地下国铁站房气体灭火系统设计中需注意问题

兰婷婷

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 概述

于家堡交通枢纽位于天津滨海新区，是集城际、三条城市轨道交通线、公交中心、地下停车场等工程于一体的大型综合枢纽项目。其中国铁站房部分长约874 m，宽约62.9 m，建筑面积约8.6万m2，地下1层为候车厅及办公、设备管理用房，地下2层为站台层，共6线3站台。

此次研究的重点是城际站房工程的气体灭火系统，相比普通地铁地下车站，该国铁站房有以下较突出特点:建筑面积大、需要气体保护的防护区数量多、各个防护区的面积差异大、防护区分布较分散、结构构造复杂等。针对以上突出特点，对站房工程气体灭火系统设计过程中遇到的一些问题及解决方法进行了总结。经过比选和鉴定，本工程选择七氟丙烷作为灭火介质。

2 七氟丙烷灭火机理及流程

2.1 灭火机理

在规定的时间内，向防护区喷放设计规定用量的灭火剂(七氟丙烷)，并使其均匀地充满整个防护区(全淹没灭火系统)，在防护区内维持设计规定的灭火剂浓度，在浸渍时间内使火灾完全熄灭。这个过程中七氟丙烷发生了物态的变化，即迅速由液态转变成气态，吸收大量的热量，从而大大降低了燃烧物质和防护区周围的环境温度，迅速灭火。

2.2 灭火流程

当某防护区发生火情，火灾探测器首先发出火灾信号，报警灭火控制器即发出声、光信号，同时发出联动指令，关闭连锁设备，经过一段延迟时间(30 s内)，发出灭火指令，打开启动阀释放启动气体，启动气体通过启动管道打开相应的选择阀和容器阀(瓶头阀)，释放灭火剂，实施灭火，气体喷放时间为8 s。系统原理见图1。

3 系统方案说明

3.1 系统组成

该工程需要气体灭火系统保护的防护区有10 kV变电所(4个)、10 kV高压室、电容器室、电气设备室(2个)、信号变电所、变电所通信机械室、控制室(2个)、柴油机房(2个)、储油间(2个)、信号电源及继电器室以及计算机机房、通信机械室(3个)、信息机房、微机、35 kV高压室、35 kV变压器室(2个)、仪表间共26间重要电器房间。防护区大致分布区域见图2。

从图2中可以看出防护区比较多且比较分散，相互距离较远，因此设计了8个系统来保护。其组合分配参数见表1。

3.2 设计标准参数

图1 七氟丙烷组合分配系统灭火流程图

图2 国铁站房需要气体保护的防护区分布图

1)通讯机房和电子计算机房等防护区。设计灭火浓度:8.0%;气体喷放时间:8 s;储瓶储存压力:一级，二级，三级;灭火浸渍时间:5 min;储瓶容积:70 L，90 L，120 L等;有毒反应浓度:10.5%;设计额定温度:20℃。

2)油浸变压器室、带油开关的配电室和自备发电机房等防护区。设计灭火浓度:9.0%;气体喷放时间:10 s;灭火浸渍时间:不应小于1 min。

4 系统设计过程中遇到的问题及解决方式

本工程气体灭火设计采用的是兆龙消防工程CAD计算软件，该软件已在很多的工程设计中广泛应用。对于在未来的工作中仍将继续起到提高效率、增强出手文件和计算书标准化的作用。下面介绍一下计算过程中遇到的一些问题及解决办法。

1)计算需要的原始数据中容积的计算问题。本工程中，房间结构顶部基本都是拱形(见图3)，给容积计算带来一定困难。

解决办法:防护区的建筑面积和防护区的层高要准确，在计算容积的时候，就要要求建筑专业给我们提供每个防护区的横剖面图(见图3)。根据横剖面图来计算断面面积进而计算容积。需要注意对于有吊顶和静电地板的防护区，计算容积的时候，要把三部分分别计算。防护区的面积和层高等一定要准确，否则会使计算错误或返工。

2)过热蒸汽在一定大气压下其质量体积(S)随温度的不同而有所差异。

解决办法:各防护区在计算灭火剂在一定大气压下其质量体积(S)的过程中应根据《地铁设计规范》12.2.35的条文解释规定，确定各房间的最低温度(T)，不应笼统地采用设计额定温度。

表1 FM200-70 L储瓶组合分配参数表

图3 不规则防护区横剖面图

3)系统计算的重复性大、较复杂。解决办法:合理确定系统内各防护区的计算顺序，如首先计算系统内最大的防护区，其次计算最小或最远端防护区，剩余防护区按由小至大、由远至近的原则逐一计算。具体顺序一般为:最大→最小→最远→其他。

4)由于规范赋值的不合理性，软件计算中均取中间值，导致主干管管径(内径，mm)计算中有时候会出现较小的Q(流量)，D(管径)反而比较大。

解决办法:主干管平均流量:

6.0 kg/s＜Q＜160.0 kg/s时，D=(8 ～16)。在Q≤6 kg/s中，最大值按(12～20)的系数应取较小值即12。

在6.0 kg/s＜Q ＜160 kg/s中，最小值按(8～16)系数应取较大值即16，规范赋值不合理。

软件计算中均取中值，即Q≤6 kg/s时取16，6.0 kg/s＜Q＜160 kg/s时取12。

如 Q1=5.8 kg/s，D =38.5，Q2=6.2 kg/s，D=9.9，出现较小的 Q(流量)，D(管径)反而比较大，当在一个系统或一个站中出现，不合理性会更明显。此时应注意考虑避免用量相近，主干管管径差距大，甚至相反的现象。

