一种采用氮气进行安全保护的城市地下综合管廊系统的制作方法

本发明涉及一种采用氮气进行安全保护的城市地下综合管廊系统。
背景技术：
：城市地下综合管廊包括电舱、水热舱、污水舱、燃气舱几种，其中电舱中敷设有大量电缆，会发生电气火灾，燃气舱中敷设有天然气管道，一旦天然气泄漏会发生爆炸事故，因而电舱和燃气舱的危险性较大，应采取一定的保护措施。电舱目前主要采用热气溶胶或超细干粉灭火方式，燃气舱则还没有抑制天然气爆炸的措施。热气溶胶或超细干粉均为化学合成药剂，价格昂贵，且有使用有效期，超过药剂有效期后需要更换新药剂，购买新药剂又要支出费用。同时热气溶胶或超细干粉喷放后会污染环境，不够清洁、环保。技术实现要素：为了使综合管廊的灭火方式能够达到清洁、环保、安全、高效、经济。本发明提供了一种采用氮气进行安全保护的城市地下综合管廊系统，该采用氮气进行安全保护的城市地下综合管廊系统同时具有电舱灭火及天然气舱抑爆两种功能，相比热气溶胶及超细干粉灭火系统具有投资低、灭火剂可永久储存不失效不需要更换的优势，相比co2灭火系统具有投资低、对人安全性高的优势、极具前景。本发明解决其技术问题所采用的技术发明是：一种采用氮气进行安全保护的城市地下综合管廊系统，包括依次连接的氮气供气装置、氮气输送管道和地下综合管廊，氮气输送管道上设有氮气控制阀门，氮气输送管道能够将氮气供气装置内的氮气输送至地下综合管廊内。地下综合管廊含有电舱和燃气舱，氮气输送管道与电舱和燃气舱连接，氮气输送管道能够将氮气供气装置内的氮气输送至地下综合管廊的电舱和燃气舱内。氮气供气装置含有储气瓶供气系统、制氮机组供气系统和液氮储罐供气系统中的一种或多种。所述储气瓶供气系统含有氮气钢瓶和气瓶集装格，该氮气钢瓶设置于气瓶集装格内。所述制氮机组供气系统含有依次连接的制氮机组、增压机和氮气储气罐。所述液氮储罐供气系统含有依次连接的液氮储罐、液氮泵、空温式气化器及氮气储气罐。氮气输送管道含有依次连接的氮气输送主管道、电舱氮气输送分支管道和燃气舱氮气输送分支管道，沿地下综合管廊的长度方向，地下综合管廊含有多个防护分区，电舱氮气输送分支管道与所述防护分区内的电舱一一对应连接，燃气舱氮气输送分支管道与所述防护分区内的燃气舱一一对应连接。所述氮气控制阀门设置于电舱氮气输送分支管道和燃气舱氮气输送分支管道上，所述氮气控制阀门含有截止阀及气动切断阀，截止阀及气动切断阀，截止阀为常开状态，气动切断阀为常闭状态。所述采用氮气进行安全保护的城市地下综合管廊系统还包括控制单元和第一检测单元，该第一检测单元设置于电舱内，气动切断阀与该控制单元连接，该第一检测单元与该控制单元连接，当该第一检测单元检测到电舱内有火情时，该控制单元在延时30秒后给电舱氮气输送分支管道上的气动切断阀发出开启信号，电舱氮气输送分支管道上的气动切断阀将开启并使电舱氮气输送分支管道喷放氮气60秒。所述采用氮气进行安全保护的城市地下综合管廊系统还包括控制单元和第二检测单元，该第二检测单元设置于燃气舱内，气动切断阀与该控制单元连接，该第二检测单元与该控制单元连接，当该第二检测单元检测到燃气舱内有天然气且该天然气的浓度上升至爆炸下限值的20％后，该控制单元启动燃气舱内的通风机；当该第二检测单元检测到燃气舱内有天然气且该天然气的浓度上升至爆炸下限值的80％后，该控制单元给燃气舱氮气输送分支管道上的气动切断阀发出开启信号，燃气舱氮气输送分支管道上的气动切断阀将开启并使燃气舱氮气输送分支管道持续喷放氮气。本发明的有益效果是：1、具有清洁、环保、安全、高效、经济五个特点，优于目前采用的化学药剂灭火方式；2、可有效抑制燃气舱内天然气爆炸，填补了燃气舱抑爆方法的空白。3、将氮气应用在城市地下综合管廊安全保护中，氮气既能灭火又能抑爆，具有双重功能。