电力管廊消防系统构建实例
Abstract导 读
随着城市综合管廊工程的规模化建设，综合管廊逐步衍生出形式各样的管线专用管廊，如电力管廊等，但管廊消防系统的选择和做法还存在较大争议。以湖南省某电力管廊工程为例，分析探讨了超细干粉灭火系统的设计及计算，以期为其他类似工程项目提供参考。
01火灾分析
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电力管廊由城市综合管廊衍生而来，作为一种地下构筑物，具有管线密集，空间密闭、狭窄距离长等显著特点；舱室内不设置工作人员值守，工作人员在控制中心监控，火灾隐患、管线破损等突发情况不易在监控中被察觉。正因为电力管廊自身结构的特殊性，往往给消防救援工作带来困难。一旦发生火情，电力电缆将成为火灾蔓延的唯一载体，研究表明，火势会沿着电缆横向、纵向蔓延，其中横向蔓延速度可达20 m/min。高温熔融状态下，火焰传播范围增大，热烟和热辐射会快速充满整个舱室。高温、浓烟、燃烧产生的有毒有害气体、触电危险等阻碍了消防人员的有效施救。火灾过后，电力管廊内高压电缆服务的电网系统瘫痪，片区停止供电，破坏日常生活和生产秩序，社会影响较为严重。
为进一步保障电力管廊持续稳定运行，构建有效的消防系统迫在眉睫。针对电力管廊火灾特点的分析，消防系统的构建应至少具备以下条件：（1）反应灵敏，火灾初期能及时响应；（2）具有实用性和适用性，能有效扑灭电气火灾，适合布置在狭长空间的管廊内；（3）具有经济性，结合具体工程项目要求，综合考虑成本因素。本文以湖南省株洲市某电力管廊新建工程为案例，着重探讨该项目消防系统的构建与应用，为类似工程提供参考。
02工程案例
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2.1 工程概况
本项目为电力电缆专用管廊工程，电力管廊采用双舱设计，单舱室横截面尺寸为2.9 m×2.8 m，全长约3 100 m，位于市政道路北侧道路红线外退后绿化带下，其建设位置如图1所示。电力管廊沿线布置通风口、投料口、出线井等特殊节点，舱内主要容纳220、110 kV高压电力管线以及少量的通信线缆。
图1 电力管廊建设位置示意
2.2 消防系统的比选
《城市综合管廊工程技术规范》中明确，容纳6 根及以上电力电缆的舱室应设置自动灭火系统，但该规范条文中并未对电力舱自动灭火系统的选择做出明确的指导。常用的自动灭火系统有气体灭火系统、超细干粉自动灭火系统、自动喷水灭火系统等，表1基于国内案例，从灭火机理、适用性角度展开对常见自动灭火系统的分析。
表1 常见自动灭火系统的适用性分析
根据目前国内综合管廊建设及运行情况，管廊内采用的自动灭火系统主要为超细干粉灭火系统、水喷雾灭火系统和高压细水雾灭火系统。通过危有达等的研究可以发现，高压细水雾灭火系统能实现全淹没式灭火，灭火效率高，安全性能好；但该系统需配备外部水源，相应的需设置水池、泵房、管网等，配套设备种类繁多，要求较高，系统结构复杂，初始投资高。水喷雾灭火系统利用水作为唯一灭火介质，具备不间断喷射水雾的能力，可全面遏制火苗的二次复燃，但该系统需要敷设管径较大的消防主干管，占用管廊空间，且灭火系统一旦启动，消防排水将给电力管廊带来次生灾害风险。超细干粉灭火系统无管网，设计简单，节约空间，启动时间短，初始建设成本低，但灭火剂需要定期更换，后期运营成本增加。
随着城市综合管廊工程的全面发展，管廊内自动灭火系统的构建逐渐明晰。《城市综合管廊工程技术规范》指出容纳一定电力电缆的舱室应设置自动灭火系统。《城市综合管廊消防系统工程技术规范》对综合管廊自动灭火系统进行了介绍，该规范中仅将细水雾灭火系统和超细干粉灭火装置作为城市综合管廊消防系统的指导技术。行业标准《城市综合管廊消防技术规程》认为，细水雾灭火系统、热气溶胶灭火系统、超细干粉灭火系统和压缩空气泡沫灭火系统可作为城市综合管廊的自动灭火方案。
