高原高寒地区冬季地下消火栓可用率提升的研究

王宁 李国栋 穆博

摘要：通过对高寒地区的羊肠子沟压气站冬季地下消火栓实际可用率相对较低的原因进行系统分析，验证了利用自制一体式保温盖及井壁全覆盖的保温方式代替传统井口依次覆盖毛毡—塑料布—井盖的保温措施，将羊肠子沟压气站内部的冬季地下消火栓实际可用率由22%显著提升至85%，并作为模板在高寒地区成功推广。应用该保温措施有效解决了我国高原高寒地区消防系统保温措施效果不佳的实际问题，为冬季地下消火栓的实际可用率的有效提升提供了可供参考借鉴的成功典例。

关键词：地下消火栓可用率；高原高寒环境；保温措施；压气站

西北地区的输油气站场大多配套设置了以室外地下消火栓为主的固定消防系统，为石油天然气的生产、储存及运输过程提供必要的安全保障。但由于我国西北地区大部分属于高寒地区，冬季寒冷漫长、昼夜温差较大，而室外地下消火栓上部通常仅仅加装消防井盖，天气寒冷时地下消火栓系统的供水管道和阀门等设施会存在冻结风险，且由于气温较低日常维护和应急使用都相对较为困难[1]。冬季气温较低时，气站场内部一旦发生火灾事故，室外地下消火栓作为灭火的主要供水设施，往往因为冻结无法提供消防水源，导致最佳处置时机的延误，最终造成严重的经济损失、人员伤亡甚至爆炸事故的发生[2]。因此，我国西北地区石油天然气站场在冬季中的消防安全往往存在着较大的隐患，室外地下消火栓的实际可用率亟需有效提升。

目前，我国室外地下消火栓通常分散设置在消防救援通道及单位内部的重点场所周边，是为消防车提供消防水源或者直接连接消防水枪实施火灾处置的重要消防设施。地下消火栓的完好率、正常可用率都直接关系到消防救援队伍的灭火救灾工作能否顺利实施，更直接影响到企业能否时刻保持安全稳定生产的工作环境[3]。

1 课题研究的目的、内容

1.1  研究背景

羊肠子沟压气站位于我国青藏高原德令哈市及大柴旦镇中间，平均海拔3452m，属于典型的高海拔、高寒地区，现共有室外地下消火栓50处。站内地下消火栓在冬季时由于阀门、消火栓冻结不出水的情况分别占比34.37%和53.13%。羊肠子沟压气站2016年至2018年冬季地下消火栓平均可用率仅为22%左右（如表1所示），而要保证企业冬季的正常安全运转，企业内部地下消火栓实际可用率至少需要达到85%。

1.2  研究目的

基于羊肠子沟站室外地下消火栓在高海拔、高寒地区冬季可用率低的问题，以站内50个室外地下消火栓系统为实验对象，对造成羊肠子沟站内室外地下消火栓冬季可用率低的原因进行逐一分析并提出切实可行的适用性措施，有效提高了以上地区室外地下消火栓的冬季可用率，确保消防系统稳定可用，企业内部冬季消防安全工作得以正常开展。

1.3  研究内容

1.3.1  原因分析

导致目前羊肠子沟站地下消火栓可用率较低的主要原因是以往使用的保温材料可能存在老旧、破损的情况，保温措施较为单一，不满足低温条件下地下消火栓的实际保温需求；还有可能是由于保温处理过程中所选用的保温材料性能不佳，导致消防井内部实际保温效果不能满足实际需要，再次，改造过程中施工人员.未能充分考虑到当地冻土层的实际深度，导致消防井实际建设开掘深度不足，消火栓离冻土层距离较近，导致消火栓内部热量由于温度差较大而快速散失，最终导致冻结现象的发生。

1.3.2  实验内容

针对以往的保温材料可能存在老旧、破损的情况，且极易出现覆盖面不全、保温材料层厚不达标，保温措施较为单一的问题。采用现场查看的方式定期检查当前消防井保温材料的完好性；或者针对以上区域实施48h温度测定验证。

针对选用的保温材料保温性能普遍较差，导致消防井内部保温效果无法得到有效保障的问题。在实际改造过程中需要选择导热系数较小且符合石油天然气化工生产管道输送实际需要的气凝胶等保温材料。

针对未切实考虑当地的冻土层深度，导致消防井建设开掘深度不足的现象，需要采用查询冻土深度表和相应的消防设施设计规范，准确测定消防井开掘建设深度是否满足地下消火栓的实际保温需求。

2 研究过程

2.1  消防井保温材料完好性验证及48h温度测定验证

选取5处深度及大小规格相同的消防井，查看保温材料分布、厚度、覆盖完好度等相关情况。通过检查发现待测消防井井口处仅仅铺设有保温材料（毛毡—塑料布—消防井盖），井壁内部无任何保温材料覆盖，且保温材料多层铺装，导致火灾发生后井盖无法迅速打开，在火灾处置现场极有可能延误最佳灭火时机。

针对目前常用的保温措施，测试过程中分别在消防井井口和井底放入测温仪，48h实时检测内部温度。经过48h温度检测曲线发现，消防井底1#检测点位的最低温度可以达到-3.4℃，井口2#检测点位的最低温度可以达到-6.6℃，进一步证明目前普遍使用的毛氈—塑料布—消防井盖的保温方式实际起到的保温作用极为有限。

