城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及一种城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统包括火灾前情探测报警装置、全氮气管网灭火系统、制氮装置、远程监控报警装置和消防控制室等模块，用于提前探测城市地下综合管廊电力舱内极早期和早期火灾、沿电力舱保护区间及时施放或补充氮气灭火。优点：对于分布式低压全氮气管网灭火系统，灭火介质来源天然和广泛且可随时随地制取、释放后对现场人员/设备/结构/环境冲击力度较小，系统拆卸维护便捷、二次充装简单、投入运作快速、保持气压持久、传输距离长远，降低整套系统管网配管和部件造价、有效减少氮气钢瓶间所需建筑面积、提高原有建筑整体使用价值和利用程度、有效减少系统故障率。

【技术实现步骤摘要】
城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统及其方法
本专利技术是一种城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统及其方法，属于特殊建筑空间消防工程和火灾安全

技术介绍
城市地下综合管廊将电力、通信、燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。由于管廊内多个舱体埋深较大，运行环境更为复杂，火灾隐患问题更为突出。其中综合管廊电力舱火灾危险性相对较高，其中电缆等可燃物密集、环境有利于燃烧、导致起火因素众多、救火进攻路径单一、具有潜在触电危险。综合管廊电力舱中电缆一旦发生火灾，烟气排出困难，内部能见度很低，外部人员及消防设备几乎不能进入，扑救火灾非常困难；舱内电缆往往分层敷设，密度很大，着火后很易延燃；热量大量积聚，温度迅速上升，甚至可能造成管廊结构损伤。可见，城市地下综合管廊电力舱火灾事故往往不仅造成电缆和结构损毁等直接经济损失，而且可能造成大面积断电恶劣后果，带来不可低估的经济损失和社会影响。相关电力电缆隧道火灾其实在国内早有发生，近来日益频繁，影响广泛，逐渐受到重视。分析其主要原因有：充油电缆泄漏后因电火花起火；采用消弧线圈接地系统，电缆线路故障后接地电弧导致起火；110kV高压电缆中间接头击穿后内部填充材料起火；变压器终端故障引起变压器油起火波及电缆隧道；交叉互联系统被破坏后外护套对地放电起火；隧道内杂物起火等。由于这些火因难以及时探查，由此引起的恶性火灾事故屡见不鲜。综上，亟需设计、开发或集成针对电力舱火灾的安全、高效、长效和清洁灭火技术。在综合管廊工程规划设计优化方面，针对电力舱自动灭火系统配置，《城市综合管廊工程技术规范》（GB50838-2015）中规定，综合管廊中容纳电力电缆舱室应设置自动灭火系统，但未明确要求采用何种自动灭火系统及具体设置参数，在不同地区电力部门对采用何种自动灭火系统意见不一，当前对灭火系统选取研究也大多停留在理论对比分析层面。对于地下综合管廊电力舱，国内外已经尝试和通常使用的自动灭火系统类型有：水喷雾灭火系统、高压细水雾灭火系统、气体灭火系统（气溶胶灭火系统、IG541气体灭火系统）、超细干粉灭火系统。目前，综合管廊内自动灭火方式选择仍是行业内争议较大问题之一。对于气体自动灭火系统基本尚未进行尝试。然而，就自动灭火行业整体发展趋势而言，无氟环境友好类气体灭火剂将会成为未来主流。目前常用气体灭火系统有七氟丙烷FM200、混合气体IG541和氮气IGl00等。气体灭火系统的选取，应遵循国家有关方针和政策，做到安全可靠、技术先进、经济合理。我国在2002年发布《气体灭火系统及零部件性能要求和试验方法》（GA400-2002），2011年更新发布《气体灭火系统及部件》（GB25972-2010），以上两个标准都明确了惰性气体灭火系统包括：氩气（IG01）灭火系统、氮气（IG100）灭火系统、氩气氮气（IG55）灭火系统、混合气体（IG541）灭火系统。全球各个地域厂家推广的惰性气体产品不太相同，如美国、英国、欧洲和日本分别力推使用（Tyco）IG541、（Kidde）IG55、（Rotarex、Siemens、Minimax）IG100。在国际上氮气灭火系统已经有几十年应用经验，技术非常成熟。