高原高寒地區(qū)冬季地下消火栓可用率提升的研究

王寧 李國棟 穆博

摘要：通過對高寒地區(qū)的羊腸子溝壓氣站冬季地下消火栓實際可用率相對較低的原因進行系統(tǒng)分析，驗證了利用自制一體式保溫蓋及井壁全覆蓋的保溫方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)井口依次覆蓋毛氈—塑料布—井蓋的保溫措施，將羊腸子溝壓氣站內(nèi)部的冬季地下消火栓實際可用率由22%顯著提升至85%，并作為模板在高寒地區(qū)成功推廣。應(yīng)用該保溫措施有效解決了我國高原高寒地區(qū)消防系統(tǒng)保溫措施效果不佳的實際問題，為冬季地下消火栓的實際可用率的有效提升提供了可供參考借鑒的成功典例。

關(guān)鍵詞：地下消火栓可用率；高原高寒環(huán)境；保溫措施；壓氣站

西北地區(qū)的輸油氣站場大多配套設(shè)置了以室外地下消火栓為主的固定消防系統(tǒng)，為石油天然氣的生產(chǎn)、儲存及運輸過程提供必要的安全保障。但由于我國西北地區(qū)大部分屬于高寒地區(qū)，冬季寒冷漫長、晝夜溫差較大，而室外地下消火栓上部通常僅僅加裝消防井蓋，天氣寒冷時地下消火栓系統(tǒng)的供水管道和閥門等設(shè)施會存在凍結(jié)風(fēng)險，且由于氣溫較低日常維護和應(yīng)急使用都相對較為困難[1]。冬季氣溫較低時，氣站場內(nèi)部一旦發(fā)生火災(zāi)事故，室外地下消火栓作為滅火的主要供水設(shè)施，往往因為凍結(jié)無法提供消防水源，導(dǎo)致最佳處置時機的延誤，最終造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失、人員傷亡甚至爆炸事故的發(fā)生[2]。因此，我國西北地區(qū)石油天然氣站場在冬季中的消防安全往往存在著較大的隱患，室外地下消火栓的實際可用率亟需有效提升。

目前，我國室外地下消火栓通常分散設(shè)置在消防救援通道及單位內(nèi)部的重點場所周邊，是為消防車提供消防水源或者直接連接消防水槍實施火災(zāi)處置的重要消防設(shè)施。地下消火栓的完好率、正常可用率都直接關(guān)系到消防救援隊伍的滅火救災(zāi)工作能否順利實施，更直接影響到企業(yè)能否時刻保持安全穩(wěn)定生產(chǎn)的工作環(huán)境[3]。

1 課題研究的目的、內(nèi)容

1.1? 研究背景

羊腸子溝壓氣站位于我國青藏高原德令哈市及大柴旦鎮(zhèn)中間，平均海拔3452m，屬于典型的高海拔、高寒地區(qū)，現(xiàn)共有室外地下消火栓50處。站內(nèi)地下消火栓在冬季時由于閥門、消火栓凍結(jié)不出水的情況分別占比34.37%和53.13%。羊腸子溝壓氣站2016年至2018年冬季地下消火栓平均可用率僅為22%左右（如表1所示），而要保證企業(yè)冬季的正常安全運轉(zhuǎn)，企業(yè)內(nèi)部地下消火栓實際可用率至少需要達到85%。

1.2? 研究目的

基于羊腸子溝站室外地下消火栓在高海拔、高寒地區(qū)冬季可用率低的問題，以站內(nèi)50個室外地下消火栓系統(tǒng)為實驗對象，對造成羊腸子溝站內(nèi)室外地下消火栓冬季可用率低的原因進行逐一分析并提出切實可行的適用性措施，有效提高了以上地區(qū)室外地下消火栓的冬季可用率，確保消防系統(tǒng)穩(wěn)定可用，企業(yè)內(nèi)部冬季消防安全工作得以正常開展。

1.3? 研究內(nèi)容

1.3.1? 原因分析

導(dǎo)致目前羊腸子溝站地下消火栓可用率較低的主要原因是以往使用的保溫材料可能存在老舊、破損的情況，保溫措施較為單一，不滿足低溫條件下地下消火栓的實際保溫需求；還有可能是由于保溫處理過程中所選用的保溫材料性能不佳，導(dǎo)致消防井內(nèi)部實際保溫效果不能滿足實際需要，再次，改造過程中施工人員.未能充分考慮到當(dāng)?shù)貎鐾翆拥膶嶋H深度，導(dǎo)致消防井實際建設(shè)開掘深度不足，消火栓離凍土層距離較近，導(dǎo)致消火栓內(nèi)部熱量由于溫度差較大而快速散失，最終導(dǎo)致凍結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生。

1.3.2? 實驗內(nèi)容

針對以往的保溫材料可能存在老舊、破損的情況，且極易出現(xiàn)覆蓋面不全、保溫材料層厚不達標(biāo)，保溫措施較為單一的問題。采用現(xiàn)場查看的方式定期檢查當(dāng)前消防井保溫材料的完好性；或者針對以上區(qū)域?qū)嵤?8h溫度測定驗證。

