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与流程

技术特征：

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（3-11）、增压机（3-12）、调压装置（3-13）、流量计（3-14）、背压阀（3-15）、电磁阀（3-16）、截止阀（3-17）、氮气储存器（3-18）、氮气测量仪（3-19）、启停控制器（3-20）、稳压器（3-21）、氮气输送器（3-22）和氮气弹簧充气增压装置（3-23），所述空气压缩机（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）、增压机（3-12）或调压装置（3-13）、流量计（3-14）、背压阀（3-15）、电磁阀（3-16）、截止阀（3-17）、氮气储存器（3-18）、稳压器（3-21）、氮气输送器（3-22）或氮气弹簧充气增压装置（3-23）均通过管道依次连接，动力装置（3-11）与氮气分离系统（3-10）和增压机（3-12）相通连接，氮气测量仪（3-19）和启停控制器（3-20）安装于氮气储存器（3-18）上，氮气输送器（3-22）和氮气弹簧充气增压装置（3-23）与全氮气管网灭火系统（2）相通连接；

所述空气压缩机（3-1）将空气压缩并送入冷干机（3-2）制成1.8-2.2mpa的清洁压缩空气并送入氮气分离系统（3-10）中，压缩空气先经送气管路一级过滤器（3-3）、二级过滤器（3-4）、三级过滤器（3-5）过滤，再经过活性炭过滤器（3-6）精细过滤，精度<0.01μm，除去压缩空气中杂油和水分，然后压缩空气由空气加热器（3-7）加热至氮气膜分离器（3-8）工作温度后，经氮气缓冲罐（3-9）和空气入口阀进入氮气分离系统（3-10）；压缩空气在流经氮气膜分离器（3-8）时，压缩空气中水分、氧气、二氧化碳气体经过氮气分离系统（3-10）渗透侧直接向外排空；氮气分离系统（3-10）滞留侧出口氮气经动力装置（3-11）进入增压机（3-12）或直接进入调压装置（3-13）、流量计（3-14）、背压阀（3-15）、电磁阀（3-16）、截止阀（3-17），再通过管道输出到氮气储存器（3-18）中存储备用，利用氮气测量仪（3-19）和启停控制器（3-20）进行监测和调控，之后通过稳压器（3-21）、氮气输送器（3-22）或氮气弹簧充气增压装置（3-23）供应全氮气管网灭火系统（2）进行灭火操作；氮气输送器（3-22）通过气体流通阀门（3-22a）直接接入全氮气管网灭火系统（2）中低压配管（2-17），氮气弹簧充气增压装置（3-23）通过气体增压泵（3-23a）和氮气弹簧快充接头（3-23b）接入全氮气管网灭火系统（2）中钢制高压无缝气瓶组合（2-1）。

7.根据权利要求6所述的城市地下综合管廊电力舱分布式全氮气灭火系统，其特征是所述动力装置是汽油机、柴油机、电机或液压马达，用于为空气压缩机（3-1）和增压机（3-12）提供动力，氮气储存器（3-18）体量为20-30m³或125-135m³，储罐充满氮气时间为1-8h；稳压器（3-22）出口输出氮气压力为1.6mpa，向体积为800m³或4000m³保护区间提供灭火所用氮气；氮气储存过程中，当氮气储存器（3-18）发生气体泄露后，氮气测量仪（3-19）将氮气泄露信息传递到启停控制器（3-20），启动空气压缩机（3-1），将外界空气或氮气储存器（3-18）气体送到氮气分离系统（3-10），氮气分离系统（3-10）将富氧空气排到被保护区外，同时将富氮气体送入氮气储存器（3-18）中，使得其中氮气储量增加，当增加体量达到既定数值时，启停控制器（3-20）停止空气压缩机（3-1）运行。

8.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）包括耦合单元独立子系统和组合分配子系统两种形式，前者是由一套氮气灭火剂储存装置对应一套氮气管网输运和施放系统，保护一个防护区间，后者是由一套氮气灭火剂储存装置对应几套氮气管网输运和施放系统，保护两个或两个以上防护区间；

