綜合管廊火災自動報警系統設計探討

章 海 玲

[上海市城市建設設計研究總院(集團)有限公司, 上?！?00125]

0　引　言

隨著我國城市化進程的加快,原有的基礎設施網絡化管網體系建設中遇到各種問題,諸如因管線增容和維修而反復開挖,嚴重影響市民交通出行(經濟損失巨大),且伴有安全隱患及架空管線影響市容等不利影響。在這種背景下,為提升管線建設水平和保障市政管線的安全運行,2013 年以來相繼出臺《國務院關于加強城市基礎設施建設的意見》、《國務院辦公廳關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見》等一系列政策和法規,全國各地紛紛加大規劃和建設力度,僅2016年住建部就在全國范圍內部署開工建設2 000 km的綜合管廊,2017年建設里程超6 500 km。在綜合管廊的建設過程中,隨著電力電纜、燃氣管線的引入,帶來火災風險。

1　綜合管廊火災風險及特點

綜合管廊內部安裝多種管線,火災危險性類別不同。根據GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術規范》[1]中第7.1.1條,各管線的綜合管廊艙室火災危險性分類如表1所示。

表1　各管線的綜合管廊艙室火災危險性分類

由表1可知,天然氣管道火災危險類別屬于甲類(天然氣管道發生泄漏擴散,容易引發火災和爆炸等嚴重后果),故一般需單艙布置。除天然氣火災外,電纜火災是最大安全隱患。

電纜火災具有如下特點:

(1) 一般共同溝斷面布置上會為電力電纜設置專用通道,電纜通道內除了電線電纜的保護層可以被動燃燒(根據GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》[2]中第12.3.1條規定,隧道內所有電纜的燃燒性能均為A級)外,無其他可燃物,因此共同溝內在排除認為破壞(縱火)的情況下,僅在電纜接頭處接觸不良導致發熱、電纜短路(短路故障點在共同溝外)等故障情況下,才可能引起電線電纜保護材料燃燒,燃燒的必然結果是電力保護層破壞,導致電纜短路,從而短時間內(一般為幾秒)觸發保護跳閘,使故障電纜退出運行,已經燃燒的電纜在失去火源(故障發熱)后自行熄滅(阻燃特性)。由于綜合管廊電力電纜數量多、敷設密集,且電纜艙內電纜敷設集中,當一條電纜發生故障時易造成周圍其他電纜燃燒(電纜的成束燃燒),并引起二次短路,加快火勢蔓延。

(2) 高溫有毒煙霧聚集,嚴重威脅人員生命安全。電纜燃燒時會產生大量的高溫有毒濃煙(CO、氰化氫(HCN)、氮的氧化物(NOx)、含有硫有機物燃燒產生硫的氧化物(SOx)等),這些有毒有害氣體會使人窒息,甚至死亡,嚴重妨礙救火工作的進行和人員疏散。

(3) 管廊空間狹長,撲救和搶修困難,火災后恢復運行時間長,容易造成城市大面積停電停產。

因此,綜合管廊作為城市工業、商業電力、通信的輸送通道,是火災防控中的重中之重,火災自動報警系統的建設對綜合管廊意義重大[3-4]。

2　設計內容

GB 50838—2015《綜合管廊工程技術規范》中第7.5.7條規定,干線、支線綜合管廊含電力電纜的艙室應設置火災自動報警系統,并應設置防火門監控系統;第7.1.9條規定,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設置自動滅火系統;其他容納電力電纜的艙室宜設置自動滅火系統。

因此,一般在管廊項目的火災報警系統設計內容如下:常規火災報警系統,防火門監控系統,自動滅火系統,可燃氣體火災報警系統。其中自動滅火系統在滅火劑類型上一般有高壓細水霧和超細干粉等,自動滅火系統的滅火劑選型及管網設計一般由消防水系統完成。本文對自動滅火系統的設計探討只限于控制系統部分,管網系統的設計不作探討。

3　方案設計

某工程綜合管廊總長度為7.5 km,斷面為3艙,納入管線情況:燃氣艙,1根DN500燃氣管道;綜合艙,1根DN1000給水管,1 根DN500給水管,32孔通信線纜(含自用),20孔10 kV電力線纜;電力艙,6回路110 kV高壓電力線纜,8孔10 kV電力線纜(自用)。外包結構尺寸為9.3 m×4.1 m。