我国氮气灭火系统应用相对较晚，推广较少，广东省在2005年发布《IG100气体灭火系统设计、施工及验收规范》（DBJ1547-2005），湖南省在2009年发布《IG100灭火系统设计规范》（DB43/T481-2009），包括上海等各省市也都在积极制订氮气灭火系统设计规范。籍此，我国氮气灭火系统工程案例应用也逐渐增多，在上海东方明珠、上海博物馆、上海国际航运服务中心、上海长江隧桥工程、珠海国税办公楼（61瓶组）、广州中医药大学、广西乐滩电厂（34瓶组）、广西平班电厂（24瓶组）等多个典型项目中已使用IG100灭火系统。然而，尚未见到将其用于大规模城市地下综合管廊电力舱灭火探索实践相关工程。通过表1和表2可知，IG100具有贮存压力大、输送距离远、综合成本低等优点，适用于大规模、长距离输送灭火剂场合。这与大规模城市地下综合管廊电力舱特征不谋而合。对其使用IG100灭火系统成为一种明智选择和探索。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统，灭火介质气体（纯氮气）来源天然和广泛且可随时随地制取、释放后对现场人员/设备/结构/环境冲击力度较小，系统拆卸维护便捷、二次充装简单、投入运作快速、保持气压持久、传输距离长远（≤200m，现有规范规定地下综合管廊防火分区单元长度），可以降低整套系统管网配管和部件造价、有效减少氮气钢瓶间所需建筑面积、提高原有建筑整体使用价值和利用程度、有效减少系统故障率。利用分布式全氮气子网实现对城市地下综合管廊电力舱提供全尺度灭火保护，可安全、及时、有效、长效、全程扑灭电力舱内烈性、死角、深位和复燃火灾，满足高效、节约、洁净、无损、无痕、冗余、协效等新型灭火设计理念，呈现本质安全属性，有效保护人员和财产安全。。本专利技术的技术解决方案：城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统，包括火灾前情探测报警装置1、全氮气管网灭火系统2、制氮装置3、远程监控报警装置4、城市地下综合管廊电力舱5和消防控制室6，所述城市地下综合管廊电力舱5分为多个防火区间，每个区间内都设有火灾前情探测报警装置1，远程监控报警装置4位于消防控制室6内，火灾前情探测报警装置1的信号输出端连接制氮装置3和远程监控报警装置4，制氮装置3通过全氮气管网灭火系统2分别向防火区间喷入和扩散氮气。所述火灾前情探测报警装置1包括火灾探测器1-1、氧气传感器1-2、声光报警器1-3、数据传输线1-4、火灾报警控制器1-5和警铃1-6，设于城市地下综合管廊电力舱保护区间5内部，火灾探测器1-1、氧气传感器1-2和声光报警器1-4通过数据传输线1-3与火灾报警控制器1-5连接；所述火灾探测器1-1为感烟探测器、感光探测器、感温探测器、光纤式感温探测器和吸气式可燃气体探测器中任意两种或其组合，形成两个独立火灾探测报警信号，采用多判据协效性设计理念提高探测精度，减少不报、误报和缓报的故障情况。所述全氮气管网灭火系统2包括：20.0/30.0MPa钢制高压无缝气瓶组合2-1、瓶组支架2-2、瓶组抱箍2-3、容器阀2-4、瓶组电接点压力表2-5、电磁启动阀2-6、手动启动阀2-7a、手动/气动启动阀2-7b、高压释放软管2-8a、高压启动软管2-8b、减压器2-9、集流管支架2-10a、集流管抱箍2-10b、集流管2-11、气动启动阀2-12、低泄高封阀2-13、直通阀2-14、三通阀2-15、弯头2-16、低压配管2-17、选择阀本体2-18、选择阀驱动单元2-19、压力信号反馈装置2-20、集流管压力表2-21、集流管安全泄放装置2-22、喷嘴2-23、储存牌2-24、灭火剂流通单向阀2-25、流量计2-26和控制单元2-27，其中，所述钢制高压无缝气瓶组合2-1通过瓶组支架2-2、瓶组抱箍2-3固定，每个高压无缝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统，其特征是包括火灾前情探测报警装置（1）、全氮气管网灭火系统（2）、制氮装置（3）、远程监控报警装置（4）、城市地下综合管廊电力舱（5）和消防控制室（6），所述城市地下综合管廊电力舱（5）分为多个防火区间，每个区间内都设有火灾前情探测报警装置（1），远程监控报警装置（4）位于消防控制室（6）内，火灾前情探测报警装置（1）的信号输出端连接制氮装置（3）和远程监控报警装置（4），制氮装置（3）通过全氮气管网灭火系统（2）分别向防火区间喷入和扩散氮气。/n

