一种综合管廊移动式液氮灭火系统及其灭火方法与流程

本发明涉及管廊灭火领域，具体涉及一种综合管廊移动式液氮灭火系统及其灭火方法。

背景技术：

国内城市地下综合管廊的防灭火系统主要采用干粉灭火系统、水喷雾灭火系统和细水雾灭火系统，但都存在一定的不足。比如现有综合管廊采用的灭火系统中，干粉灭火系统对启动电流要求较高、可靠性相对较低，还会带来次生灾害，并且由于地下舱室内部潮湿，干粉喷出的瞬间容易由于水汽的影响凝结，导致灭火效果较差；而细水雾及水喷雾灭火系统因其初期投资较高，需要配置大量的消防给水管道，且有障碍物时水雾无法快速、均匀地分布于整个保护空间内，存在灭火死角；

氮气是一种新型惰性气体灭火剂，对于扑灭封闭空间火灾有较好的效果。而现有的系统主要通过两种途径将液氮用于防灭火，分别为将液氮通过管路直接注入防护区，或将液氮作为辅助灭火剂，利用其冷却能力冷却主灭火剂后，一并注入火区。

将液氮直注的方式多用于矿井灭火，防灭火时通常需要灌注大量液氮，而预设系统无储氮设备和制氮设备，需要临时调配液氮槽罐车，无法保证液氮的持续供应，若灭火行动持续时间较长，液氮需求量较大，长距离运输会导致灭火时间延后，危险增加；而当作为辅助灭火剂用于冷却时，注入前液氮通常需要经过较长的管路来增加主灭火剂的冷却效果，导致液氮大量气化，进入防护区时基本呈气态，输送效率降低，冷却能力减弱；此外将液氮与其他灭火剂混合使用时，由于液氮低温及易气化膨胀的性质，可能导致主灭火剂失效或管路堵塞，可靠性差，难以满足综合管廊的防灭火要求。另外传统配套灭火设备通常根据保护区设置为固定方式，无法进行实时移动，存在灵活性较差、占用空间大等问题。

技术实现要素：

本发明提供一种综合管廊移动式液氮灭火系统，结构简单，不仅实现制氮、储氮、供氮灭火的统一进行，保障液氮的充足供给和持续灭火，而且实现灵活移动，占用空间小，并且液氮的传送稳定，自动控制灭火使得灭火效率更高。

为实现上述目的，本一种综合管廊移动式液氮灭火系统包括制氮组件、灭火组件、监测装置、输氮管路和控制器；

所述灭火组件安装在移动平台上，包括液氮储罐和液氮增压泵；所述液氮储罐上的第一出液口与液氮增压泵连接，液氮增压泵上的第二出液口与输氮管路的预留接口连接，并通过其将液氮传输至管廊内的支管上，支管上设有注氮口；

所述制氮组件为移动式，并将制备的液氮传输至液氮储罐中；

所述监测装置包括比例调节阀、第一监测组件和第二监测组件；比例调节阀位于液氮储罐与液氮增压泵之间，第一监测组件安装在液氮储罐上，第二监测组件位于液氮增压泵和输氮管路之间；

所述控制器与第一监测组件连接、用于液氮储罐内的压力显示和压力调节，与第二监测组件连接、用于控制输入输氮管路的液氮流量，与比例调节阀连接、用于控制输入液氮增压泵的流量，与液氮增压泵连接、用于控制输出压力，与制氮组件连接，用于控制其启闭和液氮转化效率。

