《隧道通风》ppt-第4章-隧道消防设计-重庆大学版隧道通风安全与照明课件

1《隧道通风》第四章隧道消防设计2本章主要内容第一节火灾燃烧基础一、可燃物的种类二、燃烧过程中的传热与传质三、着火与灭火四、可燃物的火灾燃烧特点五、火羽流与顶棚射流第二节隧道火灾的原因与特点一、隧道火灾的主要原因二、隧道火灾的基本特点3本章主要内容第三节隧道消防设计的基本要求一、隧道结构的防火等级二、隧道建筑的防火安全布局三、隧道防火分区和建筑构造四、隧道的消防给水与灭火系统五、隧道的通风排烟系统六、隧道的电气控制系统七、隧道的消防控制4第一节火灾燃烧基础一、可燃物的种类1、种类1）按形态：气态、液态、固态。2）按来源：天然可燃物、人造可燃物3）从组成：单纯物质、混合物2、燃料的来源二、燃烧过程中的传热与传质1、导热：是物质运动分子之间由于相互接触而产生的一种热量传递方式。与固体相关。式中：常数k称为材料的导热系数（W/m·K），严格说来，它随温度变化而变化5第一节火灾燃烧基础2、对流传热指由于流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位移而导致的热量传递过弯管中的对流传热过程。热对流主要发生在流动的气体、液体之间，不会在固体中发生，但在固体和液体、气体间也存在热对流对流换热三个基本因素：流体的运动状态、流体与固体壁面温度差、流体的热物性h为比例系数，称为对流换热系数（W/m2·K），Tw为固体表面温度，Tf为流体温度3、热辐射：辐射传热不要求热源与接收体之间有中间介质，它是电磁波形式的能量传递，像可见光一样，可以被物体表面吸收、反射等。辐射能：一个物体在单位时间内、由单位面积上辐射出的能量。物体的辐射能与温度的四次方成正比。σ为Stefan-Boltzman常数，其值为5.667×10-8W/m2K。温度T取开氏温度。ε为辐射率6三、着火与灭火火灾三要素：可燃物质、助燃物质和着火源。燃烧的这四个条件间的关系第一节火灾燃烧基础1、着火的形式1）自燃：物质在一定的条件下自行发生的燃烧现象。可为热自燃和化学自燃点燃：使用小火焰、电火花、电弧、热物体等高温热源作用于冷态可燃物使之发生燃烧的过程。需要施加外来热源。从本质上说，可燃物着火是其氧化反应由慢速加速到一定程度的现象。引起氧化反应的加速，或是由于温度的升高，或是由于活性中心的积累。着火过程的热自燃理论和链着火理论2)热自燃理论系统的能量方程：式中，代表体系中单位体积预混气在单位时间内由化学反应放出的热量，简称放热速率；是单位体积预混气在单位时间向外界环境散发的热量，简称散热速度；分别为可燃预混气的密度、定容比热和单位体积预混气的反应热；是预混气的化学反应速率。第一节火灾燃烧基础8第一节火灾燃烧基础热自燃理论认为：着火是反应放热因素与散热因素相互作用的结果。当温升超过B点时，放热速率急剧增大，系统的放热大于散热，使系统的温度逐渐升高而发生着火。Tc就是热自燃温度9第一节火灾燃烧基础3)链着火理论链反应理论认为，在反应体系中可出现某种活性基团，只要这种活性基团不消失，反应就一直进行下去，直到反应完成。链反应一般由链引发、链传递、链终止三个步骤组成链反应理论认为，反应自动加速是通过反应过程中自由基的逐渐积累来达到反应加速的。系统中自由基数目能否发生积累是链锁反应过程中自由基增长因素与自由基销毁因素相互作用的结果。自由基增长因素占优势，系统就会发生自由基积累。氢与氧的反应：(1)（链引发）(2)（链传递）（3）（链终止）10第一节火灾燃烧基础4)影响着火的主要因素(1)可燃物的物态。可燃气体的点燃能较小，可燃液体的次之，可燃固体的点燃能较大(2)可燃物的结构组成。烷烃类的最小引燃能量最大，烯烃类次之，炔烃类较小；碳链长，支链多的物质，引燃能量较大。(3)可燃气体的浓度。一般当可燃气体浓度稍高于其反应的化学当量比浓度时，所需的点火能最小(4)可燃混合气的初温和压力。