【技术特征摘要】
1.城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统，其特征是包括火灾前情探测报警装置（1）、全氮气管网灭火系统（2）、制氮装置（3）、远程监控报警装置（4）、城市地下综合管廊电力舱（5）和消防控制室（6），所述城市地下综合管廊电力舱（5）分为多个防火区间，每个区间内都设有火灾前情探测报警装置（1），远程监控报警装置（4）位于消防控制室（6）内，火灾前情探测报警装置（1）的信号输出端连接制氮装置（3）和远程监控报警装置（4），制氮装置（3）通过全氮气管网灭火系统（2）分别向防火区间喷入和扩散氮气。


2.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统，其特征是所述火灾前情探测报警装置（1）包括火灾探测器（1-1）、氧气传感器（1-2）、声光报警器（1-3）、数据传输线（1-4）、火灾报警控制器（1-5）和警铃（1-6），设于城市地下综合管廊电力舱保护区间（5）内部，火灾探测器（1-1）、氧气传感器（1-2）和声光报警器（1-4）通过数据传输线（1-3）与火灾报警控制器（1-5）连接；所述火灾探测器（1-1）为感烟探测器、感光探测器、感温探测器、光纤式感温探测器和吸气式可燃气体探测器中任意两种或其组合，形成两个独立火灾探测报警信号，采用多判据协效性设计理念提高探测精度，减少不报、误报和缓报的故障情况。


3.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统，其特征是所述全氮气管网灭火系统（2）包括：20.0/30.0MPa钢制高压无缝气瓶组合（2-1）、瓶组支架（2-2）、瓶组抱箍（2-3）、容器阀（2-4）、瓶组电接点压力表（2-5）、电磁启动阀（2-6）、手动启动阀（2-7a）、手动/气动启动阀（2-7b）、高压释放软管（2-8a）、高压启动软管（2-8b）、减压器（2-9）、集流管支架（2-10a）、集流管抱箍（2-10b）、集流管（2-11）、气动启动阀（2-12）、低泄高封阀（2-13）、直通阀（2-14）、三通阀（2-15）、弯头（2-16）、低压配管（2-17）、选择阀本体（2-18）、选择阀驱动单元（2-19）、压力信号反馈装置（2-20）、集流管压力表（2-21）、集流管安全泄放装置（2-22）、喷嘴（2-23）、储存牌（2-24）、灭火剂流通单向阀（2-25）、流量计（2-26）和控制单元（2-27），其中，所述钢制高压无缝气瓶组合（2-1）通过瓶组支架（2-2）、瓶组抱箍（2-3）固定，每个高压无缝气瓶瓶身设有储存牌（2-24），瓶口通过容器阀（2-4）、瓶组电接点压力表（2-5）、电磁启动阀（2-6）、手动启动阀（2-7a）连接集流管（2-11），或者通过高压释放软管（2-8a）、低泄高封阀（2-13）或手动/气动启动阀（2-7b）直接连接集流管（2-11），高压释放软管（2-8a）上设有减压器（2-9）或灭火剂流通单向阀（2-25）；
高压无缝气瓶之间通过高压释放软管（2-8a）、气动启动阀（2-12）连接；
所述集流管（2-11）上设有集流管支架（2-10a）、集流管抱箍（2-10b）、集流管压力表（2-21）、集流管安全泄放装置（2-22），集流管（2-11）通过直通阀（2-14）、选择阀本体（2-18）、选择阀驱动单元（2-19）连接低压配管（2-17），低压配管（2-17）上设有压力信号反馈装置（2-20）、流量计（2-26）、三通阀（2-15）、弯头（2-16）、喷嘴（2-23），喷嘴（2-23）向防火区间喷入和扩散氮气；
所述钢制高压无缝气瓶组合（2-1）包括4排氮气钢瓶，每排包含15个氮气钢瓶，瓶组压力为15.0-30.0MPa，喷头工作压力大于2.0MPa，单个钢瓶储气体量为70、80、90或100L，瓶组支架材质为型钢热镀锌，用于固定集流管；
所述电磁启动阀材质为黄铜，测试电流低于20mA；容器阀材质为黄铜，20.0℃时工作压力为15.0/20.0MPa，气动启动压力为1.5-30.0MPa；手动启动阀材质为黄铜，手动操作开启力低于150N；气动启动阀材质为黄铜，动作压力为1.0MPa，20.0℃时最大工作压力为30.0MPa；减压器材质为不锈钢，20.0℃时工作压力为15.0/20.0MPa，孔板直径为3.0-43.5mm；选择阀材质为电镀钢，20.0℃时工作压力为15.0或20.0MPa；电接点压力表材质为不锈钢，20.0℃时工作压力为15.0/20.0MPa；止回阀材质为镀锌钢，开启压力为0.05MPa，20.0℃时工作压力为15.0或20.0MPa；压力信号反馈装置为压力开关，材质为镀锌钢，工作压力为6.0MPa，动作压力设定范围为0.1-1.0MPa；通过外置恒定减压器将钢制储瓶内氮气由20.0/30.0MPa减压到6.0MPa恒定喷放，流经管网和喷嘴在60s内向保护区间喷放；
所述全氮气管网灭火系统中的氮气输送管道公称直径为15.0、20.0、25.0、32.0、40.0、50.0、65.0、80.0、90.0和100.0mm，对应管道规格的外径×壁厚分别为22.0×4.0、27.0×4.0、34.0×4.5、42.0×4.5、48.0×5.0、60.0×5.5、76.0×7.0、89.0×7.5和102.0×8.0，单位mm；高压软管包括聚酰胺软管、不锈钢网护套和精钢接头，20.0℃时工作压力为15.0/20.0MPa，爆裂压力为74.0MPa，测试压力为36.0MPa；集流管材质为内外热镀锌无缝钢管，20.0℃时工作压力为15.0/20.0MPa，公称直径50.0mm；喷嘴材质为黄铜镀铬膜，360°全淹没开式喷头，螺纹连接，与管道连接时采用大小头；每个防护区设置2-4个喷头，输送管道采用对称布置方式，采用三通管件分流。