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。图1是本发明所述采用氮气进行安全保护的城市地下综合管廊系统的俯视结构示意图。图2是本发明所述采用氮气进行安全保护的城市地下综合管廊系统的断面结构示意图。图3是氮气对甲烷爆炸极限的影响示意图。10、氮气供气装置；20、氮气输送管道；30、地下综合管廊；11、储气瓶供气系统；12、制氮机组供气系统；13、液氮储罐供气系统；21、氮气输送主管道；22、电舱氮气输送分支管道；23、燃气舱氮气输送分支管道；24、气动切断阀；25、截止阀；31、电舱；32、燃气舱。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。一种采用氮气进行安全保护的城市地下综合管廊系统，包括依次连接的氮气供气装置10、氮气输送管道20和地下综合管廊30，氮气输送管道20上设有氮气控制阀门，氮气输送管道20能够将氮气供气装置10内的氮气输送至地下综合管廊30内，如图1和图2所示。在本实施例中，地下综合管廊30含有电舱31和燃气舱32，电舱31内设有电缆，燃气舱32内设有燃气管道，氮气输送管道20与电舱31和燃气舱32连接，氮气输送管道20能够将氮气供气装置10内的氮气输送至地下综合管廊30的电舱31和燃气舱32内，以实现灭火和抑爆功能。在本实施例中，氮气供气装置10含有储气瓶供气系统11、制氮机组供气系统12和液氮储罐供气系统13中的一种或多种。所述储气瓶供气系统11含有氮气钢瓶和气瓶集装格，该氮气钢瓶设置于气瓶集装格内。所述制氮机组供气系统12含有依次连接的制氮机组、增压机和氮气储气罐。所述液氮储罐供气系统13含有依次连接的液氮储罐、液氮泵、空温式气化器及氮气储气罐。在本实施例中，氮气输送管道20含有依次连接的氮气输送主管道21、电舱氮气输送分支管道22和燃气舱氮气输送分支管道23，沿地下综合管廊30的长度方向，即图1中的上下方向，地下综合管廊30含有多个防护分区，电舱氮气输送分支管道22与所述防护分区内的电舱31一一对应连接，燃气舱氮气输送分支管道23与所述防护分区内的燃气舱32一一对应连接。在本实施例中，所述氮气控制阀门设置于电舱氮气输送分支管道22和燃气舱氮气输送分支管道23上，所述氮气控制阀门含有截止阀25及气动切断阀24，截止阀25及气动切断阀24，截止阀25为常开状态，气动切断阀24为常闭状态。氮气灭火性能及优势说明：氮气灭火系统的灭火性能主要取决于纯氮气的惰性。随着纯氮气的淹没过程，保护气内的氧气不断减少。火焰的氧气供给被切断，从而导致燃烧率和火焰底部温度的降低。当温度下降到500℃以下时，火焰被扑灭。当空气中氧气的浓度降到15％以下时，燃烧将不能继续。氮气灭火系统就是将空气中的氧气浓度降到12.5％左右来进行灭火。氧气浓度12.5％相当于人在海拔5000米的地方呼吸，经证明，如果处在这种环境中的时间不超过60分钟的话，对人体是没有不良影响的。正常情况下氧气占空气中的比例是21％，氮气是78％，其它占1％。氮气系统释放后，氧气占比约为12.5％，氮气占比约86.5％，其它占1％。在这种比例关系下，氮气的密度和空气的密度大体相当，因此在灭火后氮气可均匀滞留在灭火区域，因而灭火效果好，同时因为采用单组分灭火剂，不会产生分离，从而保持足够长的灭火浸渍时间。氮气来自空气，实施灭火喷放后又回归大气中，对环境无任何影响，是清洁环保，节约能源的优良灭火剂。其具体指标有：氮气对臭氧层损耗潜能值(odp)为0，产生地球的温室效应潜能值(gwp)同样为0。氮气作为灭火剂，并非合成品，其从空气中可直接提取出来，充装成本很低，并且没有合成气体中可能存在的化学试剂残渣，安全可靠。到目前为止，灭火性能最好的是co2，其次是氮气。