消火栓管道系统防冻保温措施探讨.doc

消火栓管道系统防冻保温措施探讨许琳科，刘志伟，张幸涛郑州人学综合设计研究院有限公司摘要：消防管道系统的保温问题是消防设计的一个重点文中讨论了 EI前-常用的主动保温和被动保温措施 在消防管道系统中的应用：比较了两种系统在郑州地区的应用特点结合当地的情况，提出來消防自动循 环保温系统的观点消防自动循环系统以消防系统内的水温和极端条件下的防冻时间作为系统的循环条件, 既能保证消防管道不结冰，乂能解决消防系统内的水长期静止不动，水质变坏问题关键词：消火栓管道系统，被动保温，电伴热保温，消防自动循环系统The Freeze protection measures of thehydrant pipe systemAbstract: The freeze protection problem is the focuses among the hydrant design. The commonly methods were used in practices, such as the passive insulation、 electric heat tracing insulation. Compared the methods and considering the local conditions of Zhengzhou, the ideas of the inner loop of the hydrant system were put forward. The hydrant system cycled tor the condition of the system temperature and the freeze time in the extreme temperature.1( could prevent the hydrant pipes congealment and the water also could avoid being rancidness・Key Words: Hydrant system; the passive insulation; the electric heat tracing insulation; the inner loop of the hydrant system 1—刖吕2014年1月11 Fl凌晨1时37分，云南省香格里拉县独克宗古城发生火灾，大火延续 了近9个小时，造成古城335户群众受灾，其中烧毁房屋242栋，烧毁古城部分文物、唐卡 等文化艺术品，这就是香格里拉独克宗古城“1・11”火灾，木次火灾的受灾面积约4万平 米左右，经济损失高达1亿元。

事后分析火灾原因时，有一个重要原因就是部分消火栓管道 的水被冻住了山此看出，消火栓管道系统的保温是影响消防系统正常运行的一个重要因素消火栓系统包括消防水池、消防水泵、屋顶消防水箱、给水管道系统及消火栓《消防 给水及消火栓系统技术规范》⑴第8.2.10条要求，环境温度低于5C的架空充水消防管道应 采取防冻保温措丿施第525和5.591条要求，消防水泵房和屋顶消防水箱间的环境温度不 低于5C,消防系统的保温问题己经引起了大家的高度重视消防水池一般设置在地下室水 泵房房间内，水容积较人，与空气的接触而较小，与空气的热量传输也较少，不容易结冰;屋顶消防水箱一般设置在消防水箱间内，保温问题容易解决；消火栓管道系统单位质量水与 空气的接触而人，和空气间的换热较多，因此，消火栓管道系统的保温问题成为亟待解决的 问题冃前，工程中常用的保温系统包括被动保温和主动保温两种形式：1被动保温被动保温是指采川物理保护扌旳施，在消防管道外设置隔热保温层，來达到保温的冃的 目前常用的绝热保温材料有超细玻璃棉制品、聚氨酯泡沫制品和岩棉制品等被动保温主要 需考虑管道内水在管道外温度较低条件下，能保证水不被冻结的时间3.6KZ消防管道系统保持不冻结吋间的确定的计算方法见式(1)⑵：(1).D】+2久小(G.C.+^Cjln-^^f4 ~faIn —J = 2 忍D、式中Di■管道的外径(保温层的内径)； 3■保温层厚度；K■支、M架影响修正系数，一般室内管道K二12Z-保持不冻结的时间，h；G]-单位长度内水的质量，kg/m；ci■水的比热容，kJ/(kg ・ C),按 4.186kJ/(kg ・ C)计；G2■单位长度管道的质量，kg/m,见表1；C2•管道材料的比热容,kJ/(kg - C),钢材、铸铁按0.480kJ/(kg ・C)计；切周围环境温度，根据规范GB50264-2013《工业设备及管道绝热工程设计规范》 第5.S.2.5条规定，在防止设备管道内介质冻结的计算中，収冬季历年极端平均最 低温度，郑州的极端平均最低温度为-11.0Co口■管内水温，C；tr水的终温，按0C计；管道保温层外表面到周围空气的放热阻力，m・C/W,见表2。

表1不同管径下单位长度管道的质量公称直径/mm 65 100 150理论质量/(kg/m)6.6410.8517.81表2管道保温层外表面到周围空气的放热阻力公称直径/mm65100150理论质fi/(kg/m)0.200.150.10选用常用的聚氨酯泡沫塑料作为保温材料，聚氨临泡沫塑料的导热系数方程为:入二0.0275+0.00009"，tm=(tj+ta) /2;⑶则 X =0.0275+0.00009* (10-11) /2=0.027455W/(m ・ C)；管道内水温口取5C,保温层厚度取30mmo消防管内水在静止状态下，不同管径的消防管保持不冻结的吋间见表3：表3不同管径对应的不冻结时间公称直径/mm6510()150不冻结时间/(h)5.558.8913.522主动保温主动保温是通过在管道外侧增设其他热源，通过热量传导，来维持管道内的介质温度， 来达到保温的效果其中包括蒸汽伴热、电伴热保温等主动保温主耍需考虑当温度达到需 冻结条件时，采取措施改善环境温度以实现水的不冻结这里以电伴热保温为例做一介绍电伴热保温是通过缠绕在消防管道上的电热带来补充管道的热损失，利用电热来补充管 道内水所散失的热量，维持水温在要求的范围内，从而达到防止管道结冰的目的。