可燃混合气的初温增加，最小点火能减少；而其压力降低，则最小点火能增大(5)点火源的性质与能量。引起一定浓度可燃物燃烧所需要的最小能量称为最小点火能11第一节火灾燃烧基础vad.)1(003484.0378.0PPTPsat5)灭火分析(1)降低系统内的可燃物或氧气浓度(2)基于热着火理论的灭火分析通过改变系统的散热条件也能达到灭火的目的(3)依据链反应理论的灭火分析若要使已着火系统灭火，必须使系统中的活性基团的销毁速率大于其增长速率。加大这些基团销毁的主要途径：①增加活性基团在气相中的销毁速度②增加活性基团在固体壁面上的销毁速度③降低反应系统的温度12第一节火灾燃烧基础vad.)1(003484.0378.0PPTPsat四、可燃物的火灾燃烧特点1)可燃气体的燃烧(1)预混燃烧:两者先混合然后再燃烧称为预混燃烧(2)气相扩散燃烧:两者边混合边燃烧称为扩散燃烧层流扩散火焰高度式中，qv为燃料气的体积流量，m3/s，Di为气体的扩散系数，m2/s；v为燃料气的平均流速，m/s；R为喷口的当量半径，m；Kc为修正系数。湍流扩散火焰的高度式中，ZT为湍流火焰的高度，KT为修正系数13第一节火灾燃烧基础vad.)1(003484.0378.0PPTPsat2.可燃液体的燃烧可燃液体在火灾中的燃烧主要是液面燃烧，即火焰直接在液体表面上生成。一般称为池火(PoolFire)液体燃烧主要包括蒸发和气相燃烧两大阶段常用闪点(FlashPoint)来衡量液体的火灾安全性能。液体的闪点越低，表明其火灾危险性越大14第一节火灾燃烧基础vad.)1(003484.0378.0PPTPsat3.可燃固体的燃烧可燃固体的燃烧过程大体为：在一定的外部热量作用下，物质发生热分解，生成可燃挥发分和固定炭；若挥发分达到燃点或受到点火源的作用，即发生明火燃烧。有一些可燃固体受热后，先熔化为液体，由液体蒸发生成可燃蒸汽，再以燃料气的形式发生气相燃烧自燃是指可燃固体受热或自然发热，而热量可在其周围积蓄起来，致使可燃物达到一定的温度而发生的燃烧在规定条件下，可燃物质发生自燃的最低温度称为该物质的自燃点。物质的自燃点越低，发生火灾的危险性越大15第一节火灾燃烧基础vad.)1(003484.0378.0PPTPsat五、火羽流与顶棚射流1.火羽流轴对称羽流和非轴对称羽流(1)虚点源的位置为了计算羽流的参数随高度的变化，需要选取一个基准位置，这一位置称为虚点源。式中，为虚点源距离火源面的高度(m)，为火源的热释放速率(kW)，为火源的直径(m)，经验常数左右。(2)火焰高度式中，为火焰的平均高度(m)；一般，经验常数左右16第一节火灾燃烧基础vad.)1(003484.0378.0PPTPsat(3)质量流率式中，为羽流在高度处的质量流率(kg/s)，表示火源的总热释放速率的对流部分(kW)，一般可认为为虚点源的高度(m)。(4)羽流平均温度式中，Tp为高度处羽流气体的平均温度(K)；Tz为z高度处周围空气的绝对温度(K)，cp为羽流中气体的比定压热容(kJ/(kg·K))。(5)羽流中心线温度式中，Tz为高度处周围空气的绝对温度(K)，为z高度处空气的密度(kg/m3)，g为当地重力加速度(m/s2)，常数C5=9.1。17第一节火灾燃烧基础vad.)1(003484.0378.0PPTPsat2.顶棚射流:当烟气羽流撞击到房间的顶棚后便形成沿顶棚下表面蔓延的顶棚射流。设火源表面到顶棚的高度为Z，烟气羽流以轴对称的形式撞击顶棚，离开撞击区的中心水平距离为r。顶棚射流的最高温度当时当时式中，是火源的热释放速率，用kW表示。顶棚射流的最高速度18第二节隧道火灾的原因与特点一、隧道火灾的主要原因1、交通隧道火灾大体可分为过往车辆火灾、隧道设备火灾和隧道附属用房火灾1、引发隧道火灾的原因1)机动车故障；2)交通事故；3)车载货物起火4)隧道设施故障；5)人为过失或违章操作一、隧道火灾的基本特点1)火灾类型多样性,。隧道火灾中A类火灾发生频率较高，B类火灾、混合物品火灾造成重、特大隧道火灾的频率较高。