4.根据权利要求2所述的城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统，其特征是所述火灾前情探测报警装置（1）中的火灾报警控制器（1-5）分别通过数据传输线（1-4）与全氮气管网灭火系统电磁启动阀（2-6）和流量计（2-26）连接，气体喷洒指示灯（2-27b）和紧急启动按钮（2-27c）设于保护区间防火门附近，分别通过数据传输线（1-4）与火灾报警控制器（1-5）和灭火控制盘（2-27a）连接，远程监控报警装置（4）、氧气传感器（1-2）、声光报警器（1-3）、警铃（1-6）、电磁启动阀（2-6）与灭火控制盘（2-27a）连接，灭火控制盘（2-27a）设置在消防控制室（6）内。


5.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统，其特征是所述制氮装置（3）包括两种应用方式，一种应用方式是将氮气充入全氮气管网灭火系统（2）中的储气钢瓶并与灭火管网子系统联接，直接补给主要管网系统；另一种应用方式是采用膜法技术、变压吸附技术、深冷空气分离技术或分子筛技术进行氮气分离，并通过自动控制系统使其与火灾前情探测报警装置（1）连接，当火灾前情探测报警装置（1）发现火情并报警后，通过自动控制系统启动制氮装置，直接从空气中分离氮气，通过管网输送至喷嘴，实现施放灭火目的。


6.根据权利要求5所述的城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统，其特征是所述制氮装置（3）采用膜法技术进行氮气分离，气体分离膜采用超耐热聚酰亚胺树脂材料所制中空纤维膜，其结构包括包括空气压缩机（3-1）、冷干机（3-2）、一级过滤器（3-3）、二级过滤器（3-4）、三级过滤器（3-5）、活性炭过滤器（3-6）、空气加热器（3-7）、氮气膜分离器（3-8）、氮气缓冲罐（3-9）、氮气分离系统（3-10）、动力装置（3-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王罡，刘海峰，钟成，沈学良，孙国城，陆建峰，周建新，郑经荣，汪云龙，尤飞，喻源，张鹏，王振华，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司雄安新区供电公司，国网电力科学研究院有限公司，国电南瑞南京控制系统有限公司，南京工业大学，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13