苏州城北路综合管廊通风系统 1 概况 苏州城北路综合管廊标准段(断面见图1,图中尺寸单位为mm)长4 km,包括电力电缆舱(敷设高、低压电缆)、水信舱(敷设给水管道、通信电缆,预留中水管道管位)、蒸汽管道舱、燃气管道舱。管廊顶部覆土2.5 m。各舱室防火分区参数见表1。 2 综合管廊通风的必要性
苏州城北路综合管廊通风系统
1 概况
苏州城北路综合管廊标准段(断面见图1,图中尺寸单位为mm)长4 km,包括电力电缆舱(敷设高、低压电缆)、水信舱(敷设给水管道、通信电缆,预留中水管道管位)、蒸汽管道舱、燃气管道舱。管廊顶部覆土2.5 m。各舱室防火分区参数见表1。
2 综合管廊通风的必要性
为了保证管廊内各种市政管线在适宜的环境中正常运行,保证进入管廊巡视的维护人员在卫生安全的环境中工作,需要适时对管廊进行通风换气,以排除其内部废气余热。当管廊内部发生火灾,通风系统协助控制火灾蔓延。火熄灭后,通风系统及时排除烟气。因此地下综合管廊设置通风系统是必要的,通风系统可以兼作排烟系统。
3 通风方式
GB 50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》第7.2.1条规定,“综合管廊宜采用自然进风和机械排风相结合的通风方式。天然气管道舱和含有污水管道的舱室应采用机械进、排风的通风方式。”根据该条规定,燃气管道舱采用机械进风、机械排风方式,其他舱室采用自然进风、机械排风方式。
4 通风系统组成
管廊的每个舱室设置防火分区,每个防火分区设置独立的通风系统。各通风系统包括通风孔、风道、风机(或风机箱)、防火阀。
5 各舱室每个防火分区的通风量确定
5.1 蒸汽管道舱通风量确定
①蒸汽管道散热损失计算
蒸汽管道以架空方式敷设在管廊内,假设管道保温层为单层,则蒸汽管道散热损失[1]计算公式为:
②排除余热所需的通风量计算
每个防火分区排除余热所需的通风量计算公式为[2]:
如果考虑舱室内的部分热量通过舱壁和底板传递给土壤,通风量可以减少。则考虑土壤传热后的每个防火分区排除余热所需通风量计算公式[2]为:
通过公式(2)计算得到的通风量较大,蒸汽管道的热量损失全部由通风系统排除。公式(3)考虑蒸汽管道舱侧壁和底板向土壤传热,排除舱内余热的通风量相应减少。
③本工程蒸汽管道舱的通风量计算结果
根据当地供热部门提供的资料:蒸汽管道运行压力为1.3 MPa,运行温度为230 ℃,工作钢管公称管径为350 mm,壁厚为8 mm。保温材料为玻璃棉,厚度为140 mm。则D0=377 mm,D=657 mm。玻璃棉热导率为0.047 W/(m·K),表面传热系数为11.63 W/(m2·K)。管廊夏季环境温度为35.5 ℃,进风温度为31.3 ℃,排风温度为40 ℃。蒸汽管道舱每个防火分区与土壤的接触面积为1 600 m2,即管廊侧壁和底板向土壤的传热面积为1 600 m2。管廊侧壁和底板接触的土壤温度最高为20.5 ℃, 因此管廊和土壤的温差为15 ℃。
将上述相关参数代入公式(1)~(2),计算得到蒸汽管道散热损失为50.2 W/m2,蒸汽管道舱每个防火分区的通风量为13 122 m3/h,此风量对应蒸汽管道舱通风换气次数为8.2次/h。
将上述相关参数代入公式(1)、(3)和(4),得到蒸汽管道舱每个防火分区向土壤散热的热流量为6 480 W,考虑蒸汽管道舱每个防火分区向土壤传热后得到的通风量为11 069 m3/h,此风量对应蒸汽管道舱通风换气次数为6.9次/h。