2)烟气的浓度大、温度高3)火灾蔓延迅速4)起火点的移动5)人员疏散困难6)灭火救援难度大7)火灾危害大19第三节隧道消防设计的基本要求1、欧美、日本等隧道较多的国家，都建立了隧道工程建设标准体系2、云南省工程建设地方标准DBJ53-14《公路隧道消防技术规程》确定的隧道消防设施设置标准。20第三节隧道消防设计的基本要求一、隧道结构的防火等级现行国家标准GB50016《建筑设计防火规范》将城市（水下）交通隧道划分为一、二、三、四等4类云南省工程建设地方标准DBJ53-14《公路隧道消防技术规程》隧道防火等级根据公路等级、隧道长度和交通量划分为I级、II级、III级共三个等级21第三节隧道消防设计的基本要求二、隧道建筑的防火安全布局隧道总体设计时，应根据隧道的自然条件，综合考虑隧道的消防安全布局，合理确定隧道及其附属用房的位置、防火间距、消防车道、消防水源以及室外消防应急设施等1.附属用房隧道外的设备用房与其它用房贴邻设置时，应采用建筑构件耐火极限不低于2.00h的隔墙和1.50h的楼板与其它用房分隔开。中央控制室设有重要设备的房间，应设置火灾自动报警系统和自动灭火系统。2.消防车道长度超过1000m的二级公路隧道外应设置回车场，回车场不应小于15m×15m。22第三节隧道消防设计的基本要求对于双向交通的特长隧道和长隧道，有必要在隧道外设置回车场。消防车道的净宽度不应小于3.50m，消防车道上方4.00m以内的净空范围不得设置妨碍灭火救援的架空管线和设施、设备；消防车道下的管道和暗沟应能承受消防车满载时的轮压。供消防车取水的消防水池，应设置消防车道23第三节隧道消防设计的基本要求3.避难逃生设施隧道安全疏散通常利用隧道内设置的辅助坑道或者专门设置的疏散避难通道。疏散用辅助坑道包括橫洞、平行导坑、斜井和竖井等。隧道安全疏散形式1）双洞单向交通隧道，利用橫洞作为疏散联络道，两座隧道互为安全疏散通道。24第三节隧道消防设计的基本要求2）利用平行导坑作为疏散通道或者沿隧道长度方向在双孔隧道中间、单孔隧道附近设置的人员专用疏散避难通道，如图4-3-3所示，为英法海峡隧道服务与疏散专用隧道。3）利用竖井、斜井等设置人员疏散通道。如图4-3-4所示，为台湾林口隧道剖面示意图。25第三节隧道消防设计的基本要求4）铁路隧道中利用多种辅助坑道组合设置的人员安全疏散通道。26第三节隧道消防设计的基本要求四类安全疏散形式中，对于专用避难疏散通道和独立避难间分别由如下要求：（1）专用避难疏散通道A.专用避难疏散通道直接通往室外的出口不应少于2个，并应设置在不同的方向上。B.隧道与专用避难疏散通道之间应设置前室，通道及其前室的净宽度不应小于2.00m，净空高度不应低于2.50m，前室的净面积不应小于10m2，通往专用避难疏散通道及其前室的门均应采用甲级防火门，装修材料必须为A级。C.专用避难疏散通道及其前室内必须设置独立的防烟排烟设施；应设置紧急电话、应急广播、应急照明、疏散指示标志和灭火器；前室内应设置室内消火栓。（2）独立避难间A.独立避难间和专用疏散通道前室的设置间距不宜大于300m，面积不宜小于10m2；B.装修材料必须为A级C.避难间内必须设置独立、可靠的防烟排烟设施，送风管、排烟管不得明敷在隧道内；27第三节隧道消防设计的基本要求三、隧道防火分区和建筑构造隧道内应采用防火墙或建筑构件耐火极限不低于3.00h的耐火构件将横洞、附属用房、专用避难疏散通道、独立避难间等与隧道分隔开，形成相互独立的防火分区1.防火分隔构件防火分隔构件包括防火墙、楼板、防火门窗、防火卷帘、防火阀、排烟防火阀等。1)防火墙；2）防火门；3）防火卷帘2.管沟分隔3.隧道内的附属用房分隔28第三节隧道消防设计的基本要求四、隧道的消防给水与灭火系统1.消防给水除四类隧道和行人或通行非机动车辆的三类隧道，可不设置消防给水系统外，在进行城市交通隧道的规划与设计时，应同时设计消防给水系统。隧道消防给水分为常