进一步的，所述第一监测装置包括均安装在液氮储罐上的压力表、压力调节阀、出气装置和泄压阀。

进一步的，所述第二监测组件包括流量计和安全阀，所述流量计和安全阀依次连接。

进一步的，所述制氮组件包括均设置在移动车的空气压缩机、制氮机和制冷液化机；

所述空气压缩机一侧设有进气口、输出端依次与制氮机、制冷液化机连接，制冷液化机的输出端与液氮储罐连接。

进一步的，所述支管为三层并分别设置在管廊内的顶部、中部和底部，每个支管上的注氮口处设有传感元件，传感元件与管廊总控连接，管廊总控将报警及定位信息传递至控制器。

进一步的，所述制氮组件与液氮储罐之间、液氮储罐与液氮增压泵之间、安全阀与输氮管路之间均通过低温高压的金属软管连接。

进一步的，所述液氮增压泵上设有出气口。

一种综合管廊移动式液氮灭火方法，具体包括以下步骤：

(a)当综合管廊舱室内出现火灾时，注氮口处的传感元件感知火灾位置，反馈信号至管廊总控，管廊总控控制关闭管廊内相应设施，并向控制器发送报警及定位信息，控制器可控制制氮组件和灭火组件移动至目标地点，并通过金属软管将制氮组件与灭火组件、灭火组件与输氮管路的预留接口相互连接；

控制器启动液氮增压泵，液氮储罐内的液氮先经过比例调节阀调节输入流量，并通过液氮增压泵调节输出压力后，使液氮依次经过流量计、安全阀进入输氮管路、支管内，并从支管上的注氮口排出进行管廊内液氮灭火；

(b)液氮储罐上的压力表对罐内的压力实时监测，并将压力从小至大划分为充装区、工作区和危险区，当液氮储罐内的压力处于充装区时，控制器启动制氮组件，使得空气压缩机从顶部进气口抽取周围空气过滤、压缩，输送至制氮机中处理，产生的氮气经过制冷液化机制成液氮，并通过金属软管向液氮储罐中补充液氮；当处于工作区时，正常进行管廊内液氮灭火；当处于危险区时，泄压阀自动打开，将液氮受热气化成的氮气排出，使压力恢复至工作区；

(c)控制器控制液氮制备、液氮储存和液氮灭火的自动同时进行，当灭火完成后，控制器控制制氮组件，使得液氮储罐内补充的液氮达到工作区时再停止制氮组件的工作。

进一步的，步骤(a)中，液氮从注氮口中注入量根据下式计算：

式中：m为注入液氮的质量，kg；x为灭火目标氧含量，％；v为防护区的体积，m³；ρln为液氮的密度；α为液氮气化时的膨胀体积比，25℃时为717；为大气中氧气的体积分数，取21％。

与现有技术相比，本一种综合管廊移动式液氮灭火系统具有以下优点：

1)本发明由于设置制氮组件和灭火组件，通过空气压缩机、制氮机、制冷液化机制备液氮，并向液氮储罐内储存，当进行灭火时，液氮储罐内的液氮通过液氮增压泵进入输氮管路、支管中对综合管廊进行灭火，因此实现液氮制备、液氮储存和液氮灭火的统一进行，保证液氮的持续供应，避免发生火灾时无法及时灭火；

2)本发明由于设置第一监测组件，液氮储罐上的压力表实时对罐内的压力监测，通过控制器控制制氮组件和灭火组件的匹配工作，保障制氮、储氮和灭火的同时进行，实现自动灭火，并且设置感知火灾的传感元件，通过管廊总控将火灾事故管廊段的地理位置传送至控制器，控制器控制制氮组件和灭火组件的移动，因此不仅实现灭火的高效自动进行、可靠性高，而且灵活方便，占用空间小，更加高效；

3)本发明由于设置第二监测组件，通过流量计和安全阀对输入液氮量监测、保障安全，并在液氮储罐和液氮增压泵之间设有比例调节阀，因此通过比例调节阀控制液氮流量，控制器输出控制信号调节液氮增压泵的输出压力，使液氮压力提高并维持稳定，保障液氮根据需要高效、持续输送，提高灭火效率；

4)本发明由于在液氮储罐上设有出气装置、液氮增压泵上设有出气口，液氮储罐内的氮气可从出气装置排出，实现液氮与氮气的分离，保障液氮传输效率；并且管路中已受热气化的氮气可通过液氮增压泵的出气口排出，或者将氮气从出气口传送至输氮管路内，满足不同情况下的使用需求；另外根据计算公式定量注入液氮，实现针对性灭火，避免注入过量液氮，更加节省资源。

