地下國鐵站房氣體滅火系統設計中需注意問題

蘭婷婷

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

1 概述

于家堡交通樞紐位于天津濱海新區，是集城際、三條城市軌道交通線、公交中心、地下停車場等工程于一體的大型綜合樞紐項目。其中國鐵站房部分長約874 m，寬約62.9 m，建筑面積約8.6萬m2，地下1層為候車廳及辦公、設備管理用房，地下2層為站臺層，共6線3站臺。

此次研究的重點是城際站房工程的氣體滅火系統，相比普通地鐵地下車站，該國鐵站房有以下較突出特點:建筑面積大、需要氣體保護的防護區數量多、各個防護區的面積差異大、防護區分布較分散、結構構造復雜等。針對以上突出特點，對站房工程氣體滅火系統設計過程中遇到的一些問題及解決方法進行了總結。經過比選和鑒定，本工程選擇七氟丙烷作為滅火介質。

2 七氟丙烷滅火機理及流程

2.1 滅火機理

在規定的時間內，向防護區噴放設計規定用量的滅火劑(七氟丙烷)，并使其均勻地充滿整個防護區(全淹沒滅火系統)，在防護區內維持設計規定的滅火劑濃度，在浸漬時間內使火災完全熄滅。這個過程中七氟丙烷發生了物態的變化，即迅速由液態轉變成氣態，吸收大量的熱量，從而大大降低了燃燒物質和防護區周圍的環境溫度，迅速滅火。

2.2 滅火流程

當某防護區發生火情，火災探測器首先發出火災信號，報警滅火控制器即發出聲、光信號，同時發出聯動指令，關閉連鎖設備，經過一段延遲時間(30 s內)，發出滅火指令，打開啟動閥釋放啟動氣體，啟動氣體通過啟動管道打開相應的選擇閥和容器閥(瓶頭閥)，釋放滅火劑，實施滅火，氣體噴放時間為8 s。系統原理見圖1。

3 系統方案說明

3.1 系統組成

該工程需要氣體滅火系統保護的防護區有10 kV變電所(4個)、10 kV高壓室、電容器室、電氣設備室(2個)、信號變電所、變電所通信機械室、控制室(2個)、柴油機房(2個)、儲油間(2個)、信號電源及繼電器室以及計算機機房、通信機械室(3個)、信息機房、微機、35 kV高壓室、35 kV變壓器室(2個)、儀表間共26間重要電器房間。防護區大致分布區域見圖2。

從圖2中可以看出防護區比較多且比較分散，相互距離較遠，因此設計了8個系統來保護。其組合分配參數見表1。

3.2 設計標準參數

圖1 七氟丙烷組合分配系統滅火流程圖

圖2 國鐵站房需要氣體保護的防護區分布圖

1)通訊機房和電子計算機房等防護區。設計滅火濃度:8.0%;氣體噴放時間:8 s;儲瓶儲存壓力:一級，二級，三級;滅火浸漬時間:5 min;儲瓶容積:70 L，90 L，120 L等;有毒反應濃度:10.5%;設計額定溫度:20℃。

2)油浸變壓器室、帶油開關的配電室和自備發電機房等防護區。設計滅火濃度:9.0%;氣體噴放時間:10 s;滅火浸漬時間:不應小于1 min。

4 系統設計過程中遇到的問題及解決方式

本工程氣體滅火設計采用的是兆龍消防工程CAD計算軟件，該軟件已在很多的工程設計中廣泛應用。對于在未來的工作中仍將繼續起到提高效率、增強出手文件和計算書標準化的作用。下面介紹一下計算過程中遇到的一些問題及解決辦法。

1)計算需要的原始數據中容積的計算問題。本工程中，房間結構頂部基本都是拱形(見圖3)，給容積計算帶來一定困難。

解決辦法:防護區的建筑面積和防護區的層高要準確，在計算容積的時候，就要要求建筑專業給我們提供每個防護區的橫剖面圖(見圖3)。根據橫剖面圖來計算斷面面積進而計算容積。需要注意對于有吊頂和靜電地板的防護區，計算容積的時候，要把三部分分別計算。防護區的面積和層高等一定要準確，否則會使計算錯誤或返工。

2)過熱蒸汽在一定大氣壓下其質量體積(S)隨溫度的不同而有所差異。

解決辦法:各防護區在計算滅火劑在一定大氣壓下其質量體積(S)的過程中應根據《地鐵設計規范》12.2.35的條文解釋規定，確定各房間的最低溫度(T)，不應籠統地采用設計額定溫度。

表1 FM200-70 L儲瓶組合分配參數表

圖3 不規則防護區橫剖面圖

3)系統計算的重復性大、較復雜。解決辦法:合理確定系統內各防護區的計算順序，如首先計算系統內最大的防護區，其次計算最小或最遠端防護區，剩余防護區按由小至大、由遠至近的原則逐一計算。具體順序一般為:最大→最小→最遠→其他。

4)由于規范賦值的不合理性，軟件計算中均取中間值，導致主干管管徑(內徑，mm)計算中有時候會出現較小的Q(流量)，D(管徑)反而比較大。

解決辦法:主干管平均流量:

6.0 kg/s＜Q＜160.0 kg/s時，D=(8 ～16)。在Q≤6 kg/s中，最大值按(12～20)的系數應取較小值即12。

在6.0 kg/s＜Q ＜160 kg/s中，最小值按(8～16)系數應取較大值即16，規范賦值不合理。

軟件計算中均取中值，即Q≤6 kg/s時取16，6.0 kg/s＜Q＜160 kg/s時取12。

如 Q1=5.8 kg/s，D =38.5，Q2=6.2 kg/s，D=9.9，出現較小的 Q(流量)，D(管徑)反而比較大，當在一個系統或一個站中出現，不合理性會更明顯。此時應注意考慮避免用量相近，主干管管徑差距大，甚至相反的現象。