該工程以不大于400 m設通風區間,以不大于200 m設防火區間,以每約1.5 km設分變電所。每個通風區間兩端設通風口,每個防火區間兩端設逃生口,分變電所及通風區間兩端的逃生口與通風口合建。

綜合管廊節點有端頭井、吊裝口、管線分支口、通風口、逃生口、人員出入口、交叉節點等,吊裝口、通風口、逃生口等節點可合并設置。

某綜合管廊艙室斷面圖如圖1所示。

圖1　某綜合管廊艙室斷面圖

3.1　系統要求

(1) 自動分析報警:根據火災自動報警系統前端探測設備(感煙探測器、線型感溫火災探測器等)或測溫系統檢測分析火災危險情況后,及時向控制中心發送報警信息,聯動相關消防設備。

(2) 人工報警:當檢修人員發現火情時,檢修人員可以手動報警,關閉區域防火門,聯動相應消防設備。

(3) 控制及反饋:控制中心是火災報警中心,負責接收并記錄危險警報信息,包括系統設備運行狀態、設備維護報告等。根據火災報警的地點,對相關設備作相應的控制(可自動、人工遙控操作)。

(4) 顯示:報警點及設備狀態在智能火災報警控制器上顯示,同時也可在中文彩色圖形終端上顯示。

3.2　常規火災自動報警系統

(1) 系統方案。

① 火災檢測方案。按照規范,該工程三艙均應作為火災探測對象。對于電力艙/綜合艙,根據GB 50838—2015《綜合管廊工程技術規范》第7.5.7條,應在電力電纜表層設置線型感溫火災探測器,并應在艙室頂部設置線型光纖感溫火災探測器或感煙火災探測器;對于燃氣艙,根據GB 50838—2015第7.5.8條規定:天然氣管道艙應設置可燃氣體探測報警系統,且應接入可燃氣體報警控制器;對于其他節點,設備用房、管理用房設置地址式光電感煙探測器。

② 系統架構方案。目前,火災自動報警系統的信號總線、電話總線和CAN總線等信號傳輸距離一般都在2 km以內,采用光纖通信能夠完成遠距離的信號傳輸。該綜合管廊長度為7.5 km,報警形式選擇控制中心報警系統。為實現系統組網,結合運營管理,選一處控制室FAS控制器作為主站,其余4座FAS控制器作為從站,主從站通過光纖通信完成。FAS全線系統結構如圖2所示。

圖2　FAS全線系統結構

每個區段內設置1臺FAS控制器,另設置l臺防火門監控器,后者通過CAN總線與火災報警控制器連接。此外,區段內各防火分區的氣體滅火裝置也通過CAN總線接入本區段控制站火災報警控制器,最終每段區段內的控制站形成一個相對獨立的單元系統,并能與其余控制站通信。各防火分區內設模塊箱(模塊箱內設輸入、輸出模塊),將各防火分區的各受控設備接入區段火災報警控制器。一般在綜合管廊的設計中還會設置設備監控系統,通過火災報警控制器的數據通信接口,向設備監控系統發出報警信息和模式指令,設備監控系統按照火災報警系統的模式指令將其所監控的設備運行模式轉換為預定的火災模式,火災報警系統發出的指令具有最高優先權。此外,火災自動報警系統預留接口,接入綜合管廊的統一管理信息平臺。

(2) 系統設計。系統由火災報警控制器(聯動型)、火災探測器、手動報警按鈕、聲光警報器、電氣火災監控器、可燃氣體報警控制器、模塊箱、總線電纜等組成。當發現火災時,將發生位置、檢測溫度等信息即時發送至中心系統,中心系統即時啟動消防響應預案,聯動消防設施。