但co2本身具有毒性，co2浓度达到3％时，即对人体有轻微的头痛影响，达到5％时人必须离开，达到10％时会使人迅速丧失意志，达到30％时会使人在数秒内死亡。而氮气没有毒性，只要合理控制灭火浓度，安全性是非常高的。另外氮气系统在释放后不会产生雾，而co2在急速喷放后遇到高温的火会产生白雾阻挡室内人员逃生的视线，减缓室内工作人员及时逃离火灾现场的速度，大大降低了人员的安全性。总之，氮气用于城市地下综合管廊灭火具有清洁、环保、安全、高效、经济五个优点，具有化学合成灭火剂及二氧化碳灭火剂不具备的优势。地下管廊电舱灭火系统氮气用量计算：现以某地城市地下管廊为例进行氮气灭火计算。计算公式来自cecs312-2012《惰性气体灭火系统技术规程》中第3章系统设计及db13(j)-t143-2012《储罐式氮气灭火系统技术规程》第4章系统设计。这两个规程中的氮气灭火剂用量计算公式是相同的。该地某条路地下管廊电舱共分为4个防火分区。地下管廊电舱氮气灭火系统按照组合分配系统设计，一个组合分配系统最多可以保护8个防护区。组合分配灭火系统氮气储量按照体积最大的一个防火分区的储量来确定。4个防火分区中体积最大的一个防火分区体积为1656m3(180m×2.3m×4m)。电舱最小设计灭火浓度取41.5％，计算出氮气灭火剂用量为1186kg，折合标准状况下氮气体积量为948nm3。氮气灭火系统几种氮气储存方式比较：1、钢瓶组储气供气系统一个40升氮气钢瓶储气量为6nm3(氮气瓶内氮气压力为15mpa)，共需要40升氮气钢瓶共158瓶。氮气储存采用气瓶集装格的型式。每个氮气钢瓶集装格储存20个钢瓶，共设8组氮气钢瓶集装格，贴邻布置，氮气钢瓶共计160个。气瓶集装格组的上面设一个防雨棚，四周设一圈钢结构围栏，围栏一面设双开门。8组氮气钢瓶集装格中的氮气经过减压器减压至约0.8mpa后接入一根dn150氮气主管道。钢瓶组储气供气系统设备价格估算详见表1。表1钢瓶组储气供气系统设备价格估算表系统主要设备设备价格，万元1氮气钢瓶6.42氮气钢瓶集装格2.4合计8.8充装一个40升氮气钢瓶(储气量为6nm3)费用为15元，160瓶充装费用共2400元。2、制氮机组供气系统制氮机组方式供气系统由制氮机组、增压机、氮气储气罐组成，采用变压吸附制氮方式，变压吸附装置送出的氮气压力约为0.6mpa，再经过增压机加压至3.0mpa后进入氮气储气罐，储气罐水容积为50m3，采用立式罐或卧式罐。(立式罐占地面积小，但高度较高可能会影响城市美观，卧式罐占地面积较大)选用一套制氮能力为100nm3/h的小型变压吸附制氮机组，机组连续运行10小时可将50m3氮气罐充满气，之后制氮机组及增压机均停机。氮气罐出口管道上设有自力式氮气调压阀，保证氮气使用时调压阀后氮气压力稳定在0.8mpa。平时制氮机组处于停机状态，只有到氮气罐中的氮气全部用完后制氮机组再重新工作。为保护制氮机组及增压机，延长其使用寿命，需要将制氮机组及增压机布置在室内，因此需要建设一个封闭式房间。氮气储气罐可以露天布置。制氮机组供气系统设备价格估算详见表2。表2制氮机组供气系统设备价格估算表系统主要设备设备价格，万元1制氮机组152增压机153氮气储气罐20合计50变压吸附制氮的原料气为空气，原料气费用为零。3、液氮储罐供气系统液氮储罐供气系统由液氮储罐、液氮泵、空温式气化器及氮气储气罐组成。选用一个容积2m3的液氮储罐，储罐内的液氮气化后可以产生约1000nm3的氮气。液氮经过液氮泵加压至3.0mpa后进入空温式气化器，液氮气化为氮气后进入水容积为50m3的氮气储气罐储存。氮气罐出口管道上设有自力式氮气调压阀，保证氮气使用时调压阀后氮气压力稳定在0.8mpa。平时液氮泵不工作，当氮气罐中的氮气全部用完后，再通过槽车向液氮储罐内加入液氮，之后液氮泵再重新工作，向氮气罐内储气。