附图说明

图1是本发明的整体主视图；

图2是本发明的管廊内支管截面图；

图3是本发明的控制原理图；

图中：11、移动车，12、空气压缩机，13、制氮机，14、制冷液化机，15、进气口，16、金属软管，21、比例调节阀，22、第二出液口，23、流量计，24、安全阀，3、液氮储罐，31、压力调节阀，32、压力表，33、出气装置，34、第一出液口，35、泄压阀，4、液氮增压泵，41、出气口，5、控制器，6、管廊总控，7、输氮管路，71、注氮口，72、传感元件，73、支管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本一种综合管廊移动式液氮灭火系统包括制氮组件、灭火组件、监测装置、输氮管路7和控制器5；

所述灭火组件安装在移动平台上，包括液氮储罐3和液氮增压泵4；所述液氮储罐3上的第一出液口34与液氮增压泵4连接，液氮增压泵4上的第二出液口22与输氮管路7的预留接口连接，并通过其将液氮传输至管廊内的支管73上，支管73上设有注氮口71；

所述制氮组件为移动式，并将制备的液氮传输至液氮储罐3中；

所述监测装置包括比例调节阀21、第一监测组件和第二监测组件；比例调节阀21位于液氮储罐3与液氮增压泵4之间，第一监测组件安装在液氮储罐3上，第二监测组件位于液氮增压泵4和输氮管路7之间；

所述控制器5与第一监测组件连接、用于液氮储罐3内的压力显示和压力调节，与第二监测组件连接、用于控制输入输氮管路7的液氮流量，与比例调节阀21连接、用于控制输入液氮增压泵4的流量，与液氮增压泵4连接、用于控制输出压力，与制氮组件连接，用于控制其启闭和液氮转化效率；

进一步的，所述第一监测装置包括均安装在液氮储罐3上的压力表32、压力调节阀31、出气装置33和泄压阀35；

所述压力表32上可根据压力大小分为工作区、充装区和危险区，方便进行识别，液氮储罐3从内到外分为内罐、绝热层和外罐，因此有效对液氮进行储存和绝热，避免其气化成氮气影响灭火；

进一步的，所述第二监测组件包括流量计23和安全阀24，所述液氮储罐3与液氮增压泵4之间设有与控制器5连接的比例调节阀21；

进一步的，所述制氮组件与液氮储罐3之间、液氮储罐3与液氮增压泵4之间、安全阀24与输氮管路7之间均通过低温高压的金属软管16连接；

进一步的，所述制氮组件包括均设置在移动车11的空气压缩机12、制氮机13和制冷液化机14；

所述空气压缩机12一侧设有进气口15、输出端依次与制氮机13、制冷液化机14连接，制冷液化机14的输出端与液氮储罐3连接；

进一步的，所述支管73为三层并分别设置在管廊内的顶部、中部和底部，每个支管73上的注氮口71处设有传感元件72，传感元件72与管廊总控6连接，管廊总控6将报警及定位信息传递至控制器5；

进一步的，所述液氮增压泵4上设有出气口41；

本一种综合管廊移动式液氮灭火系统在使用时，正常状态下灭火组件处于关闭状态，即液氮储罐3内存有液氮，由于设置第一监测组件，液氮储罐3上的压力表32实时对罐内的压力监测，当压力达到设定的危险区时，泄压阀35自动打开排出液氮气化的氮气，使得压力恢复至工作区，产生的氮气可从出气装置33中输出使得液氮与氮气分离，保障液氮的效率传送；当压力降至充装区时，手动或者通过联动信号控制控制器5，发出控制信号使得制氮组件开始工作，控制器5可采用plc控制，内含gps及网络模块，可远程接收各组件传输的信息并实时显示；

空气压缩机12从顶部进气口15抽取周围空气过滤、压缩，输送至制氮机13中处理，产生的氮气经过制冷液化机14制成液氮，并通过低温高压的金属软管16向液氮储罐3中补充液氮；当压力恢复到正常区间后，手动或通过反馈信号自动关闭制氮组件，液氮停止制备，系统处于待运作状态，因此实现液氮的制备、补充和储存，避免发生火灾时无法及时进行灭火，并且由于制氮组件和灭火组件均为移动式结构，可事先将灭火组件移动至目标管廊处；