針對選用的保溫材料保溫性能普遍較差，導(dǎo)致消防井內(nèi)部保溫效果無法得到有效保障的問題。在實際改造過程中需要選擇導(dǎo)熱系數(shù)較小且符合石油天然氣化工生產(chǎn)管道輸送實際需要的氣凝膠等保溫材料。

針對未切實考慮當(dāng)?shù)氐膬鐾翆由疃龋瑢?dǎo)致消防井建設(shè)開掘深度不足的現(xiàn)象，需要采用查詢凍土深度表和相應(yīng)的消防設(shè)施設(shè)計規(guī)范，準(zhǔn)確測定消防井開掘建設(shè)深度是否滿足地下消火栓的實際保溫需求。

2 研究過程

2.1? 消防井保溫材料完好性驗證及48h溫度測定驗證

選取5處深度及大小規(guī)格相同的消防井，查看保溫材料分布、厚度、覆蓋完好度等相關(guān)情況。通過檢查發(fā)現(xiàn)待測消防井井口處僅僅鋪設(shè)有保溫材料（毛氈—塑料布—消防井蓋），井壁內(nèi)部無任何保溫材料覆蓋，且保溫材料多層鋪裝，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生后井蓋無法迅速打開，在火災(zāi)處置現(xiàn)場極有可能延誤最佳滅火時機。

針對目前常用的保溫措施，測試過程中分別在消防井井口和井底放入測溫儀，48h實時檢測內(nèi)部溫度。經(jīng)過48h溫度檢測曲線發(fā)現(xiàn)，消防井底1#檢測點位的最低溫度可以達到-3.4℃，井口2#檢測點位的最低溫度可以達到-6.6℃，進一步證明目前普遍使用的毛氈—塑料布—消防井蓋的保溫方式實際起到的保溫作用極為有限。

2.2? 保溫材料的選擇驗證

目前室外地下式消防井內(nèi)部使用較為普遍的保溫材料有：毛氈、玻璃絲綿、泡沫板、橡塑等[4]，如表2所示，塑料布材質(zhì)相對較薄且導(dǎo)熱系數(shù)遠高于國家標(biāo)準(zhǔn)，根本起不到有效的保溫作用，僅僅可以起到隔絕水汽進入井內(nèi)的作用。通常北方寒冷地區(qū)的長距離輸送管道井室內(nèi)部通常采用少量稻草作為填充物實現(xiàn)防凍效果，該方法可以在保持井室與外部有效通氣的同時，又不至于井室內(nèi)溫度下降太多。但由于天然氣介質(zhì)的特殊性，站內(nèi)禁止明火、易燃易爆材料的存在，因此消防井內(nèi)部只能優(yōu)先選用具有阻燃、防潮、保溫特點的玻璃絲綿、巖棉及橡塑等保溫材料。其中玻璃絲綿及橡塑導(dǎo)熱系數(shù)相對較低（略低于目前使用的毛氈）且保溫性能較好，可作為實驗材料用以驗證通過添加保溫材料的方式是否能夠顯著提高地下消火栓的實際可用率。

在羊腸子溝站內(nèi)選取兩個深度及大小規(guī)格相同的消防井，分別命名為1#井和2#井。在兩個待測消防井內(nèi)部分別采用橡塑和玻璃絲綿兩種保溫材料實施井內(nèi)保溫，并使用測溫儀48h不間斷實時監(jiān)測消防井井口和井底處的環(huán)境溫度。未更換保溫層及更換保溫層后1#和2#井口、井底部位的最低平均溫度如表3所示。

如表3所示，在不改變站內(nèi)保溫方式的情況下，通過對井口保溫材料進行更換，消防井內(nèi)部溫度并未發(fā)生顯著提高，因此當(dāng)前所采用的保溫材料種類并不能有效提升地下消火栓的實際可用率。

2.3? 未將當(dāng)?shù)貎鐾翆雍穸茸鳛閷嶋H參考

GB50015—2019 《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》提出消防給水管覆土深度不得小于土壤冰凍線以下0.3m的具體要求，并強調(diào)如室外消火栓的取水口設(shè)置在冰凍線以上時，必須采取合理的保溫措施，但該規(guī)范中未明確具體可供參考的保溫方法。

羊腸子溝位于德令哈市和大柴旦鎮(zhèn)中間的位置，通過查看全國凍土深度表得知，羊腸子溝站全年的凍土深度平均在1.84m左右。站內(nèi)人員隨機對站內(nèi)的5個消防井實地測量深度，發(fā)現(xiàn)站內(nèi)大部分消防井的深度基本滿足規(guī)范要求，且均對消防井采取了有效的保溫措施，表明本站消防設(shè)施能夠滿足消防設(shè)計規(guī)范的相關(guān)要求。

