王寧 李國(guó)棟 穆博

摘要：通過(guò)對(duì)高寒地區(qū)的羊腸子溝壓氣站冬季地下消火栓實(shí)際可用率相對(duì)較低的原因進(jìn)行系統(tǒng)分析，驗(yàn)證了利用自制一體式保溫蓋及井壁全覆蓋的保溫方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)井口依次覆蓋毛氈—塑料布—井蓋的保溫措施，將羊腸子溝壓氣站內(nèi)部的冬季地下消火栓實(shí)際可用率由22%顯著提升至85%，并作為模板在高寒地區(qū)成功推廣。應(yīng)用該保溫措施有效解決了我國(guó)高原高寒地區(qū)消防系統(tǒng)保溫措施效果不佳的實(shí)際問(wèn)題，為冬季地下消火栓的實(shí)際可用率的有效提升提供了可供參考借鑒的成功典例。

關(guān)鍵詞：地下消火栓可用率；高原高寒環(huán)境；保溫措施；壓氣站

西北地區(qū)的輸油氣站場(chǎng)大多配套設(shè)置了以室外地下消火栓為主的固定消防系統(tǒng)，為石油天然氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)存及運(yùn)輸過(guò)程提供必要的安全保障。但由于我國(guó)西北地區(qū)大部分屬于高寒地區(qū)，冬季寒冷漫長(zhǎng)、晝夜溫差較大，而室外地下消火栓上部通常僅僅加裝消防井蓋，天氣寒冷時(shí)地下消火栓系統(tǒng)的供水管道和閥門等設(shè)施會(huì)存在凍結(jié)風(fēng)險(xiǎn)，且由于氣溫較低日常維護(hù)和應(yīng)急使用都相對(duì)較為困難[1]。冬季氣溫較低時(shí)，氣站場(chǎng)內(nèi)部一旦發(fā)生火災(zāi)事故，室外地下消火栓作為滅火的主要供水設(shè)施，往往因?yàn)閮鼋Y(jié)無(wú)法提供消防水源，導(dǎo)致最佳處置時(shí)機(jī)的延誤，最終造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡甚至爆炸事故的發(fā)生[2]。因此，我國(guó)西北地區(qū)石油天然氣站場(chǎng)在冬季中的消防安全往往存在著較大的隱患，室外地下消火栓的實(shí)際可用率亟需有效提升。

目前，我國(guó)室外地下消火栓通常分散設(shè)置在消防救援通道及單位內(nèi)部的重點(diǎn)場(chǎng)所周邊，是為消防車提供消防水源或者直接連接消防水槍實(shí)施火災(zāi)處置的重要消防設(shè)施。地下消火栓的完好率、正?？捎寐识贾苯雨P(guān)系到消防救援隊(duì)伍的滅火救災(zāi)工作能否順利實(shí)施，更直接影響到企業(yè)能否時(shí)刻保持安全穩(wěn)定生產(chǎn)的工作環(huán)境[3]。

1 課題研究的目的、內(nèi)容

1.1? 研究背景

羊腸子溝壓氣站位于我國(guó)青藏高原德令哈市及大柴旦鎮(zhèn)中間，平均海拔3452m，屬于典型的高海拔、高寒地區(qū)，現(xiàn)共有室外地下消火栓50處。站內(nèi)地下消火栓在冬季時(shí)由于閥門、消火栓凍結(jié)不出水的情況分別占比34.37%和53.13%。羊腸子溝壓氣站2016年至2018年冬季地下消火栓平均可用率僅為22%左右（如表1所示），而要保證企業(yè)冬季的正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)，企業(yè)內(nèi)部地下消火栓實(shí)際可用率至少需要達(dá)到85%。

1.2? 研究目的

基于羊腸子溝站室外地下消火栓在高海拔、高寒地區(qū)冬季可用率低的問(wèn)題，以站內(nèi)50個(gè)室外地下消火栓系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)造成羊腸子溝站內(nèi)室外地下消火栓冬季可用率低的原因進(jìn)行逐一分析并提出切實(shí)可行的適用性措施，有效提高了以上地區(qū)室外地下消火栓的冬季可用率，確保消防系統(tǒng)穩(wěn)定可用，企業(yè)內(nèi)部冬季消防安全工作得以正常開(kāi)展。

