综合管廊火灾自动报警系统设计探讨

章 海 玲

[上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司, 上海　200125]

0　引　言

随着我国城市化进程的加快,原有的基础设施网络化管网体系建设中遇到各种问题,诸如因管线增容和维修而反复开挖,严重影响市民交通出行(经济损失巨大),且伴有安全隐患及架空管线影响市容等不利影响。在这种背景下,为提升管线建设水平和保障市政管线的安全运行,2013 年以来相继出台《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》、《国务院办公厅关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》等一系列政策和法规,全国各地纷纷加大规划和建设力度,仅2016年住建部就在全国范围内部署开工建设2 000 km的综合管廊,2017年建设里程超6 500 km。在综合管廊的建设过程中,随着电力电缆、燃气管线的引入,带来火灾风险。

1　综合管廊火灾风险及特点

综合管廊内部安装多种管线,火灾危险性类别不同。根据GB 50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》[1]中第7.1.1条,各管线的综合管廊舱室火灾危险性分类如表1所示。

表1　各管线的综合管廊舱室火灾危险性分类

由表1可知,天然气管道火灾危险类别属于甲类(天然气管道发生泄漏扩散,容易引发火灾和爆炸等严重后果),故一般需单舱布置。除天然气火灾外,电缆火灾是最大安全隐患。

电缆火灾具有如下特点:

(1) 一般共同沟断面布置上会为电力电缆设置专用通道,电缆通道内除了电线电缆的保护层可以被动燃烧(根据GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》[2]中第12.3.1条规定,隧道内所有电缆的燃烧性能均为A级)外,无其他可燃物,因此共同沟内在排除认为破坏(纵火)的情况下,仅在电缆接头处接触不良导致发热、电缆短路(短路故障点在共同沟外)等故障情况下,才可能引起电线电缆保护材料燃烧,燃烧的必然结果是电力保护层破坏,导致电缆短路,从而短时间内(一般为几秒)触发保护跳闸,使故障电缆退出运行,已经燃烧的电缆在失去火源(故障发热)后自行熄灭(阻燃特性)。由于综合管廊电力电缆数量多、敷设密集,且电缆舱内电缆敷设集中,当一条电缆发生故障时易造成周围其他电缆燃烧(电缆的成束燃烧),并引起二次短路,加快火势蔓延。

(2) 高温有毒烟雾聚集,严重威胁人员生命安全。电缆燃烧时会产生大量的高温有毒浓烟(CO、氰化氢(HCN)、氮的氧化物(NOx)、含有硫有机物燃烧产生硫的氧化物(SOx)等),这些有毒有害气体会使人窒息,甚至死亡,严重妨碍救火工作的进行和人员疏散。

(3) 管廊空间狭长,扑救和抢修困难,火灾后恢复运行时间长,容易造成城市大面积停电停产。

因此,综合管廊作为城市工业、商业电力、通信的输送通道,是火灾防控中的重中之重,火灾自动报警系统的建设对综合管廊意义重大[3-4]。

2　设计内容

GB 50838—2015《综合管廊工程技术规范》中第7.5.7条规定,干线、支线综合管廊含电力电缆的舱室应设置火灾自动报警系统,并应设置防火门监控系统;第7.1.9条规定,干线综合管廊中容纳电力电缆的舱室,支线综合管廊中容纳6根及以上电力电缆的舱室应设置自动灭火系统;其他容纳电力电缆的舱室宜设置自动灭火系统。

因此,一般在管廊项目的火灾报警系统设计内容如下:常规火灾报警系统,防火门监控系统,自动灭火系统,可燃气体火灾报警系统。其中自动灭火系统在灭火剂类型上一般有高压细水雾和超细干粉等,自动灭火系统的灭火剂选型及管网设计一般由消防水系统完成。本文对自动灭火系统的设计探讨只限于控制系统部分,管网系统的设计不作探讨。

3　方案设计

某工程综合管廊总长度为7.5 km,断面为3舱,纳入管线情况:燃气舱,1根DN500燃气管道;综合舱,1根DN1000给水管,1 根DN500给水管,32孔通信线缆(含自用),20孔10 kV电力线缆;电力舱,6回路110 kV高压电力线缆,8孔10 kV电力线缆(自用)。外包结构尺寸为9.3 m×4.1 m。

