南京地铁1号线的气体灭火设计

南京地铁1号线的气体灭火设计

摘要结合南京地铁1号线的工程设计,将七氟丙烷(HFC-227)气体消防工程设计中经常遇到的一些问题,如管网设计距离、系统管网的管道内容积、七氟丙烷的喷放时间等,在满足技术规范要求的前提下所采取的解决方案做了阐述。这些方法的使用大大缩短了工程设计时间。介绍了南京地铁1号线报警灭火系统的结构,气体灭火系统与车站火灾报警系统的通信方案。关键词地铁,气体灭火,报警系统编辑。

南京地铁1号线的11个地下站设置了气体自动灭火系统。在该系统的设计中,设计人员做了全面调研和考察,充分考虑现场的设计情况,并不断地调整设计参数以满足规范中的若干要求。鉴于设计中设备间的位置和气体灭火系统消防规范(各地方规范)的要求,设计采用广东地方标准DBJ15-23-1999《七氟丙烷(HFC-227ea)洁净气体灭火系统设计规范》。今天看来,该设计基本满足GB50370—2005《气体灭火系统设计规范》中的各项要求。本文介绍了该灭火系统设计中所涉及的技术问题及解决办法。

1灭火剂的性能

本工程设计中采用的灭火剂七氟丙烷是一种快速、有效、干净、安全的高档灭火剂,用于替代哈龙1301。根据美国环保局(EPA)公布的数据,确认七氟丙烷可以在有人空间使用,NOAEL(无毒性反应)浓度值为9.0%,LOAEL(有毒性反应)浓度值为10.5%;即在9.0%条件下不要求外出时间,10.5%以上时要求外出时间。这个数据比哈龙1301还要安全。事实上,七氟丙烷在美国已被指定为药剂计量吸入器中CFC(氯氟碳)推进器的替代产品(例如气喘药分配器里用的推进剂)。七氟丙烷是一种无污染的气体,不含有颗粒或油污残余,无色、无味、绝缘,不会对设备与仪器造成损害。被广泛运用于地铁、通讯等重要领域。

七氟丙烷和哈龙1301一样,长时间在高温下会分解产生氢氟酸等有害物质。但是七氟丙烷灭火效率很高,当灭火设计浓度为8%或8.3%时与恰当的灭火系统配合,能在7~10s内灭火。如此短的时间内能有效抑制七氟丙烷的分解。同时,由于灭火剂用量小,使用时不会大量降低氧气气量,对于一般重要财产所在的有人空间,其使用十分安全。灭火后,可通过简单的通风消除气体,使用户的工作环境很快恢复正常。1993年5月12日EPA的联邦注册簿第58卷第90号对此有详细描述。

七氟丙烷的有效期在100年以上,化学结构比较稳定。在隔绝氧气,没有受到紫外线辐射的前提下,七氟丙烷不会自动分解失效。根据EPA公布的数据,七氟丙烷的大气寿命(即暴露于空气中、在紫外线辐射下的寿命)为31~42年。

2工程设计中的问题及解决办法

2.1管网设计距离

气体灭火设备间的设置,要充分考虑保护区的数量和距离的要求,尽量考虑其在各个保护区的附近和中间的位置上。有的规范中提出4.2MPa系统主管道输送距离不宜大于40m,这样可以更容易通过系统压力计算。但在实际工程中,进行消防系统深化设计时,设备间的位置早已确定,故只有考虑降低充装率和增大管道直径来解决压力降的问题。当然这不是最好的解决问题办法。今天,可选用5.6MPa系统或备压式灭火系统。这两种系统可以很好地解决管网距离远的问题。

2.2规范中的三个主要条款

规范要求:

(1)系统管网的管道内容积,不宜大于该系统七氟丙烷灭火剂容积的80%。

(2)七氟丙烷的喷放时间,在通讯机房和电子计算机房等防护区,不宜大于7(或8)s,在其它防护区不应大于10s。

(3)喷头工作压力的计算结果,应符合下列规定:a)一般,喷头工作压力Pc≥0.8MPa(绝压);最小,Pc≥0.5MPa(绝压);b)Pc≥Pm/2(绝压),Pm为喷放“过程中点”储存器内压力。

