综合管廊消防自动灭火系统选择与分析

张令滇，徐中亚，张肖峰，石 骁

（中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州 510663）

0 引言

城市地下综合管廊是将两种或两种以上的管线放置在同一个空间的地下基础设施，是城市基础设施现代化的标志，也是未来城市地下管线建设和发展的方向。城市地下综合管廊内通常布置有供热、通信、电力、燃气、给排水等管线，其中电力舱内的电缆火灾危险等级最高，若电力舱内电缆发生火灾，一方面会烧毁电缆造成直接经济损失，另一方面会导致大范围停电，严重影响人们的生活。在电力电缆火灾较大的情况下，消防救援人员基本无法进入管廊内部灭火。现行《城市综合管廊工程技术规范》（GB 50838—2015）中规定，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。该规范并没有对综合管廊应该设置何种消防灭火系统进行明确的规定，也没有规定具体的设置参数和设置要求。因此，选择一种经济、安全、高效的自动灭火系统对综合管廊建设和安全运营具有重要的意义。本文依据当前相关标准规范，同时结合目前国内工程实例，提出综合管廊消防自动灭火系统选择的建议和看法。

1 综合管廊常用的自动灭火系统

现行《城市综合管廊工程技术规范》（GB 50838—2015）中，明确规定了支线综合管廊中如果容纳6 根及以上电力电缆的舱室应该设置自动灭火系统。根据目前的管廊运行情况，可供综合管廊自动灭火系统选择的固定式消防方式包括自动喷淋灭火系统、水喷雾灭火系统、气体灭火系统、高压细水雾灭火系统和超细干粉灭火系统等。自动喷淋灭火系统不适用于A 类带点火灾和电气火灾，因此不宜用在布置有众多电力电缆的综合管廊内[1]。气体灭火系统主要包括二氧化碳、IG541、七氟丙烷、气溶胶等。二氧化碳及IG541 气体灭火系统的降温效果有限，虽然能熄灭明火，但难于在短时间内将火场环境温度降低到可燃物的燃点之下。七氟丙烷气体灭火系统在灭火过程中会产生有害气体，会对消防员造成影响[2]。气溶胶灭火系统发生误喷的现象时有发生，误喷在设备表面的气溶胶难以清洁，此外气溶胶灭火装置尚未取得国家3C 认证。以上气体灭火系统均需定期更换灭火剂，后期运维成本较高，不建议采用。因此，可供综合管廊选择的固定式自动灭火系统主要有高压细水雾灭火系统、超细干粉灭火系统以及水喷雾灭火系统。

2 高压细水雾灭火系统

2.1 高压细水雾灭火系统灭火机制

（1）高效冷却作用。由于细水雾的雾滴直径很小，高压细水雾的雾粒直径为10～100 μm，在汽化的过程中，堆积密度小，遇热后快速气化，容积可快速膨胀1700～5800 倍，消化吸收很多的热量，使点燃环境温度快速降低。实验证明细水雾的雾滴直径越小，气化速度越快，水雾单位面积的吸热量越大，热传速率越高。

（2）窒息作用。细水雾喷入火场后，迅速蒸发形成蒸汽，体积急剧膨胀，在燃烧物周围形成屏障阻挡新鲜空气的进入，降低氧含量，当火源周围空间的氧含量减小到16%～18%时，火焰将被熄灭。

（3）阻隔辐射热作用。高压细水雾喷入着火物周围后，燃烧物迅速被水雾蒸汽包裹，阻挡了火焰的辐射热，避免引燃周围物品，阻止火灾的蔓延。

（4）稀释、浸润及乳化作用。大量水雾会冲击燃烧物表面，燃烧物被浸湿，这样能有效阻断固体挥发产生可燃气体，进而达到灭火并且防止火灾蔓延的目的。此外，高压细水雾还具有洗涤烟雾、废气以及对液体乳化和稀释的作用等。

