在多個項(xiàng)目中已經(jīng)應(yīng)用;氣體滅火控制盤上已經(jīng)集成了信號輸出接口,不需要再做改動;FAS系統(tǒng)的FACP(火災(zāi)報警控制盤)接收信號簡單、方便,只需要增加對應(yīng)的輸入模塊即可;信息的傳遞清晰、明了、容易界定;方案實(shí)施成本較低。其缺點(diǎn)是線路相對較多且繁瑣。方案2:利用RS485網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方式來上傳這些數(shù)據(jù)(見圖3);在氣體滅火報警控制主機(jī)內(nèi)增加通信卡,提供RS485接口,由FAS系統(tǒng)的FACP直接接收信號;接口位置在氣體滅火報警控制主機(jī)內(nèi)通信卡的接線端子外側(cè)。其優(yōu)點(diǎn)為:可實(shí)現(xiàn)信息的同步共享,FAS系統(tǒng)中的FACP可以顯示每個滅火控制盤的詳細(xì)信息,包括火警、故障、隔離和運(yùn)行等所有信息;施工簡單方便,方案實(shí)施成本適中。其缺點(diǎn)為:FAS系統(tǒng)中的FACP需要具有相應(yīng)的接口來接收氣體滅火控制主機(jī)的數(shù)據(jù),不是所有品牌的機(jī)器之間都可以這樣通訊;氣體滅火報警控制主機(jī)提供的是非開放協(xié)議,對FACP的信息接入有一定的影響。方案3:利用RS232網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方式上傳這些數(shù)據(jù)(見圖4)。在氣體滅火報警控制主機(jī)內(nèi)增加通信卡,提供RS232接口;接入通訊網(wǎng)關(guān)后,轉(zhuǎn)換為MODBUS提供RS485接口,再接入FAS系統(tǒng)工控機(jī),最后接入FACP;接口位置在氣體滅火報警控制主機(jī)內(nèi)網(wǎng)關(guān)的接線端子外側(cè);為解決FAS聯(lián)動的需要,將火災(zāi)滅火信號通過硬接線的方式由FAS系統(tǒng)的輸入模塊接入,在發(fā)生火災(zāi)時系統(tǒng)可以做到聯(lián)動。其優(yōu)點(diǎn)為:可實(shí)現(xiàn)信息的同步共享,通過FAS工控機(jī)的的信息篩選后,FACP可以接收指定的信息;氣體滅火報警控制主機(jī)提供的MODBUS協(xié)議為開放式通訊協(xié)議,在后期的調(diào)試過程中只需要?dú)怏w滅火報警控制主機(jī)提供現(xiàn)場的點(diǎn)表,即可完成信息的接入功能。其缺點(diǎn)是增加的設(shè)備較多,方案實(shí)施成本高。南京地鐵1號線當(dāng)初準(zhǔn)備通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方式來上傳信息,但在項(xiàng)目實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)不可行。主要是由于協(xié)議之間的接口軟件比較難實(shí)施,且沒有在類似的項(xiàng)目中使用過,對于可能存在的問題不可預(yù)見,所以就舍棄了該方案,最終選擇了方案1實(shí)施。該項(xiàng)目進(jìn)行得比較順利,調(diào)試及驗(yàn)收均一次通