1.3? 研究?jī)?nèi)容

1.3.1? 原因分析

導(dǎo)致目前羊腸子溝站地下消火栓可用率較低的主要原因是以往使用的保溫材料可能存在老舊、破損的情況，保溫措施較為單一，不滿足低溫條件下地下消火栓的實(shí)際保溫需求；還有可能是由于保溫處理過(guò)程中所選用的保溫材料性能不佳，導(dǎo)致消防井內(nèi)部實(shí)際保溫效果不能滿足實(shí)際需要，再次，改造過(guò)程中施工人員.未能充分考慮到當(dāng)?shù)貎鐾翆拥膶?shí)際深度，導(dǎo)致消防井實(shí)際建設(shè)開(kāi)掘深度不足，消火栓離凍土層距離較近，導(dǎo)致消火栓內(nèi)部熱量由于溫度差較大而快速散失，最終導(dǎo)致凍結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生。

1.3.2? 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

針對(duì)以往的保溫材料可能存在老舊、破損的情況，且極易出現(xiàn)覆蓋面不全、保溫材料層厚不達(dá)標(biāo)，保溫措施較為單一的問(wèn)題。采用現(xiàn)場(chǎng)查看的方式定期檢查當(dāng)前消防井保溫材料的完好性；或者針對(duì)以上區(qū)域?qū)嵤?8h溫度測(cè)定驗(yàn)證。

針對(duì)選用的保溫材料保溫性能普遍較差，導(dǎo)致消防井內(nèi)部保溫效果無(wú)法得到有效保障的問(wèn)題。在實(shí)際改造過(guò)程中需要選擇導(dǎo)熱系數(shù)較小且符合石油天然氣化工生產(chǎn)管道輸送實(shí)際需要的氣凝膠等保溫材料。

針對(duì)未切實(shí)考慮當(dāng)?shù)氐膬鐾翆由疃龋瑢?dǎo)致消防井建設(shè)開(kāi)掘深度不足的現(xiàn)象，需要采用查詢凍土深度表和相應(yīng)的消防設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范，準(zhǔn)確測(cè)定消防井開(kāi)掘建設(shè)深度是否滿足地下消火栓的實(shí)際保溫需求。

2 研究過(guò)程

2.1? 消防井保溫材料完好性驗(yàn)證及48h溫度測(cè)定驗(yàn)證

選取5處深度及大小規(guī)格相同的消防井，查看保溫材料分布、厚度、覆蓋完好度等相關(guān)情況。通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)待測(cè)消防井井口處僅僅鋪設(shè)有保溫材料（毛氈—塑料布—消防井蓋），井壁內(nèi)部無(wú)任何保溫材料覆蓋，且保溫材料多層鋪裝，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生后井蓋無(wú)法迅速打開(kāi)，在火災(zāi)處置現(xiàn)場(chǎng)極有可能延誤最佳滅火時(shí)機(jī)。

針對(duì)目前常用的保溫措施，測(cè)試過(guò)程中分別在消防井井口和井底放入測(cè)溫儀，48h實(shí)時(shí)檢測(cè)內(nèi)部溫度。經(jīng)過(guò)48h溫度檢測(cè)曲線發(fā)現(xiàn)，消防井底1#檢測(cè)點(diǎn)位的最低溫度可以達(dá)到-3.4℃，井口2#檢測(cè)點(diǎn)位的最低溫度可以達(dá)到-6.6℃，進(jìn)一步證明目前普遍使用的毛氈—塑料布—消防井蓋的保溫方式實(shí)際起到的保溫作用極為有限。

