摘要:對電伴熱的設(shè)計理念、施工工藝和費用計算等方面進行了闡述，并分別與排空防凍、循環(huán)放水、充注防凍液三種保溫方案進行經(jīng)濟分析和技術(shù)比較，最終得出電伴熱保溫系統(tǒng)是現(xiàn)階段公路隧道最為可行實用的消防管道保溫措施。

    關(guān)鍵詞:水消防，管道保溫，電伴熱系統(tǒng)

    中圖分類號:U453文獻標識碼:A

    1 問題的提出

    公路等級的提高使得道路隧道的建設(shè)規(guī)模和技術(shù)難度隨之加大。在我國廣大的北方地區(qū)，冬季環(huán)境溫度常常處在冰點之下，甚至低于 －30℃，因此需要對公路隧道內(nèi)較長時間處于相對靜止狀態(tài)的消防管道內(nèi)的水進行防凍處理，以防止因出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象而使消防系統(tǒng)陷于癱瘓。長期以來，冬季北方 地區(qū)隧道消防管道的保溫防凍是一大難題(見圖1)，電伴熱系統(tǒng)較好地解決了這一難題。

2 電伴熱保溫

    2．1電伴熱保溫介紹

    電伴熱系統(tǒng)是將電熱帶直接纏繞消防管道來補充熱損失，沿自身長度范圍調(diào)節(jié)管道系統(tǒng)每一個控制點的水溫，使水溫維持在要求的溫度范 圍，從而達到防止管道結(jié)冰的目的。管道電伴熱系統(tǒng)由發(fā)熱電纜供電電源系統(tǒng)、管道防冰凍電纜加熱系統(tǒng)和管道電2λlnD+α。溫達到上限時，電纜自動停止熱 輸出;反之，水溫降到下限時，電纜自動啟動熱輸出。通過伴熱電纜控制箱內(nèi)的空氣開關(guān)與交流電流越限報警隔離變速器，及時切斷與接通電源，以達到加熱防凍目 的。電熱帶在消防管道上系統(tǒng)安裝示意圖見圖2。

2．2電伴熱保溫計算

    金屬管道保溫絕熱層厚度δ計算公式:

    保溫絕熱層熱量損失Q計算公式: 

    其中，δ為絕緣層厚度，m;D2為絕緣層外徑，m;D1為管道外徑，m;T0為介質(zhì)溫度，取10℃;Ta為環(huán)境溫度，取極限平均最低溫度(取山西省最冷地 區(qū)大同的極限平均最低溫度－25．1℃);Q伴熱智能控制報警系統(tǒng)三部分組成。每根伴熱電纜單元包括溫為絕緣層熱量損失，W/m2;q為絕緣層熱量損 失，W/m;α為絕緣控器、溫度傳感器、空氣開關(guān)、交流越限報警隔離變速器、伴熱電纜斷路監(jiān)測器、工作狀態(tài)顯示器、故障蜂鳴報警器及變壓器等電路，以便觀察、控制與調(diào)節(jié)電伴熱工作情況。工作狀況下，溫度傳層外表面向周圍環(huán)境的放熱系數(shù)，W/(m2·℃)，取11．63W/(m2·℃)。常用高速公路隧道消防系統(tǒng)高位水池有300m³和500m³兩種規(guī)格，消防管網(wǎng)的管徑有DN150和DN200感器安置在被加熱的消防管道上，可隨時測量出其溫度。溫控器兩種。當D1=0．159m(DN150)時，保溫層厚度分別取0．02m，根據(jù)事先設(shè)定好的溫度，與溫度傳感器測出的溫度比較，當管道水0.04m，0．06m，0．08m下，熱量損失耗電量匯總見表1。

 

    當D1=0．219m(DN200)時，保溫層厚度分別取0．02m，0．04m，0．06m，0．08m下，熱量損失耗電量匯總見表2。

    電伴熱初期的安裝費大約25萬元，加上后期維修費用和年運行費用，電伴熱所需的投資費用是很高的。

    3 電伴熱和其他保溫方案的比較

    3．1電伴熱與排空防凍的比較

    排空防凍(干式消火栓系統(tǒng))的主要特點是隧道消防管道內(nèi)是空置的，管路內(nèi)無水。如果突然發(fā)生火災，隧道火災報警系統(tǒng)接到報警信號，開啟快速排氣閥和電動啟閉閥，將管道內(nèi)空氣迅速排除，啟動水泵將管道內(nèi)充滿水，水流從消火栓中流出，管道在短時間內(nèi)由干式系統(tǒng)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闈袷较到y(tǒng)，在消火栓口接出水龍帶和水槍達到滅火的目的。針對不同的季節(jié)，排空防凍需要進行充放水維護管理。與電伴熱保溫相比，排空防凍具有無需保溫、沒有漏水的優(yōu)點，但是存在著需要一定的充水時間，使用消火栓的時間滯后于濕式系統(tǒng)，排氣閥有可能堵塞，不能有效排除管道的空氣等缺點。