综合考虑工程造价、运行费用等因素,蒸汽管道舱每个防火分区通风量选用11 069 m3/h。此风量对应的换气次数满足GB 50838—2015第7.2.2条的规定。
5.2 水信舱通风量确定
水信舱通风量根据舱室断面尺寸、防火分区长度、事故通风换气次数(6次/h)确定。计算得水信舱每个防火分区的最大通风量为27 216 m3/h。
5.3 燃气管道舱通风量确定
燃气管道舱通风量根据舱室断面尺寸、防火分区长度、事故通风换气次数(12次/h)确定。计算得燃气管道舱每个防火分区的最大通风量为9 576 m3/h。
5.4 电力电缆舱通风量确定
①电力电缆舱散热量
根据当地电力部门资料,得知本工程电力电缆舱每个防火分区的电力电缆散热热流量为56 000 W。
②排除余热所需通风量计算
电力电缆舱每个防火分区的全面通风量计算公式[2]:
根据式(5)(式(5)中其他参数值同蒸汽管道舱)计算得到电力电缆舱每个防火分区的全面通风量为17 744 m3/h,此风量对应电力电缆舱通风换气次数为9次/h。
考虑舱室侧壁和底板向土壤传热(计算方法同蒸汽管道舱),电力电缆舱每个防火分区的通风量为15 473 m3/h,此风量对应电力电缆舱通风换气次数为8次/h。
综合考虑工程造价、运行费用等因素,电力电缆舱每个防火分区的通风量选用15 473 m3/h。此风量对应换气次数满足GB 50838—2015第7.2.2条的规定。
6 风机的选择与安装
①风机的选择
各舱室每个防火分区的风机选择见表2。
表2 各舱室每个防火分区的风机选择
②风机安装
以水信舱、燃气管道舱的通风孔剖面为例,管廊轴流风机、风机箱的安装分别见图2、3。
7 通风口面积计算
根据舱室每个防火分区的通风量及规范要求的最大允许风速,计算得到各舱室的最小通风口面积,见表3。
8 通风系统方面的其他注意事项
①当管廊内部发生火灾时,采用隔氧灭火控制火灾蔓延,为此通过电动方式关闭通风口处的防火阀。待火熄灭,通过电动方式开启防火阀、风机(箱)排烟。
②燃气管道舱选用防爆型风机箱、防火阀。
③通风系统兼顾排烟,风机选择耐高温消防风机,可以选择双速风机。
9 综合管廊通风系统运行
综合管廊内每个舱室设置温度、湿度、含氧量等检测装置,燃气管道舱还要设置燃气泄漏报警器,以便控制通风系统的运行。
GB 50838—2015第7.2.2条规定,“正常通风换气次数不应小于2次/h,事故通风换气次数不应小于6次/h;天然气管道舱正常通风换气次数不应小于6次/h,事故通风换气次数不应小于12次/h;舱室内天然气浓度大于其爆炸下限浓度值(体积分数)20%时,应启动事故段分区及其相邻分区的事故通风设备。”
①正常通风工况:按照GB 50838—2015第7.2.2条规定执行。
②巡视工况:为了安全考虑,巡视维护人员进入管廊前,应该保证管廊内温度、湿度、含氧量达到卫生标准。
③事故通风工况:当管廊内的检测装置报警时,开启相应通风区间的通风设备。
④发生火灾及灾后排烟工况:当管廊某个防火分区内发生火灾,自动关闭该防火分区和相连防火分区的防火阀和风机,相应防火分区处于密闭缺氧状态,以利于灭火。待确认火熄灭后,开启相应防火分区的防火阀和风机,进行排烟。
10 结论和建议
①结论
合理计算散热管线的热量损失,决定风机的选型和通风系统的造价及运行成本。
②建议
a.合理选择综合管廊内蒸汽管道的保温材料及厚度,控制蒸汽管道保温层外表面温度,减少蒸汽管道向管廊内的散热量,以便减小风机通风量,降低工程造价和运行费用。
b.蒸汽管道舱、电力电缆舱的余热尽量由通风机排出管廊,减少管廊向土壤的散热,以保持土壤温度平衡。