2.2? 保溫材料的選擇驗(yàn)證

目前室外地下式消防井內(nèi)部使用較為普遍的保溫材料有：毛氈、玻璃絲綿、泡沫板、橡塑等[4]，如表2所示，塑料布材質(zhì)相對(duì)較薄且導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根本起不到有效的保溫作用，僅僅可以起到隔絕水汽進(jìn)入井內(nèi)的作用。通常北方寒冷地區(qū)的長(zhǎng)距離輸送管道井室內(nèi)部通常采用少量稻草作為填充物實(shí)現(xiàn)防凍效果，該方法可以在保持井室與外部有效通氣的同時(shí)，又不至于井室內(nèi)溫度下降太多。但由于天然氣介質(zhì)的特殊性，站內(nèi)禁止明火、易燃易爆材料的存在，因此消防井內(nèi)部只能優(yōu)先選用具有阻燃、防潮、保溫特點(diǎn)的玻璃絲綿、巖棉及橡塑等保溫材料。其中玻璃絲綿及橡塑導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低（略低于目前使用的毛氈）且保溫性能較好，可作為實(shí)驗(yàn)材料用以驗(yàn)證通過(guò)添加保溫材料的方式是否能夠顯著提高地下消火栓的實(shí)際可用率。

在羊腸子溝站內(nèi)選取兩個(gè)深度及大小規(guī)格相同的消防井，分別命名為1#井和2#井。在兩個(gè)待測(cè)消防井內(nèi)部分別采用橡塑和玻璃絲綿兩種保溫材料實(shí)施井內(nèi)保溫，并使用測(cè)溫儀48h不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)消防井井口和井底處的環(huán)境溫度。未更換保溫層及更換保溫層后1#和2#井口、井底部位的最低平均溫度如表3所示。

如表3所示，在不改變站內(nèi)保溫方式的情況下，通過(guò)對(duì)井口保溫材料進(jìn)行更換，消防井內(nèi)部溫度并未發(fā)生顯著提高，因此當(dāng)前所采用的保溫材料種類并不能有效提升地下消火栓的實(shí)際可用率。

2.3? 未將當(dāng)?shù)貎鐾翆雍穸茸鳛閷?shí)際參考

GB50015—2019 《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》提出消防給水管覆土深度不得小于土壤冰凍線以下0.3m的具體要求，并強(qiáng)調(diào)如室外消火栓的取水口設(shè)置在冰凍線以上時(shí)，必須采取合理的保溫措施，但該規(guī)范中未明確具體可供參考的保溫方法。

羊腸子溝位于德令哈市和大柴旦鎮(zhèn)中間的位置，通過(guò)查看全國(guó)凍土深度表得知，羊腸子溝站全年的凍土深度平均在1.84m左右。站內(nèi)人員隨機(jī)對(duì)站內(nèi)的5個(gè)消防井實(shí)地測(cè)量深度，發(fā)現(xiàn)站內(nèi)大部分消防井的深度基本滿足規(guī)范要求，且均對(duì)消防井采取了有效的保溫措施，表明本站消防設(shè)施能夠滿足消防設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求。

3 研究結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，選擇保溫材料的方式未能充分考慮到當(dāng)?shù)氐膬鐾翆由疃炔⒎菍?dǎo)致冬季消火栓可用率較低的首要因素，且該保溫措施實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中壓氣站內(nèi)部冬季地下消火栓可用率未出現(xiàn)顯著提升，因此，單一應(yīng)用該方法無(wú)法真正意義上解決壓氣站內(nèi)部較為棘手的消防隱患問(wèn)題。

4 改進(jìn)方案及驗(yàn)證

4.1? 改進(jìn)方案優(yōu)選

目前比較先進(jìn)的保溫方式有：①干式消防系統(tǒng)：管道內(nèi)平時(shí)處于無(wú)水狀態(tài)且管道內(nèi)部充滿壓縮氣體。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，噴淋系統(tǒng)首先排出氣體，隨后干式報(bào)警閥開(kāi)始動(dòng)作并迅速向管道內(nèi)充水，最終實(shí)現(xiàn)消防用水的有效供給。②在消防井內(nèi)壁加裝或涂刷保溫涂料，在井口處加裝保溫棉或保溫板。

通過(guò)經(jīng)濟(jì)性、可行性對(duì)比，最終選用方案②對(duì)羊腸子溝壓氣站冬季地下消火栓可用率相對(duì)較低的現(xiàn)實(shí)情況開(kāi)展有效治理。