    干式消火栓需要充水時間計算:

    取管道內(nèi)流體的最大流速Vmax=2m/s，假如供水點離火災發(fā)生點距離為1km，消防用水到達火災發(fā)生點所需最短時間: 

 

    3．2電伴熱與循環(huán)放水保溫的比較

    循環(huán)放水保溫是利用地下水較高的熱容量，通過對管道充入地下水，管道內(nèi)的水如果降溫接近5℃，然后將之排入滲井，再補充進新的地下 水，使水流動循環(huán)起來，這種水不停地充入排出保證管道內(nèi)的水溫在5℃以上，對管道進行保溫的方法即循環(huán)放水保溫。如果地下水水溫按照10℃考慮，每米 DN150管道的水量為17．671L，每米DN150管道放出的熱量是:Q1=CMΔT= 4．12kJ/(kg·℃)×17．671×10－3m³×1000kg/m³×(10－5)℃=364．023kJ。按保溫層厚度為60mm考慮，每米DN150保溫絕熱層的熱量損失為51．509kJ/h，所需時間分別為

 

    這樣DN150管道每千米每天交換的水量為17．671L×1000m×24h÷7．067h=60．012m³。同理可得每米管道水量為31．416L，放出的熱量是647．170kJ，根據(jù)每米保溫絕熱層的熱量損失為66．133kJ/h，計算所需時間為t2=9．786h，DN200管道每千米每天交換的水量為77．047m³。

    用60mm厚的聚氨酯保溫層保溫，每千米DN150的消防管，每天放掉管網(wǎng)60．012m3水;每千米DN200的消防管，每天放掉管網(wǎng)77．047m3水，隧道消防管內(nèi)的水就不會凍。根據(jù)不同地區(qū)地下水溫的不同，換水量及充水時間有相應的變化。

    防水保溫方案比電伴熱保溫節(jié)省很多電能，但是此保溫方案適用于地下水資源充足、水溫大于10℃的地區(qū)，它是打井取水，然后將溫度降下來的水排滲到地下，水資源可以循環(huán)利用。

    3．3電伴熱與充注防凍液的比較

    充注防凍液防凍是在消防管網(wǎng)內(nèi)用防凍液作為循環(huán)介質(zhì)，從而達到防凍的目的。具體過程是用防凍液充滿隧道內(nèi)消防管網(wǎng)，火災發(fā)生防凍液 噴出后，隨即噴出蓄水池內(nèi)的水，防凍液規(guī)格和質(zhì)量不同防凍效果也會有所不同。防凍液與水一樣，具有比熱大、蒸發(fā)潛熱量高的優(yōu)點，該防凍方案免除了絕熱保溫 和電伴熱的初投資費及運行費，而且防凍液具有不結(jié)垢的特點，能避免系統(tǒng)管道產(chǎn)生大量水垢。選擇的防凍液應具有防凍性、阻燃性 和不以上隧道是按1km考慮，在實際工程中也有10多千米的特長隧道，供水時間就得1h以上;并且有可能管路堵塞，必須通過隧道中間聯(lián)通管進行供水，供水 距離加大，時間會相應的增加。這樣在十分緊急的火災情況下，消防水在短時間之內(nèi)供不過來，錯過最佳救援時間，火勢也得不到控制，所以當隧道長度超過2km 時，不適合使用排空防凍保溫方案。燃性、防銹性、不結(jié)垢性、化學性質(zhì)穩(wěn)定的特點。亞硝酸鹽不易燃可用于消防系統(tǒng)。每千米DN150管道需填充防凍液的體積 為17．7m³，DN200管道需填充防凍液的體積為31．4m³，防凍液費用31．4m³×1．1t/m³×5000 元/t=17．27萬元，另外，考慮防凍液膨脹和收縮面須吸納和補充防凍液的裝置費30萬元。選擇防凍液應為長效防凍液，充注防凍液防凍與電伴熱防凍相比 總費用差不多，但是在設(shè)計噴灑管頭部時，應考慮在消防過程中存在防凍液向消防水的轉(zhuǎn)換，兩者的密度不同會對噴灑面積有影響。另外，需要解決在升溫時吸納防 凍液的膨脹量、降溫時填補防凍液的收縮量，這在技術(shù)上有些難度。 

    4結(jié)語

    本文對電伴熱、排空防凍、循環(huán)放水保溫、充注防凍液等四種嚴寒地區(qū)水消防管道保溫方案進行了詳細論述，并在系統(tǒng)構(gòu)成、保溫效果、滅 火效率、工程造價、運營費用、維護難度、適用范圍等方面對各方案的優(yōu)缺點進行了深入的技術(shù)比較，最終得出電伴熱保溫系統(tǒng)是現(xiàn)階段公路隧道最為可行實用的消 防管道保溫措施。