该工程以不大于400 m设通风区间,以不大于200 m设防火区间,以每约1.5 km设分变电所。每个通风区间两端设通风口,每个防火区间两端设逃生口,分变电所及通风区间两端的逃生口与通风口合建。

综合管廊节点有端头井、吊装口、管线分支口、通风口、逃生口、人员出入口、交叉节点等,吊装口、通风口、逃生口等节点可合并设置。

某综合管廊舱室断面图如图1所示。

图1　某综合管廊舱室断面图

3.1　系统要求

(1) 自动分析报警:根据火灾自动报警系统前端探测设备(感烟探测器、线型感温火灾探测器等)或测温系统检测分析火灾危险情况后,及时向控制中心发送报警信息,联动相关消防设备。

(2) 人工报警:当检修人员发现火情时,检修人员可以手动报警,关闭区域防火门,联动相应消防设备。

(3) 控制及反馈:控制中心是火灾报警中心,负责接收并记录危险警报信息,包括系统设备运行状态、设备维护报告等。根据火灾报警的地点,对相关设备作相应的控制(可自动、人工遥控操作)。

(4) 显示:报警点及设备状态在智能火灾报警控制器上显示,同时也可在中文彩色图形终端上显示。

3.2　常规火灾自动报警系统

(1) 系统方案。

① 火灾检测方案。按照规范,该工程三舱均应作为火灾探测对象。对于电力舱/综合舱,根据GB 50838—2015《综合管廊工程技术规范》第7.5.7条,应在电力电缆表层设置线型感温火灾探测器,并应在舱室顶部设置线型光纤感温火灾探测器或感烟火灾探测器;对于燃气舱,根据GB 50838—2015第7.5.8条规定:天然气管道舱应设置可燃气体探测报警系统,且应接入可燃气体报警控制器;对于其他节点,设备用房、管理用房设置地址式光电感烟探测器。

② 系统架构方案。目前,火灾自动报警系统的信号总线、电话总线和CAN总线等信号传输距离一般都在2 km以内,采用光纤通信能够完成远距离的信号传输。该综合管廊长度为7.5 km,报警形式选择控制中心报警系统。为实现系统组网,结合运营管理,选一处控制室FAS控制器作为主站,其余4座FAS控制器作为从站,主从站通过光纤通信完成。FAS全线系统结构如图2所示。

图2　FAS全线系统结构

每个区段内设置1台FAS控制器,另设置l台防火门监控器,后者通过CAN总线与火灾报警控制器连接。此外,区段内各防火分区的气体灭火装置也通过CAN总线接入本区段控制站火灾报警控制器,最终每段区段内的控制站形成一个相对独立的单元系统,并能与其余控制站通信。各防火分区内设模块箱(模块箱内设输入、输出模块),将各防火分区的各受控设备接入区段火灾报警控制器。一般在综合管廊的设计中还会设置设备监控系统,通过火灾报警控制器的数据通信接口,向设备监控系统发出报警信息和模式指令,设备监控系统按照火灾报警系统的模式指令将其所监控的设备运行模式转换为预定的火灾模式,火灾报警系统发出的指令具有最高优先权。此外,火灾自动报警系统预留接口,接入综合管廊的统一管理信息平台。

(2) 系统设计。系统由火灾报警控制器(联动型)、火灾探测器、手动报警按钮、声光警报器、电气火灾监控器、可燃气体报警控制器、模块箱、总线电缆等组成。当发现火灾时,将发生位置、检测温度等信息即时发送至中心系统,中心系统即时启动消防响应预案,联动消防设施。