4.2? 改進(jìn)方案驗(yàn)證

2019年9月，在羊腸子溝站內(nèi)找到兩個(gè)規(guī)格相同、深度相同的消防井，分別命名為1#井、2#井。其中，1#井仍然采用原先的保溫方式（毛氈+塑料布作為保溫層）。2#井在內(nèi)壁內(nèi)部加裝30cm厚的橡塑保溫層，并在井口處加裝圓柱狀保溫蓋。

在1#井、2#井內(nèi)部分別放入兩個(gè)測(cè)溫儀，分別測(cè)量1#井、2#井井口及井底部位的溫度。此外，測(cè)試過(guò)程中分別在井內(nèi)各放置一瓶容積為250ml的純凈水，測(cè)試過(guò)程中對(duì)瓶中水的凍結(jié)情況實(shí)施定期查看。隨后，分別采集保溫方案實(shí)施后，2019年10月—2020年3月時(shí)間段內(nèi)消防井內(nèi)部的各項(xiàng)溫度參數(shù)及井底水瓶的實(shí)際結(jié)冰情況，如表4所示。

經(jīng)過(guò)比對(duì)，2#井的保溫效果明顯優(yōu)于1#井，且2#井井底溫度始終保持在0℃以上。即使消防管線中充滿水，消防井中的消火栓、閥門也不會(huì)由于低溫而發(fā)生凍結(jié)事故，因此系統(tǒng)內(nèi)部不存在冬季消火栓不出水的情況，進(jìn)一步有效證明站內(nèi)消防系統(tǒng)可全年處于正常備用狀態(tài)。

4.3? 目標(biāo)值檢查

2021年4月1日至10日，小組成員采集了采取保溫措施前后2020全年的冬季站內(nèi)消火栓的完好可用數(shù)據(jù)，如表5所示，2020年羊腸子溝站冬季消火栓的可用率為85%。

5 結(jié)語(yǔ)

選取未采取保溫措施、未選用合適保溫材料、未考慮凍土層3個(gè)條件下的地下消火栓可用率進(jìn)行對(duì)比，分析驗(yàn)證了高寒地區(qū)羊腸子溝壓氣站冬季地下消火栓可用率相對(duì)較低的原因，并通過(guò)實(shí)際測(cè)試找到了能夠有效提升冬季地下消火栓可用率的自制一體式保溫蓋及井壁全覆蓋保溫方法。應(yīng)用該方法維護(hù)成本低、工程進(jìn)度快、安裝方法簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)2020年全年驗(yàn)證及目標(biāo)值檢查，成功將羊腸子溝壓氣站內(nèi)部的冬季地下消火栓可用率自22%顯著提升至85%。該成果目前已經(jīng)在德令哈站和烏蘭站成功推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]赫潤(rùn)圃，徐春婷.地下式室外消火栓使用問(wèn)題及對(duì)策[J].建筑安全，2021，36（9）：57-59.

[4]胡嵐.建筑外墻保溫材料及其發(fā)展方向探析[J].安徽建筑，2021，28（9）：128+134.

Study on improving the availability of underground fire hydrants in winter in plateau and alpine regions

Wang Ning， Li Guodong， Mu Bo

（Western Lanzhou Gas Transmission Branch of National Pipe Network Group United Pipeline Co.， Ltd.， Gansu Lanzhou 730070）

Abstract：Through a systematic analysis of the reasons why the actual availability of underground fire hydrants in winter is relatively low in Yangchangzigou compressor station located in alpine regions， the thermal insulation measure of using self-made integrated heat preservation cover and full coverage of shaft wall instead of traditional wellhead covering felt， plastic cloth， well cover in turn are verified. The actual availability of underground fire hydrants in the Yangchangzigou compressor station in winter was significantly increased from 22% to 85%. The measure has been successfully promoted as a template in alpine regions. The application of the thermal insulation measure effectively solves the practical problem of the poor effect of thermal insulation measures of fire protection systems in plateau and alpine regions of China. It provides a successful example for reference for the effective improvement of the actual availability of underground fire hydrants in winter.

Keywords：availability of underground fire hydrant; plateau and cold environment; thermal insulation measure; compressor station