5)管网计算过程中，软件计算程序中有时会提醒:管网的管道内容积，不应大于流经该管网的七氟丙烷储存量体积的80%。

解决办法:适当降低充装率，重新进行管网计算，直到满足要求。这就要求我们在系统设计过程中首先要初选充装量，建议采用800 kg/m3～900 kg/m3左右。但是由于系统的防护区较多，面积差异较大，故经验上，我们一般选择400 kg/m3～500 kg/m3左右。

6)管网计算过程中，程序提醒:喷头工作压力不得小于0.5倍的喷放过程中点压力;喷头工作压力不得小于0.7 MPa(绝压)。

解决办法:适当放大输送气体管道的管径，以减小沿程压力损失，进而使喷头工作压力满足要求。

7)防护区的喷头等效孔口面积过大，在气体灭火系统相关设计规范中找不到相匹配的喷头型号。

解决办法:在保证管网所需压力的情况下，适当增大喷头所在管段的管径，若仍不能满足，则可以通过增加该防护区的喷头数量来使喷头等效孔口面积减小。

8)在管网上采用四通管件进行分流会影响分流的准确性，造成实际分流与设计计算差异较大。

解决办法:采用三通管件，其分流出口应水平布置。

9)部分防护区的高度超过6.5 m，而《气体灭火系统设计规范》3.1.12规定的喷头的最大保护高度不宜大于6.5 m。

解决办法:在该防护区设置两层喷头。考虑到支吊架的安装，下一层的喷头在该防护区的边墙周围布置。

10)个别防护区的支吊架太长，影响其稳固性。

解决办法:气体管道在无吊顶的情况下，管道尽量贴房间顶部布置，距房间顶部的最大距离不宜大于0.5 m，保证管道稳固性。若有吊顶的防护区，则管道尽量贴吊顶布置。

5 设计过程中其他一些注意事项

1)在管道布置时应考虑过梁以及相邻防护区走道的吊顶高度，在适当的位置应适当降低标高，但是也不能距顶板太高，影响支吊架的安装稳固性。

2)需要气体保护的防护区均应设置泄压口，因为气体灭火剂喷入防护区内，会显著增加防护区的内压，若没有泄压口，则压力过高可能会破坏该防护区的围护结构。同时由于七氟丙烷灭火剂比空气重，为了减少灭火剂从泄压口流失，泄压口应开在防护区净高的2/3以上，并且泄压口宜设在外墙上。

3)对于有吊顶、静电地板的防护区，喷头所保护的容积要分别填入计算程序。

4)七氟丙烷灭火系统的管道布置应尽量采用均衡管网布置。其好处有三点:a.灭火剂在防护区里容积得到喷放均匀，利于灭火;b.可不考虑灭火剂在管网中的剩余量，节省灭火剂用量;c.可只选用一种规格的喷头，只要计算“最不利点”这一点的阻力损失就可以了，减少设计工作的计算量。

5)《气体灭火系统设计规范》3.1.12规定:喷头的最小保护高度不应小于0.3 m。该工程的有些房间设置静电地板，从静电地板上面到该房间的结构板高度为0.3 m，但是由于静电地板还有一定的厚度，所以静电地板下的净空就小于0.3 m，则该工程静电地板下均没有设置喷头。

6 结语

本文通过对实际工程设计过程中发现的问题分析总结，提出对于地下国铁站房七氟丙烷灭火系统设计需注意以下几点:1)对于地下国铁站房来说，要充分掌握各设备房间的特殊性，准确把握计算所需的原始数据。2)要考虑喷头的最大保护高度和最小保护高度的问题。3)由于地下国铁站房的结构复杂，且房间净空高，故要考虑结构梁高及防护区邻近走道的吊顶高度，在适当的位置应降低或者提高管道的布置高度。4)在充装率能够满足系统要求的情况下尽量减少气瓶的数量以及药剂量，节省投资。

［1］GB 50057-2003，地铁设计规范［S］.

［2］GB 50370-2005，气体灭火系统设计规范［S］.

［3］GB 50016-2006，建筑设计防火规范［S］.

［4］GB 50045-95，高层民用建筑设计防火规范［S］.

［5］GB 50116-2008，火灾自动报警系统设计规范［S］.

［6］DB 12/289-2009，地铁安全防范系统技术规范［S］.

［7］刘学志.某地下交通枢纽气体灭火系统方案比选研究［J］.铁道工程学报，2011(4):26-27.

［8］熊景芷.七氟丙烷气体灭火系统在地铁工程中的设计应用与研究［J］.城市轨道交通研究，2011(2):35-36.

［9］耿广晋.浅谈气体灭火剂［J］.中国城市经济，2010(4):9.

［10］程 茀，刘 璐.轨道交通车站气体消防经济性比较和招标模式分析［J］.铁路工程造价管理，2010(5):31.

［11］杨立新.加强地铁车站防火灾设计措施的研究(上)［J］.铁道工程学报，2007(4):28-31.