2.2  保温材料的选择验证

目前室外地下式消防井内部使用较为普遍的保温材料有：毛毡、玻璃丝绵、泡沫板、橡塑等[4]，如表2所示，塑料布材质相对较薄且导热系数远高于国家标准，根本起不到有效的保温作用，仅仅可以起到隔绝水汽进入井内的作用。通常北方寒冷地区的长距离输送管道井室内部通常采用少量稻草作为填充物实现防冻效果，该方法可以在保持井室与外部有效通气的同时，又不至于井室内温度下降太多。但由于天然气介质的特殊性，站内禁止明火、易燃易爆材料的存在，因此消防井内部只能优先选用具有阻燃、防潮、保温特点的玻璃丝绵、岩棉及橡塑等保温材料。其中玻璃丝绵及橡塑导热系数相对较低（略低于目前使用的毛毡）且保温性能较好，可作为实验材料用以验证通过添加保温材料的方式是否能够显著提高地下消火栓的实际可用率。

在羊肠子沟站内选取两个深度及大小规格相同的消防井，分别命名为1#井和2#井。在两个待测消防井内部分别采用橡塑和玻璃丝绵两种保温材料实施井内保温，并使用测温仪48h不间断实时监测消防井井口和井底处的环境温度。未更换保温层及更换保温层后1#和2#井口、井底部位的最低平均温度如表3所示。

如表3所示，在不改变站内保温方式的情况下，通过对井口保温材料进行更换，消防井内部温度并未发生显著提高，因此当前所采用的保温材料种类并不能有效提升地下消火栓的实际可用率。

2.3  未将当地冻土层厚度作为实际参考

GB50015—2019 《建筑给水排水设计标准》提出消防给水管覆土深度不得小于土壤冰冻线以下0.3m的具体要求，并强调如室外消火栓的取水口设置在冰冻线以上时，必须采取合理的保温措施，但该规范中未明确具体可供参考的保温方法。

羊肠子沟位于德令哈市和大柴旦镇中间的位置，通过查看全国冻土深度表得知，羊肠子沟站全年的冻土深度平均在1.84m左右。站内人员随机对站内的5个消防井实地测量深度，发现站内大部分消防井的深度基本满足规范要求，且均对消防井采取了有效的保温措施，表明本站消防设施能够满足消防设计规范的相关要求。

3 研究结果分析

通过对以上实验结果及相关数据进行分析可以发现，选择保温材料的方式未能充分考虑到当地的冻土层深度并非导致冬季消火栓可用率较低的首要因素，且该保温措施实际应用过程中压气站内部冬季地下消火栓可用率未出现显著提升，因此，单一应用该方法无法真正意义上解决压气站内部较为棘手的消防隐患问题。

4 改进方案及验证

4.1  改进方案优选

目前比较先进的保温方式有：①干式消防系统：管道内平时处于无水状态且管道内部充满压缩气体。当有火灾发生时，喷淋系统首先排出气体，随后干式报警阀开始动作并迅速向管道内充水，最终实现消防用水的有效供给。②在消防井内壁加装或涂刷保温涂料，在井口处加装保温棉或保温板。

通过经济性、可行性对比，最终选用方案②对羊肠子沟压气站冬季地下消火栓可用率相对较低的现实情况开展有效治理。

4.2  改进方案验证

2019年9月，在羊腸子沟站内找到两个规格相同、深度相同的消防井，分别命名为1#井、2#井。其中，1#井仍然采用原先的保温方式（毛毡+塑料布作为保温层）。2#井在内壁内部加装30cm厚的橡塑保温层，并在井口处加装圆柱状保温盖。

在1#井、2#井内部分别放入两个测温仪，分别测量1#井、2#井井口及井底部位的温度。此外，测试过程中分别在井内各放置一瓶容积为250ml的纯净水，测试过程中对瓶中水的冻结情况实施定期查看。随后，分别采集保温方案实施后，2019年10月—2020年3月时间段内消防井内部的各项温度参数及井底水瓶的实际结冰情况，如表4所示。

经过比对，2#井的保温效果明显优于1#井，且2#井井底温度始终保持在0℃以上。即使消防管线中充满水，消防井中的消火栓、阀门也不会由于低温而发生冻结事故，因此系统内部不存在冬季消火栓不出水的情况，进一步有效证明站内消防系统可全年处于正常备用状态。

4.3  目标值检查

2021年4月1日至10日，小组成员采集了采取保温措施前后2020全年的冬季站内消火栓的完好可用数据，如表5所示，2020年羊肠子沟站冬季消火栓的可用率为85%。

5 结语

选取未采取保温措施、未选用合适保温材料、未考虑冻土层3个条件下的地下消火栓可用率进行对比，分析验证了高寒地区羊肠子沟压气站冬季地下消火栓可用率相对较低的原因，并通过实际测试找到了能够有效提升冬季地下消火栓可用率的自制一体式保温盖及井壁全覆盖保温方法。应用该方法维护成本低、工程进度快、安装方法简单，经过2020年全年验证及目标值检查，成功将羊肠子沟压气站内部的冬季地下消火栓可用率自22%显著提升至85%。该成果目前已经在德令哈站和乌兰站成功推广使用。

参考文献：

[1]陈志平.北方高寒地区市政消防给水方式探讨[J].科技创新导报，2009（21）：114+116.

[2]陈进明.市政消火栓养护管理探讨[J].城市公用事业，2012，26（4）：24-26+72.

[3]赫润圃，徐春婷.地下式室外消火栓使用问题及对策[J].建筑安全，2021，36（9）：57-59.

[4]胡岚.建筑外墙保温材料及其发展方向探析[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