为防止液氮储罐内的的液氮自然蒸发，当氮气罐内储满气时，液氮储罐可以是空的。液氮储罐、液氮泵、空温式气化器及氮气储气罐均可以露天布置，不需要建房间。液氮储罐供气系统设备价格估算详见表3。表3液氮储罐供气系统设备价格估算表系统主要设备设备价格，万元1液氮储罐22液氮泵23空温式气化器34氮气储气罐20合计27充装2m3液氮费用约1200元。4、氮气灭火系统输送及喷放控制过程说明：通过以上三种方式产出的氮气均通过一根dn150主管道接入地下管廊电舱内，在每个防护区内从氮气主管道上接出一根氮气分支管道，分支管道起点处设一个截止阀及一个气动切断阀。截止阀平时是常开状态，气动切断阀常闭。当某一个电舱内的火灾报警系统检测到火情后发出灭火指令信号给灭火控制盘，延时30秒后，灭火控制盘发出喷放信号打开气动切断阀，气动切断阀打开喷放氮气灭火，氮气喷放时间为60秒。氮气灭火系统三种供气系统比较：三种氮气供气系统比较详见表4。表4三种氮气供气系统比较灭火方式比较：目前地下管廊电舱主要采用热气溶胶和超细干粉两种自动灭火方式，还未采用过氮气及二氧化碳灭火方式，现将四种灭火方式的投资做了比较，详见表5。表5三种灭火方式比较表从上表比较可以看出，氮气灭火系统投资低，且为一次性投资，不需要更换药剂。一旦发生火情，再次充装氮气费用也非常低。氮气抑爆系统说明：氮气除了可以用于电舱灭火外，还可以用于天然气舱抑爆。氮气抑爆性能说明及抑爆氮气用量计算：地下综合管廊天然气舱内发生天然气泄漏后，仅依靠通风机通风换气并不能将舱内的天然气含量控制在爆炸下限以下，一旦舱内的天然气含量高于爆炸下限，就有了发生爆炸的可能性，后果很严重。因此，仅仅依靠通风系统并不能抑爆，而作为惰性气体的氮气具有抑爆性能。天然气中甲烷含量占90％以上。甲烷在空气中的爆炸下限为5％，爆炸上限为15％。而作为惰性气体的氮气含量对甲烷-空气体系的爆炸特性有着非常大的影响。随着混合气体中氮气组分增多，爆炸上限明显下降，爆炸下限缓慢上升，爆炸极限范围明显变窄，爆炸风险显著降低。当氮气含量增加到一定值后，爆炸上限和爆炸下限就会相交于一点。此后继续增加氮气的含量，则无论混合气体中甲烷体积分数怎样改变都不会发生爆炸。因此只要向空气中注入足够多的氮气达到氮气抑制甲烷爆炸的最小惰化浓度后，地下管廊天然气舱内泄漏入再多的天然气也不会发生爆炸，如图3所示。抑爆氮气用量计算：根据《储罐式氮气灭火系统技术规程》中的规定，氮气抑制甲烷爆炸的最小惰化浓度为47.3％。上述某地天然气舱防火分区中体积最大的一个防火分区体积为1296m3(180m×1.8m×4m)。计算出抑制天然气爆炸的氮气用量为1109kg，折合标准状况下氮气体积量为887nm3。由于氮气既可以灭火又可以抑爆，因此可以将灭火用氮气系统和抑爆用氮气系统合二为一，只建一套氮气供气系统，氮气储气量取两者的较大值，在电舱发生火灾时氮气用于灭火，在天然气舱发生天然气泄漏时氮气用于抑制天然气爆炸。氮气灭火系统输送及喷放控制过程说明：储气系统排放出的氮气通过一根主管道接入地下管廊天然气舱内，在每个天然气舱防火分区内从氮气主管道上接出一根氮气分支管道，分支管道起点处设一个截止阀及一个气动切断阀。截止阀平时是常开状态，气动切断阀常闭。当天然气舱某一个防火分区内的可燃气体探测系统检测到有天然气后发出报警信号，当天然气浓度上升至其爆炸下限值(体积分数)的20％后启动天然气舱内通风机进行通风换气，当天然气浓度上升至其爆炸下限值(体积分数)的80％后停通风机，之后控制系统发出喷放信号打开天然气舱防火分区内的气动切断阀，向天然气舱内喷放氮气。以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。当前第1页12