输氮管路7一端与管廊内支管73连接、另一端为固定安装的预留接口，预留接口方便灭火组件进行插装对接，并且在预留接口处设有与控制器连接的自动阀门，当进行连接时，灭火组件上处于安全阀24一侧的低温高压的金属软管16直接与预留接口连接，并打开自动阀门实现液氮的通入，因此实现保障对接的可靠性，更加灵活；并且制氮组件和灭火组件之间、液氮储罐3与液氮增压泵4之间也通过低温高压的金属软管16连接，因此实现其相互之间的快速对接，并且拆装方便；

当综合管廊舱室内出现火灾时，由于在注氮口71处设有传感元件72，传感元件72感知火灾位置，反馈信号至管廊总控6，通过其确定火灾事故管廊段的地理位置，并向控制器5发送报警及定位信息，控制器5可控制制氮组件和灭火组件移动，使其移动至目标地点，同时管廊总控6发出控制信号至管廊内各单元，自动关闭区段内排风机及通风系统等装置防止火势蔓延，并确认关闭两端防火门形成封闭空间，还可以显示管廊内的火灾情况；

手动或通过控制器5启动移动式的灭火组件，通过压力调节阀31调节出液压力，液氮从第一出液口34进入液氮增压泵4，由于在液氮储罐3和液氮增压泵4之间设有比例调节阀21，通过电动的比例调节阀21控制液氮流量，控制器5输出控制信号调节液氮增压泵4的输出压力，使液氮压力提高并维持稳定，保障输送和灭火；

控制器5可对制氮组件中相应的工作参数进行自动控制，比如各个装置的启闭、空气压缩机12的进出气流量及压力、制氮机13的输出流量压力和效率、制冷液化机14的制冷液化效率；同样控制器5可对比例调节阀21的开闭状态、液氮增压泵4的输出压力、流量计的数值显示和储存等进行自动控制；

另外在液氮增压泵4上设有出气口41，管路中已受热气化的氮气通过液氮增压泵4的出气口41排出，使得灭火效果更好更高效，或者液氮增压泵4可选择性的将液氮从第二出液口22传送至输氮管路7内，或者将氮气从出气口41传送至输氮管路7内，满足不同情况下的使用需求；液氮经过流量计23及安全阀24后，进入预先敷设的综合管廊输氮管路7内，最终通过各个支管73上顶部注氮口71、中部注氮口71及底部注氮口71进行释放，实现快速灭火；因此设置第二监测组件，通过流量计23实现对液氮流量的监测，并保障管路的安全；

当灭火作业时液氮储罐3中的液氮不断消耗，压力表32指示压力逐渐降低到充装区并发出反馈信号，控制器5接收反馈信号后启动制氮组件开始实时制备液氮，并输送至液氮储罐3中，使压力恢复并保持在工作区。灭火作业期间，制氮组件根据控制器5输出的控制信号，自动调整各装置工作状态，控制空气进气流量及液氮输出流量及压力等，保证液氮的持续供给，因此实现在灭火的同时实时制备、补充液氮；

灭火过程中通过流量计23确定实际注入管廊舱室内的液氮量，根据计算公式得出的对应可燃物的目标注入量进行合理控制，避免注入过量液氮，注入量根据下式计算：

式中：m为注入液氮的质量，kg；x为灭火目标氧含量，％；v为防护区的体积，m³；ρln为液氮的密度；α为液氮气化时的膨胀体积比，25℃时为717；为大气中氧气的体积分数，取21％。

最终通过液氮的注入量及注氮口71处传感元件72的反馈信号确认是否灭火，当灭火后通过控制器5关闭灭火组件，并且制氮组件继续向液氮储罐3中补充液氮。直到压力表32指示压力再次处于工作区时，控制器5发出控制信号联动关闭制氮组件，整个灭火系统停止运行。

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