在管廊控制中心内设火灾报警上位机及图形控制系统。图形控制系统可以显示整个火灾报警网络系统的状态信息。在控制中心建筑物内采用点式感温/感烟探头;因电缆综合管廊为连续的狭长空间,在综合管廊干/支线电力电缆舱内设置感温光纤及可恢复式(或不可恢复式)缆式感温探测器作为火灾探测设备,实时对火灾情况进行监测,感温光纤探测主机通过不断地向敷设于现场的传输光缆发射激光,同时对传输光缆返回的光信号进行光谱分析,将处理好的信号在显示屏上显示并接入火灾报警系统;在燃气舱内采用可燃气体探测器作为探测设备,设置间距为15 m,报警信号接入可燃气体报警控制器,并由可燃气体报警控制器接入火灾报警系统。

火灾检测和报警联动控制分为两类,手动控制方案和自动控制方案,两种方案可交替采用。两种方案控制流程如下:

对于一次完整的自动火灾检测和报警控制,应执行如下流程:

① 正常情况下,火灾检测设备和火灾报警设备均处于火灾监视状态。

② 综合管廊某处发生火灾时,火灾探测设备向火灾自动报警控制器发送火灾信息。

③ 火灾自动报警控制器通过通信链路向控制中心发送火灾信息,包括火灾位置、温度信息、报警信息等。

④ 中心火灾报警主机接收到火灾信息,控制控制中心火灾声光警报器进行报警,同时通过软硬件警示控制中心工作人员。

⑤ 在自动控制模式下,系统启动预先设置好的消防自动控制预案,通过设定的联动控制逻辑对火灾报警前端设备和消防设备下达控制指令;在手动控制模式下,中心工作人员通过人工方式(视频、应急电话、无线对讲等)对现场火灾进行确认,手动启动消防控制预案,通过设定的联动控制逻辑对火灾报警前端设备和消防设备下达控制指令。

⑥ 综合管廊内部的相关火灾报警控制分机通过通信链路接收到主机的控制指令,控制设备所管辖的火灾声光报警器(开启报警功能),警示管廊内部工作人员;控制相关防火分区设备启动,门禁解锁,切断非消防电源,消防设备进行灭火等。

⑦ 当火情结束后需开启相关防火分区防烟防火阀,启动风机设备对防火分区排烟。

3.3　防火门监控系统

综合管廊内以不大于200 m设防火区间,防火门主要设置于防火分区轴处,管廊内的防火门数量较多且分布分散。考虑到综合管廊狭长的特点,每个区段设置1台防火门监控器,通过CAN总线接入该区段火灾报警控制器。防火门门磁开关、电动闭门器通过监控模块以总线接入监控器。当确认火灾后,火灾报警控制器给防火门监控器下达联动关闭常开防火门指令,并接收反馈指令。

3.4　自动灭火系统

根据规范GB 50838—2015,含电力管的舱室设置自动灭火系统,同时设置手提式灭火器。通常对于密闭环境内的电气火灾可采用如下一些灭火措施:气体灭火,高倍数泡沬灭火,水喷雾灭火,高压细水雾灭火,超细干粉灭火。

每套灭火系统由控制子系统和管网子系统两部分组成。系统应有自动控制、手动控制和机械应急操作三种启动方式,与FAS系统相关的即为自动控制。正常情况下,系统处于自动工作状态,自动完成火灾探测、报警、联动控制及灭火整个过程,应由同一防护区内两类独立火灾探测器的报警信号作为系统的联动触发信号。

3.5　可燃气体火灾报警系统

在天然气舱内顶部和人员出入口、逃生口、吊装口、通风口等舱室内最高点气体易于聚集处设置天然气探测器,且设置间隔≤15 m。区间内的天然气探测器通过总线设置在每个监控与报警区间的工作井或盾构井的弱电机房的可燃气体报警控制器内。可燃气体报警控制器通过光纤将数据上传至监控中心可燃气体报警主机,再通过CAN总线将相关报警信息接至控制中心火灾自动报警主机。

天然气舱内的天然气浓度超过报警浓度设定值(爆炸下限的20%)时,由可燃气体报警控制器联动启动天然气舱事故段区间及其相邻区间的事故风机。

4　结　语

从综合管廊的火灾特点和现行消防规范要求的角度,分析综合管廊火灾报警系统的方案设计,结合某项目工程,详细描述了火灾报警系统火灾检测方案、系统架构方案以及各分系统的建设方案,可为今后类似项目提供参考。