3 研究結(jié)果分析

通過對以上實驗結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析可以發(fā)現(xiàn)，選擇保溫材料的方式未能充分考慮到當(dāng)?shù)氐膬鐾翆由疃炔⒎菍?dǎo)致冬季消火栓可用率較低的首要因素，且該保溫措施實際應(yīng)用過程中壓氣站內(nèi)部冬季地下消火栓可用率未出現(xiàn)顯著提升，因此，單一應(yīng)用該方法無法真正意義上解決壓氣站內(nèi)部較為棘手的消防隱患問題。

4 改進方案及驗證

4.1? 改進方案優(yōu)選

目前比較先進的保溫方式有：①干式消防系統(tǒng)：管道內(nèi)平時處于無水狀態(tài)且管道內(nèi)部充滿壓縮氣體。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，噴淋系統(tǒng)首先排出氣體，隨后干式報警閥開始動作并迅速向管道內(nèi)充水，最終實現(xiàn)消防用水的有效供給。②在消防井內(nèi)壁加裝或涂刷保溫涂料，在井口處加裝保溫棉或保溫板。

通過經(jīng)濟性、可行性對比，最終選用方案②對羊腸子溝壓氣站冬季地下消火栓可用率相對較低的現(xiàn)實情況開展有效治理。

4.2? 改進方案驗證

2019年9月，在羊腸子溝站內(nèi)找到兩個規(guī)格相同、深度相同的消防井，分別命名為1#井、2#井。其中，1#井仍然采用原先的保溫方式（毛氈+塑料布作為保溫層）。2#井在內(nèi)壁內(nèi)部加裝30cm厚的橡塑保溫層，并在井口處加裝圓柱狀保溫蓋。

在1#井、2#井內(nèi)部分別放入兩個測溫儀，分別測量1#井、2#井井口及井底部位的溫度。此外，測試過程中分別在井內(nèi)各放置一瓶容積為250ml的純凈水，測試過程中對瓶中水的凍結(jié)情況實施定期查看。隨后，分別采集保溫方案實施后，2019年10月—2020年3月時間段內(nèi)消防井內(nèi)部的各項溫度參數(shù)及井底水瓶的實際結(jié)冰情況，如表4所示。

經(jīng)過比對，2#井的保溫效果明顯優(yōu)于1#井，且2#井井底溫度始終保持在0℃以上。即使消防管線中充滿水，消防井中的消火栓、閥門也不會由于低溫而發(fā)生凍結(jié)事故，因此系統(tǒng)內(nèi)部不存在冬季消火栓不出水的情況，進一步有效證明站內(nèi)消防系統(tǒng)可全年處于正常備用狀態(tài)。

4.3? 目標(biāo)值檢查

2021年4月1日至10日，小組成員采集了采取保溫措施前后2020全年的冬季站內(nèi)消火栓的完好可用數(shù)據(jù)，如表5所示，2020年羊腸子溝站冬季消火栓的可用率為85%。

5 結(jié)語

選取未采取保溫措施、未選用合適保溫材料、未考慮凍土層3個條件下的地下消火栓可用率進行對比，分析驗證了高寒地區(qū)羊腸子溝壓氣站冬季地下消火栓可用率相對較低的原因，并通過實際測試找到了能夠有效提升冬季地下消火栓可用率的自制一體式保溫蓋及井壁全覆蓋保溫方法。應(yīng)用該方法維護成本低、工程進度快、安裝方法簡單，經(jīng)過2020年全年驗證及目標(biāo)值檢查，成功將羊腸子溝壓氣站內(nèi)部的冬季地下消火栓可用率自22%顯著提升至85%。該成果目前已經(jīng)在德令哈站和烏蘭站成功推廣使用。

參考文獻：

[1]陳志平.北方高寒地區(qū)市政消防給水方式探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（21）：114+116.

[2]陳進明.市政消火栓養(yǎng)護管理探討[J].城市公用事業(yè)，2012，26（4）：24-26+72.

[3]赫潤圃，徐春婷.地下式室外消火栓使用問題及對策[J].建筑安全，2021，36（9）：57-59.

[4]胡嵐.建筑外墻保溫材料及其發(fā)展方向探析[J].安徽建筑，2021，28（9）：128+134.

Study on improving the availability of underground fire hydrants in winter in plateau and alpine regions

Wang Ning， Li Guodong， Mu Bo

（Western Lanzhou Gas Transmission Branch of National Pipe Network Group United Pipeline Co.， Ltd.， Gansu Lanzhou 730070）

Abstract：Through a systematic analysis of the reasons why the actual availability of underground fire hydrants in winter is relatively low in Yangchangzigou compressor station located in alpine regions， the thermal insulation measure of using self-made integrated heat preservation cover and full coverage of shaft wall instead of traditional wellhead covering felt， plastic cloth， well cover in turn are verified. The actual availability of underground fire hydrants in the Yangchangzigou compressor station in winter was significantly increased from 22% to 85%. The measure has been successfully promoted as a template in alpine regions. The application of the thermal insulation measure effectively solves the practical problem of the poor effect of thermal insulation measures of fire protection systems in plateau and alpine regions of China. It provides a successful example for reference for the effective improvement of the actual availability of underground fire hydrants in winter.

Keywords：availability of underground fire hydrant; plateau and cold environment; thermal insulation measure; compressor station