2.2 高压细水雾在综合管廊内的应用

对于综合管廊内设置的自动灭火系统，高压细水雾由于其独特的优势备受青睐，如重庆云阳县迎宾大道综合管廊、深圳前海合作区综合管廊、成都市双流环湖路综合管廊均采用高压细水雾作为综合管廊的自动灭火系统。柴一波等[3]研究发现高压细水雾运用于综合管廊内可在3 s 内实现综合管廊明火扑灭，不仅具有良好的冷却降温功能，而且还可以对空气除尘；对有局部遮挡的空间也能起到良好的灭火效果，防止扑灭后的火源因为重新通风而复燃；灭火后能以更短时间实现通风，火灾现场更容易清理，绿色环保。张杰等[4]研究发现细水雾能明显降低管廊上部温度，高压细水雾灭火系统具有良好的电绝缘性和强大的灭火能力，还具有除尘和降温作用，极大降低了火灾对救援人员伤害，具有较高的安全性。李宏宇等[5]研究表明由于高压细水雾具有持续性的降温和窒息作用，可以安全有效地将综合管廊火灾扑灭，并且仅产生少量的消防废水。童浩等[6]通过实验研究发现细水雾灭火系统喷出的水雾能深入综合管廊的长边区域和交叉区域，进而抑制和扑灭电缆桥架火灾，即便被遮挡的火源，细水雾依然能够进入火源内部区域发挥降温灭火作用。对于管廊电缆桥架深位火灾，高压细水雾灭火系统也能有效抑制和扑灭火灾。有障碍物阻隔的火灾需要更长的灭火时间。空间较大的交叉区域所需灭火时间较长，而空间狭长的长边区域所需灭火时间较短。当面对火灾较大的管廊火灾，细水雾灭火系统的隔氧窒息和吸热冷却作用能使灭火时间更短，灭火成功率更高。此外高压细水雾灭火系统运用于综合管廊具有很好地衰减火焰热辐射、降低火场温度以及洗消烟气的作用。为了降低误喷的概率，也可以采用闭式预作用细水雾灭火系统。

然而高压细水雾灭火系统需要设置专用高压消防供水泵组，管材需要采用S31603 不锈钢无缝钢管，系统组件复杂，系统组件多，初期投资大。此外，现行《细水雾灭火系统技术规范》（GB 50898—2013）规定采用全淹没应用的开式系统，其防护区数量不应大于3 个，这表明每套开式高压细水雾泵组最多仅能防护3 个防护区，按每个防护区距离不超过200 m计算，那么单套细水雾泵组最长只能防护600 m 长的综合管廊，要求较为苛刻。实际应用中，综合管廊长度通常为几千米到十几千米不等，这就要求设置众多的水泵组和配套消防设备间，导致该系统的初期投资巨大，此规定使细水雾灭火系统在综合管廊中的应用受到了较大的限制。

3 超细干粉灭火系统

3.1 超细干粉灭火系统灭火机制

化学抑制作用是超细干粉灭火系统的主要灭火机制，同时该系统也具有物理灭火作用，包括窒息、冷却和辐射的遮隔。通过化学机制与物理机制相辅相成，共同扑灭火焰。化学灭火机制主要是超细干粉灭火系统释放出的灭火剂粉末与燃烧物火焰发生化学反应，迅速降低火焰周围温度，同时抑制产生燃烧自由基，中断燃烧连锁反应，实现灭火。在物理上，实现可燃物与氧气的隔绝，降低可燃物周围氧气浓度而阻止燃烧。超细干粉灭火剂由于其质量轻、粒径小，具有良好的弥散性，灭火能力是普通干粉灭火剂的数倍，灭火时间更短。释放的超细干粉灭火剂能较长时间地停留在空气中，局部灭火方式可用于开放空间，全淹没灭火方式可应用于封闭场所。