在工程深化设计时,这3条往往难以同时满足。在工程中为达到以上3条要求,首先采用的是把个别保护区管道的直径加大,以满足设计中喷射时间的要求,再逐渐检查其它要求;如果管道内容积大于灭火剂容积的80%的话,应立即停止其计算。还有一种办法,就是在管道初步估算好的情况下,首先检查其管道的容积是否大于灭火剂容积的80%;在不大于的前提下,适当放一点管道的直径,再检查是否超出;这时如发现压力还不能满足上述(3)的要求,就可以考虑适当降低灭火剂的充装率(最低不小于600kg/m3)。在规范中虽然没有提到最低的充装率,但如果灭火剂的充装率过低,实际上是不合理的,会使造价提高。这时在工程中,应考虑采用其它方案来处理,如改变设备间的位置。在本工程中仅改变了一套设备的设备间位置。当时主管道总长度是80多m,通过任何计算方式都未能使其满足规范中这3条要求;可以采取的方案就是采用预制式灭火设备(无管网灭火装置),当然前提是这些保护区比较小,否则对工程造价方面也是不利的。工程中对保护区共使用5套无管网设备进行保护。采用改变设备间位置和使用无管网设备的方法,解决了在管网设计计算等诸多方面存在的实际问题。

2.3设备布置

DBJ15-23-1999第6.1.7条要求:储存装置的布置,应便于操作、维修及防止阳光照射;操作面距墙面或两操作面之间的距离,不宜小于1m。这个条件在工程中一般很难满足,但在严格的消防检查中,对这个要求较严格。为此,设计中尽量采用单双混合的布置方式,不采用三瓶组并排布置的方式,在现有的条件下,使得设备在维修和检查时有一个较大的操作空间。虽然极少数设备间里的钢瓶布置不能满足“不宜小于1m”的要求,但也充分利用了空间,确保操作人员在设备间内能够对设备进行可靠操作。

2.4报警灭火系统设计

2.4.1报警系统结构

在每个站点只设置一台报警主机;报警主机连接每个灭火区域;每个灭火区域设置火灾探测和一个区一套气体灭火控制单元,用来开启电磁阀、声光报警器、放气显示灯及保护区门前的手自动转换开关等。典型站火灾报警灭火系统图见图1。气体保护灭火区域以外的火灾探测及全站的广播、电话、通风联动等归车站FAS(火灾报警系统)管理。南京地铁1号线工程共使用了11台灭火报警灭火控制主机,这样在投资上比采用单区使用报警灭火控制器的方案要节省得多,如不需要单独给每个区设置专用消防电源等,其维护也较为简单。

2.4.2报警及灭火信息上传

在系统设计方案上,还有一个更为复杂的问题:如何实现气体灭火系统(FES)和车站火灾报警系统(FAS)之间的通信。解决的方案有3个。FES的每个保护区控制盘发给FAS的5个信号分别为一级报警信号、二级报警信号、释放信号、手自动转换开关信号、故障信号。转贴于

方案1:这5个信号通过FES的就地控制盘硬接线给FAS的模块来接收(见图2)。其优点是:方案成熟可靠,在多个项目中已经应用;气体灭火控制盘上已经集成了信号输出接口,不需要再做改动;FAS系统的FACP(火灾报警控制盘)接收信号简单、方便,只需要增加对应的输入模块即可;信息的传递清晰、明了、容易界定;方案实施成本较低。其缺点是线路相对较多且繁琐。方案2:利用RS485网络协议的方式来上传这些数据(见图3);在气体灭火报警控制主机内增加通信卡,提供RS485接口,由FAS系统的FACP直接接收信号;接口位置在气体灭火报警控制主机内通信卡的接线端子外侧。其优点为:可实现信息的同步共享,FAS系统中的FACP可以显示每个灭火控制盘的详细信息,包括火警、故障、隔离和运行等所有信息;施工简单方便,方案实施成本适中。其缺点为:FAS系统中的FACP需要具有相应的接口来接收气体灭火控制主机的数据,不是所有品牌的机器之间都可以这样通讯;气体灭火报警控制主机提供的是非开放协议,对FACP的信息接入有一定的影响。方案3:利用RS232网络协议的方式上传这些数据(见图4)。在气体灭火报警控制主机内增加通信卡,提供RS232接口;接入通讯网关后,转换为MODBUS提供RS485接口,再接入FAS系统工控机,最后接入FACP;接口位置在气体灭火报警控制主机内网关的接线端子外侧;为解决FAS联动的需要,将火灾灭火信号通过硬接线的方式由FAS系统的输入模块接入,在发生火灾时系统可以做到联动。其优点为:可实现信息的同步共享,通过FAS工控机的的信息筛选后,FACP可以接收指定的信息;气体灭火报警控制主机提供的MODBUS协议为开放式通讯协议,在后期的调试过程中只需要气体灭火报警控制主机提供现场的点表,即可完成信息的接入功能。其缺点是增加的设备较多,方案实施成本高。南京地铁1号线当初准备通过网络协议方式来上传信息,但在项目实施过程中发现不可行。主要是由于协议之间的接口软件比较难实施,且没有在类似的项目中使用过,对于可能存在的问题不可预见,所以就舍弃了该方案,最终选择了方案1实施。该项目进行得比较顺利,调试及验收均一次通