电伴热系 统山温控辭、温度传感器、空气开关、交流电流越限报警隔离变速器、伴热电缆和报警装置 等组成温控传感器安装在被加热的消防官道上，可随时测量出其温度，通过对比温度传感 器的温度和温控器的设定值，调节电缆的热输出量通过伴热电缆控制箱内的空气开关与交 流电流越限报警隔离变速器，及时切断与接通电源，以达到加热防冻目的电伴热系统中每米管道需要的热功率计算公式为：P=4n (trta) /{ n/D2a+[ln(D2/Di)]/X } ⑵ ⑷P■每米管道需热功率，W/m；D2-保温管外径，m；a -保温层外表面的传热系数,室内取11. 63W/(m2・C)通过公式(2)计算，DN100的消防管道采用电伴热保温，每米管道需要的热功率为 14.69W/mo3消防系统自动循环防冻保温对于湿式消防系统，消防管道内的水除了火灾惜况下，一直处于静止状态；规范《消防 给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）第8.2.10条要求“环境温度低于5C的架空 充水消防管道要采取防冻措施”，即管道内的水要一肓保持不冻结状态对比以上两种保温系统可以得出结论：从公式（1）和表3可以看出，要保持消防管道 内的水不冻结的吋间越长，需要的保温材料厚度就要越厚；而当附加以电能源如电伴热系统 对以改善管道环境温度，可解决管道内水不被冻结的问题。

其优点为运用灵活，安全可靠并 月•符合环保要求，能够满足不同悸道的防冻要求；缺点是前期投入大，运行费用较高X消火栓管道系统设置被动保温，能保证管道内的水在一定时间段（T）内不结冰；“流水 不腐，户枢不歳”，静I上的水容易结冰，流动的水不易结冰因此利用这个原理，消火栓管 道系统在设置被动保温的询提下,让消火栓系统内的水流动起來,可以解决管道内水被冻结 的问题，对以作为一种新型的防冻保温措施该系统先假定消防水池里的水为恒温且忽略循 环水量带來的温度变化，即维持温度不小于5C,來从几个方面來解决自动循环保温的问题:1•循环管道：《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）第9. 3. 1条要求，消 防给水系统试验装置处应设专用排水设施利用该专用排水设施，将屋顶试验消火栓的排水 排回至消防水池内，既能实现消防系统的巡检，也能让消防管道系统内的水循环起来2. 循坏控制：在消防管路的不同位置（消防管道的最低点，最高点以及管道系统的中部; 屋顶消防水箱的出水管和消防水池的出水管）以及管道系统中暴需在室外的悸段部分，或者 分析管道系统中环境温度最低的管道部位，设置温度传感器，时刻监测消防系统内的水温; 屋顶试验消火栓处设査电动阀。

当消防系统内的水温接近0C （但要高于0C）时，温度传 感器传输信号至控制箱，启动消防给水泵，同时打开试验消火栓处的电动阀，进行消防巡检 和系统循坏；当管道内的水温高于5C时，消防泵停止这样既实现了消防设备和管路系统 的定期巡检，也让系统管道内的水进行了一次循环3. 循环周期：被动保温能保证消防管道内的水在一段时间（T）内不结冰，这样为了增 加系统的稳定性和可靠性，就将T作为一个循环周期，定期启动消防水泵，让消防系统的水 实现循环，这同时也解决了消防系统的水长期静止造成的水质问题4. 循坏流量：循环流量应根据管道的热损失来进行确定，也可参考“定时热水循坏系统 的热水循环流量可按循环管网中的水每小时循环2~4次计算”何來进行确定，在无法获得更 多详细资料，并且并不增加原系统的设丿施的情况下，建议按照一个试验消火栓的流最，即 5L/s,作为消防白动循环系统的循环流量，也是可行的5. 全循环：当消防系统进行循环保温时，应将所有消防管道系统内的水进行循环一遍, 可解决管道内水停留时间过长而产牛冻结的问题试验消火栓一般设置在消防管道系统的最 不利点即最高处，当试验消火栓打开，根据管道系统的水流特点，试验消火栓打开时，此处 为系统的压力最低点，nJ实现管道内水的全部循环。

但当消火栓系统立管过多，系统较大时, 需进行立管阀门的控制以实现管道内水流的全部循环6. 技术经济分析：消防管道白动循环保温系统在原有管路和设备的基础上增加了试验消 火栓至消防水池的专用排水管路，排水方式为重力排水，试验消火栓的流量为5L/s,排水 管管径取DN125 nJ以满足排水要求整个系统在不增加过多设备的前提性，实现保温的技术 性要求，具有一定的优势和可行性结论1. 消防系统采用被动保温，通过增加保温层厚度来保证管道内水不结冰2. 采用电伴热的主动保温措施，能保证消防系统的水不结冰，但存在投入大和运行费用高 的问题3. 消防系统口动循坏防冻保温措就在仅增加试验消火栓专用排水管的而提卜以温度和防 冻时间作为系统循环的控制条件，利用原系统的设备的管路使消防系统内的水循环起 来，既解决了消防系统的防冻保温问题，又避免消防系统内水质变坏消防水泵和试验 消火栓定期启动，也实现了消防系统的自动巡检，保证系统的稳定可靠，具有一定的可 行性参考文献[1] 规范GB50974-2014消防给水及消火栓系统技术规范,2014, 58.[2] 孔祥瑞，梁丽敏.管道及设备保温层厚度浅析，第13届全国暧逋空调技术信息网大会文集，2005, 338-341.[3] 国标图集03S401管道和设备。