3.2 超细干粉灭火系统在综合管廊内的应用

超细干粉运用在综合管廊中通常采用悬挂式安装，超细干粉球布置在综合管廊的顶部，可水平喷射和竖直喷射。悬挂式超细干粉球体积小，不需要设置消防设备间，无管网布置，土建造价低，不会影响管廊断面空间，从而降低了成本，同时，该系统对保护物几乎没有损害。但是超细干粉灭火系统大范围应用时，系统的可靠性大大降低、运行管理工作量大，费用也随之增加。超细干粉灭火系统运用于综合管廊的设计和施工都很简单，设计上只需要简单的用量计算，无须其他如管道设计计算，设计周期短。施工过程几乎没有管道需要安装，附属配套设施也少。通常在管廊顶部预埋吊件，将干粉灭火装置固定在吊件，防火门另一侧设置区域灭火控制箱，用扳手等简单工具就可以完成安装工作，因此极大缩短了施工周期[7]。李琦[8]指出在选择综合管廊中的超细干粉灭火装置，应尽量选择球形装置，不要选择网形或球盘灭火装置，这样能最大限度地发挥其灭火作用。

然而超细干粉灭火系统运用在综合管廊也有缺陷，陈治君等[9]通过试验发现，由于超细干粉很难做到多次可持续性喷放，起初可以将明火扑灭，后期火焰又复燃的现象时有发生。研究发现，使用超细干粉灭火后，火场中温度和热辐射热都有先降后升的趋势。另外烟气层会被喷放的超细干粉破坏，降低能见度，悬浮于空中的超细干粉也会影响能见度，不利于后期消防救援。此外，超细干粉与气体灭火系统一样，每5～6年需更换一次灭火剂，管廊后期维护成本偏高。

4 水喷雾灭火系统

4.1 水喷雾灭火系统灭火机制

（1）表面冷却作用。水喷雾灭火系统的水雾粒径通常为0.3～0.8 mm，这些细小的水雾具有较大的表面积，水雾喷射到火焰中可以完全汽化，汽化吸收燃烧物表面的热量，具有很好的降温效果，停止热分解，终止燃烧。

（2）窒息作用。水雾受热后汽化产生膨胀约1680倍的水蒸气可以形成窒息条件，降低燃烧周围的氧含量，使燃烧因空气中含氧量降低而中断。

（3）乳化作用。对于不溶于水的可燃液体，水喷雾还具有乳化作用。当燃烧液体表面被水雾覆盖时，水雾与可燃液体混杂为一体，可燃液体表面产生乳化层，不燃性乳化层阻隔空气与可燃液体接触而使燃烧中断。

（4）稀释作用。对于水溶性液体火灾，水喷雾可以降低液体浓度，进而抑制燃烧速度使火灾变得易于扑灭。

4.2 水喷雾灭火系统在综合管廊内的应用

水喷雾灭火系统应用于综合管廊，不仅可以降温灭火，还可有效排除高温烟气[10]，有利于消防人员进行后续救援。该系统具有灭火迅速、抑制复燃、系统可靠性高、良好的安全性等优点，同时具有良好的长时间灭火能力。水喷雾应用于综合管廊内电气火灾，具有良好的电气绝缘性，灭火介质为水，环保无害。

然而，与其他场所的水喷雾灭火系统一样，水喷雾灭火系统应用于综合管廊需要设置专门的消防水池及泵房，泵房内应设置供水泵组，土建工程成本较高。由于系统设计流量大，所需供水管道管径大，会占用较大的管廊空间，进而导致管廊断面加大，增加建工程费用。此外综合管廊水喷雾灭火系统启动后会导致管廊在短时间内累计大量消防废水，这些消防废水需要配置大流量的水泵进行抽排，增加了消防排水方面的成本。另外长距离消防需要划分消防分区，无法令整个分区的系统同时启动[11]。

5 结语

现阶段尚无针对综合管廊自动灭火系统选择的具体规范，结合工程实际，目前适用于综合管廊的自动灭火系统的主要为高压细水雾灭火系统、超细干粉灭火系统及水喷雾灭火系统。3 种灭火系统应用于综合管廊都是有效的，3 种自动灭火系统也各有优缺点，实际应用中应结合初期投资成本、施工安装周期要求、综合管廊空间条件等合理选择合适的自动灭火系统。