以面积低于800m²、体量低于3600m³的200m防火分区为单元，按照1：2：1：2比例控制管网组件，即第一套和第三套氮气储存装置和管网子系统保护200m长度区间，第二套和第四套氮气储存装置和管网子系统保护400m长度区间，按此循环布设第五套及以上灭火管网子系统。

9.如权利要求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的灭火方法，其特征是联动火灾前情探测报警装置（1），根据起源舱内火灾发展阶段和态势，动态调整灭火策略，必要时打通紧邻防火区间防火门，启动发生火灾舱室区间相邻一套或两套灭火管网子系统，释放补给性灭火气源，实施连通气体淹没式灭火，包括以下具体步骤：

（1）在防护区间单元内氮气管网灭火子系统（2）处于防护状态，此时自动控制在“自动”位置，区间内已设有智能型感温、光纤感温、红外感温、感光、感烟或其它类型探测器，对应分两个独立报警信号系统，当火情出现且系统发出报警信号后，该防护区间内警铃（1-6）将动作，若两个独立报警信号同时发生，该保护区间内外蜂鸣器及闪灯将动作，发出声光报警；

（2）地下综合管廊电源、空调、新风设备、供电盒照明和防火阀等供电自动切断，经过0-30s延时，消防系统控制盘启动对应保护区间内氮气钢瓶组上释放阀电磁启动器、区域选择阀和容器阀，使氮气沿管道和喷头输运到指定保护区间释放灭火；

（3）管网上压力开关将灭火介质已释放信号送回消防主控制盘，保护区间门外蜂鸣器及闪灯在灭火期间一直工作，警告所有人员禁止进入保护区域，直至确认火灾已经扑灭。

（4）若火情发生后，消防控制盘只能启动警铃、蜂鸣器和闪灯但未启动保护区间氮气钢瓶释放阀电磁启动器、区域选择阀和容器阀，在确认保护区间内确有火灾发生且所有人员均已疏散后，即可通过保护区间门外电气式手动启动器直接启动该保护区间氮气钢瓶释放阀电磁启动器和容器阀，从而启动整个气体灭火系统，在当次灭火工作结束后，离开防护区间之前应将系统恢复至自动控制状态；

（5）若系统发出火灾警报，在延迟时间内确认未发生火情，或虽有火情但已被扑灭，不需启动灭火系统进行灭火时，可按下手动控制盒内或火灾自动报警灭火控制器上紧急停止按钮，即可阻止控制器发出灭火指令，终止系统灭火程序。

10.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，其特征是所述氮气管网灭火子系统（2）包括耦合单元独立子系统和组合分配子系统两种形式；

其中所述耦合单元独立子系统的工作方法包括以下步骤：

1）气体灭火控制盘（2-27a）在接收到感温和感烟两个独立报警信号后，声光报警器（1-3）自动报警；

2）气体灭火控制盘（2-27a）经过0-30s延迟，发出电信号驱动灭火剂主钢瓶（2-1）；

3）主钢瓶（2-1）气动启动附属钢瓶并驱动管网上压力开关（2-20），压力开关（2-20）反馈信号给气体灭火控制盘（2-27a）；

所述组合分配子系统的工作方法包括以下步骤：

1）气体灭火控制盘（2-27a）在接收到感温和感烟两个独立报警信号后，声光报警器（1-3）自动报警；

2）气体灭火控制盘（2-27a）经过0-30s延迟，发出电信号驱动灭火剂主钢瓶（2-1）；

3）启动瓶气动启动相应防护区间选择阀（2-18），选择阀（2-18）完全打开后，启动气体通过气动管路启动相应灭火剂钢瓶，灭火气体经过选择阀（2-18）输送到防护区间喷放灭火，并驱动管网上压力开关（2-20），将信号反馈给气体灭火控制盘（2-27a）。

技术总结
本发明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
受保护的技术使用者：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
技术研发日：2021.01.21
技术公布日：2021.07.23