国内城市综合管廊自动灭火系统的成功运用，再加上相关规范标准对管廊消防系统的技术指导，使得管廊消防系统的构建更具有信服力和支撑力。然而，如上文分析，不论是水喷雾灭火系统、高压细水雾灭火系统，亦或是超细干粉灭火系统，每种自动灭火系统都有各自的优缺点，没有一种消防系统可以在稳定性、安全性、高效性等方面上全部占有优势。实际应用中应结合管廊空间条件、施工安装周期、造价投资等具体情况，选取某方面最优的自动灭火系统。超细干粉系统设计简单，节约空间，初始建设成本低的特点正好契合株洲市某电力管廊的建设投资需求，因而本项目选择超细干粉灭火系统作为最终的自动灭火消防方案。
2.3 消防系统的构建
本项目为电力电缆专用管廊，舱室内主要容纳220、110 kV高压电力管线以及少量的通信线缆。鉴于电力管廊内容纳管线的火灾危险性，舱室每隔200m划分为一个防火防区，防火分区之间由防火墙和防火门进行分隔与连通。舱室内的结构体均采用耐火极限不低于3 h的不燃性墙体，电力电缆穿越防火墙后采用防火封堵进行严密封堵。电力管廊全线等间距布置超细干粉灭火装置，采用全淹没消防系统，灭火装置悬挂式安装在电力舱室顶部，其安装如图2所示。
图2 超细干粉自动灭火系统安装
根据《干粉灭火装置技术规程》（CECS 322-2012），干粉灭火装置的配置数量按式(1)计算：
式中 N——干粉灭火装置的配置数量，具；
m——单具灭火装置的充装量，kg；
V1——防护区净容积，m³；
C——灭火设计浓度，kg/m³。
灭火设计浓度取0.144 kg/m³，单具灭火装置的充装量取3 kg，以一个防火分区（200m）长度为例，则单舱室内设计干粉灭火装置的配置数量如下表所示：
表2 超细干粉灭火装置配置计算
在设计过程中，电力管廊舱室内可适当增加干粉灭火装置配置数量，以加强消防系统的安全性。通过计算，本项目在一个防火分区内，单舱室应配置干粉灭火装置78 具，实际单舱室配置干粉灭火装置80 具，干粉灭火装置均匀布置，间距为2.5 m；防火分区两端，干粉灭火装置布置在距防火墙1.25 m处。一个防火分区内，电力舱室中超细干粉灭火装置平面布置如图3所示。
图3 电力管廊内超细干粉灭火装置平面布置
超细干粉灭火装置、控制线缆、灭火控制器等共同组成了超细干粉灭火系统，该系统具备手动启动、自动启动以及联合启动等多种启动方式。当火灾发生时，温感系统迅速响应，灭火装置随即接收到电脉冲启动信号，产气剂被激活，装置内气体立即膨胀，气压增大的瞬间冲破灭火装置的喷嘴封口膜片，干粉向灭火区域持续喷射并迅速向周围弥散开来形成全淹没式灭火状态，火焰在干粉持续的化学抑制作用下被扑灭。
2.4 问题与建议
超细干粉灭火系统能带电消防，对火灾能及时响应，无管网，系统简单，不占用管廊的断面尺寸，但该系统仍有一定的局限性。单个灭火装置的有效灭火次数仅为一次，即灭火装置启动喷射后，该装置即为失效，内部灭火剂需再次充装；灭火剂的有效时间一般为5~10 年，为保证该系统的长效稳定，需在有效期内更换灭火装置，增加了电力管廊的运营成本。
消防系统对电力管廊至关重要，在选择超细干粉灭火系统作为消防方案时，为应对灭火装置“一次性灭火”的不足，建议设计时考虑灭火装置的富余量，以便及时恢复消防系统正常使用。此外，可以开展灭火剂性能进行进一步研究，延长灭火剂的有效时间，减少后期运行维护成本。
03结 论
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（1）电力管廊作为一种地下构筑物，空间密闭，管线密集，火灾隐患长期存在。一旦发生火情，火势传播迅速，电力电缆受损，片区断电，人们日常生活和生产秩序遭到破坏，社会影响较为严重。因此，构建有效的电力管廊消防系统至关重要。
（2）随着城市管廊工程的全面发展，管廊消防系统的研究越来越受到广大学者和技术人员的重视，国家及行业标准也逐步对管廊自动灭火系统展开技术指导。国内综合管廊大多采用超细干粉灭火系统、水喷雾灭火系统和高压细水雾灭火系统作为消防措施，这三种自动灭火技术各有所长，实际应用中应结合管廊空间条件、施工安装周期、造价投资等具体情况，选取某方面最优的自动灭火系统。
（3）本文经比选分析，最终选择超细干粉灭火系统作为株洲市某电力管廊最终消防方案，详细探讨了超细干粉自动灭火系统的设计及计算，以期为其他类似工程项目提供参考。