在管廊控制中心內設火災報警上位機及圖形控制系統。圖形控制系統可以顯示整個火災報警網絡系統的狀態信息。在控制中心建筑物內采用點式感溫/感煙探頭;因電纜綜合管廊為連續的狹長空間,在綜合管廊干/支線電力電纜艙內設置感溫光纖及可恢復式(或不可恢復式)纜式感溫探測器作為火災探測設備,實時對火災情況進行監測,感溫光纖探測主機通過不斷地向敷設于現場的傳輸光纜發射激光,同時對傳輸光纜返回的光信號進行光譜分析,將處理好的信號在顯示屏上顯示并接入火災報警系統;在燃氣艙內采用可燃氣體探測器作為探測設備,設置間距為15 m,報警信號接入可燃氣體報警控制器,并由可燃氣體報警控制器接入火災報警系統。

火災檢測和報警聯動控制分為兩類,手動控制方案和自動控制方案,兩種方案可交替采用。兩種方案控制流程如下:

對于一次完整的自動火災檢測和報警控制,應執行如下流程:

① 正常情況下,火災檢測設備和火災報警設備均處于火災監視狀態。

② 綜合管廊某處發生火災時,火災探測設備向火災自動報警控制器發送火災信息。

③ 火災自動報警控制器通過通信鏈路向控制中心發送火災信息,包括火災位置、溫度信息、報警信息等。

④ 中心火災報警主機接收到火災信息,控制控制中心火災聲光警報器進行報警,同時通過軟硬件警示控制中心工作人員。

⑤ 在自動控制模式下,系統啟動預先設置好的消防自動控制預案,通過設定的聯動控制邏輯對火災報警前端設備和消防設備下達控制指令;在手動控制模式下,中心工作人員通過人工方式(視頻、應急電話、無線對講等)對現場火災進行確認,手動啟動消防控制預案,通過設定的聯動控制邏輯對火災報警前端設備和消防設備下達控制指令。

⑥ 綜合管廊內部的相關火災報警控制分機通過通信鏈路接收到主機的控制指令,控制設備所管轄的火災聲光報警器(開啟報警功能),警示管廊內部工作人員;控制相關防火分區設備啟動,門禁解鎖,切斷非消防電源,消防設備進行滅火等。

⑦ 當火情結束后需開啟相關防火分區防煙防火閥,啟動風機設備對防火分區排煙。

3.3　防火門監控系統

綜合管廊內以不大于200 m設防火區間,防火門主要設置于防火分區軸處,管廊內的防火門數量較多且分布分散?？紤]到綜合管廊狹長的特點,每個區段設置1臺防火門監控器,通過CAN總線接入該區段火災報警控制器。防火門門磁開關、電動閉門器通過監控模塊以總線接入監控器。當確認火災后,火災報警控制器給防火門監控器下達聯動關閉常開防火門指令,并接收反饋指令。

3.4　自動滅火系統

根據規范GB 50838—2015,含電力管的艙室設置自動滅火系統,同時設置手提式滅火器。通常對于密閉環境內的電氣火災可采用如下一些滅火措施:氣體滅火,高倍數泡沬滅火,水噴霧滅火,高壓細水霧滅火,超細干粉滅火。

每套滅火系統由控制子系統和管網子系統兩部分組成。系統應有自動控制、手動控制和機械應急操作三種啟動方式,與FAS系統相關的即為自動控制。正常情況下,系統處于自動工作狀態,自動完成火災探測、報警、聯動控制及滅火整個過程,應由同一防護區內兩類獨立火災探測器的報警信號作為系統的聯動觸發信號。

3.5　可燃氣體火災報警系統

在天然氣艙內頂部和人員出入口、逃生口、吊裝口、通風口等艙室內最高點氣體易于聚集處設置天然氣探測器,且設置間隔≤15 m。區間內的天然氣探測器通過總線設置在每個監控與報警區間的工作井或盾構井的弱電機房的可燃氣體報警控制器內?？扇細怏w報警控制器通過光纖將數據上傳至監控中心可燃氣體報警主機,再通過CAN總線將相關報警信息接至控制中心火災自動報警主機。

天然氣艙內的天然氣濃度超過報警濃度設定值(爆炸下限的20%)時,由可燃氣體報警控制器聯動啟動天然氣艙事故段區間及其相鄰區間的事故風機。

4　結　語

從綜合管廊的火災特點和現行消防規范要求的角度,分析綜合管廊火災報警系統的方案設計,結合某項目工程,詳細描述了火災報警系統火災檢測方案、系統架構方案以及各分系統的建設方案,可為今后類似項目提供參考。