5)管網計算過程中，軟件計算程序中有時會提醒:管網的管道內容積，不應大于流經該管網的七氟丙烷儲存量體積的80%。

解決辦法:適當降低充裝率，重新進行管網計算，直到滿足要求。這就要求我們在系統設計過程中首先要初選充裝量，建議采用800 kg/m3～900 kg/m3左右。但是由于系統的防護區較多，面積差異較大，故經驗上，我們一般選擇400 kg/m3～500 kg/m3左右。

6)管網計算過程中，程序提醒:噴頭工作壓力不得小于0.5倍的噴放過程中點壓力;噴頭工作壓力不得小于0.7 MPa(絕壓)。

解決辦法:適當放大輸送氣體管道的管徑，以減小沿程壓力損失，進而使噴頭工作壓力滿足要求。

7)防護區的噴頭等效孔口面積過大，在氣體滅火系統相關設計規范中找不到相匹配的噴頭型號。

解決辦法:在保證管網所需壓力的情況下，適當增大噴頭所在管段的管徑，若仍不能滿足，則可以通過增加該防護區的噴頭數量來使噴頭等效孔口面積減小。

8)在管網上采用四通管件進行分流會影響分流的準確性，造成實際分流與設計計算差異較大。

解決辦法:采用三通管件，其分流出口應水平布置。

9)部分防護區的高度超過6.5 m，而《氣體滅火系統設計規范》3.1.12規定的噴頭的最大保護高度不宜大于6.5 m。

解決辦法:在該防護區設置兩層噴頭。考慮到支吊架的安裝，下一層的噴頭在該防護區的邊墻周圍布置。

10)個別防護區的支吊架太長，影響其穩固性。

解決辦法:氣體管道在無吊頂的情況下，管道盡量貼房間頂部布置，距房間頂部的最大距離不宜大于0.5 m，保證管道穩固性。若有吊頂的防護區，則管道盡量貼吊頂布置。

5 設計過程中其他一些注意事項

1)在管道布置時應考慮過梁以及相鄰防護區走道的吊頂高度，在適當的位置應適當降低標高，但是也不能距頂板太高，影響支吊架的安裝穩固性。

2)需要氣體保護的防護區均應設置泄壓口，因為氣體滅火劑噴入防護區內，會顯著增加防護區的內壓，若沒有泄壓口，則壓力過高可能會破壞該防護區的圍護結構。同時由于七氟丙烷滅火劑比空氣重，為了減少滅火劑從泄壓口流失，泄壓口應開在防護區凈高的2/3以上，并且泄壓口宜設在外墻上。

3)對于有吊頂、靜電地板的防護區，噴頭所保護的容積要分別填入計算程序。

4)七氟丙烷滅火系統的管道布置應盡量采用均衡管網布置。其好處有三點:a.滅火劑在防護區里容積得到噴放均勻，利于滅火;b.可不考慮滅火劑在管網中的剩余量，節省滅火劑用量;c.可只選用一種規格的噴頭，只要計算“最不利點”這一點的阻力損失就可以了，減少設計工作的計算量。

5)《氣體滅火系統設計規范》3.1.12規定:噴頭的最小保護高度不應小于0.3 m。該工程的有些房間設置靜電地板，從靜電地板上面到該房間的結構板高度為0.3 m，但是由于靜電地板還有一定的厚度，所以靜電地板下的凈空就小于0.3 m，則該工程靜電地板下均沒有設置噴頭。

6 結語

本文通過對實際工程設計過程中發現的問題分析總結，提出對于地下國鐵站房七氟丙烷滅火系統設計需注意以下幾點:1)對于地下國鐵站房來說，要充分掌握各設備房間的特殊性，準確把握計算所需的原始數據。2)要考慮噴頭的最大保護高度和最小保護高度的問題。3)由于地下國鐵站房的結構復雜，且房間凈空高，故要考慮結構梁高及防護區鄰近走道的吊頂高度，在適當的位置應降低或者提高管道的布置高度。4)在充裝率能夠滿足系統要求的情況下盡量減少氣瓶的數量以及藥劑量，節省投資。

［1］GB 50057-2003，地鐵設計規范［S］.

［2］GB 50370-2005，氣體滅火系統設計規范［S］.

［3］GB 50016-2006，建筑設計防火規范［S］.

［4］GB 50045-95，高層民用建筑設計防火規范［S］.

［5］GB 50116-2008，火災自動報警系統設計規范［S］.

［6］DB 12/289-2009，地鐵安全防范系統技術規范［S］.

［7］劉學志.某地下交通樞紐氣體滅火系統方案比選研究［J］.鐵道工程學報，2011(4):26-27.

［8］熊景芷.七氟丙烷氣體滅火系統在地鐵工程中的設計應用與研究［J］.城市軌道交通研究，2011(2):35-36.

［9］耿廣晉.淺談氣體滅火劑［J］.中國城市經濟，2010(4):9.

［10］程 茀，劉 璐.軌道交通車站氣體消防經濟性比較和招標模式分析［J］.鐵路工程造價管理，2010(5):31.

［11］楊立新.加強地鐵車站防火災設計措施的研究(上)［J］.鐵道工程學報，2007(4):28-31.