CN107587558A - 一种寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统及方法，加热水箱与循环泵连接，循环泵出水口设有第一止回阀，消防泵进水口和稳压泵进水口与消防水池联通，稳压罐与稳压泵串联，之间设有第二止回阀和压力控制器，稳压罐出水口与消防泵出水口分别设有第三止回阀和第四止回阀；第一止回阀出口、第三止回阀出口和第四止回阀与消防管进水口联通；消防管分为两路，两路管路分别设置在隧道右洞和隧道左洞内，并在隧道另一端联通；电动三通阀至加热水箱间连接有减压阀；电加热管、水温监测器、液位计、深井泵、电动三通阀、循环泵、压力控制器、稳压泵、消防泵和稳压罐与控制柜连接。本发明能够有效解决消防水易冻结问题，节约电能。

Description

一种寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统及方法

技术领域

本发明涉及隧道消防安全技术领域，用于解决寒区公路隧道消防水易冻结问题，具体涉及一种寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统及方法。

背景技术

水消防系统作为防止公路隧道火灾事故规模的扩大和次生灾害发生的有效方法之一被广泛应用。目前最广泛采用的高位水池作为消防水池是利用高差直接向隧道内消防系统供水，但部分公路隧道由于现场地势陡峭、地形复杂，施工材料运输困难，管道安装难度大，使得高位水池难以满足要求，同时还有过长的下山管道难以保温等问题。其次隧道消防系统智能化程度较低，对人力资源依赖性大，在寒区很难有效保障消防水在冬期能够正常使用。

面对寒区公路隧道消防安全问题，普遍采取的应对措施主要包括以下几种：包扎管道防冻；填充防冻液防冻；管道伴热系统防冻。

包扎管道防冻虽然造价低、施工维护方便，能起到一定保温防冻效果，但需充分考虑当地气候条件，对于冬季温度极低地区，此方法作用有限。填充防冻液防冻虽免除了绝热保温和伴暖的初期投资费及运行费，不过该方法要求防冻液冰点低而且对管道无腐蚀性，其次如果消防用水兼顾生活用水的话，还应保证防冻液无毒，另外不具有助燃性和可燃性，目前仍很难达到所有要求。

目前管道伴热系统防冻多以加热电缆为主，其商品化程度高、柔韧灵活，虽能够满足不同管道的防冻要求，但是前期资金投入大，使用成本高，使用年限较短，在较恶劣的隧道环境中可用性较低。

因此需要一种更加优化的消防系统，使得建造及维护成本较低，智能化程度高，减少人力资源的使用，同时又能有效地提高系统正常运行的稳定性。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统及方法，本发明能够优化隧道水消防防冻系统，能够克服现有技术存在的上述不足。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统，包括深井泵、深水井、消防水池、循环泵、加热水箱、减压阀、消防管、消防泵、稳压泵、稳压罐、补水泵和控制柜；

深井泵的出水口与消防水池联通，进水口与深水井联通；

加热水箱与循环泵连接，循环泵的出水口设有第一止回阀，补水泵的进水口与消防水池联通，出水口与加热水箱联通；

消防泵的进水口和稳压泵的进水口均与消防水池联通，稳压罐与稳压泵串联，稳压泵至稳压罐的管路上依次设有第二止回阀和用于调节稳压罐压力的压力控制器，稳压罐的出水口与消防泵的出水口分别设有第三止回阀和第四止回阀；

第一止回阀的出口、第三止回阀的出口和第四止回阀的出口均与消防管的进水口联通；

消防管的出水口延伸至隧道一端的洞口并分为两路，一路为隧道右洞消防管，另一路为隧道左洞消防管，隧道右洞消防管在隧道右洞内沿隧道右洞长度方向设置，隧道左洞消防管在隧道左洞内沿隧道左洞长度方向设置，隧道右洞消防管与隧道左洞消防管在隧道的另一端联通；

隧道右洞消防管或隧道左洞消防管上设有电动三通阀，电动三通阀设置在靠近消防管出水口的一侧，电动三通阀上还连接有减压阀，减压阀的出水口与加热水箱联通；

加热水箱内设有电加热管、水温监测器和液位计，隧道右洞消防管与隧道左洞消防管上设有多个水温监测器、消防喷头和消火栓，消防水池内设有液位计；

电加热管、水温监测器、液位计、深井泵、电动三通阀、循环泵、压力控制器、稳压泵、消防泵和稳压罐均与控制柜连接；

所述深井泵、循环泵、消防泵、稳压泵、稳压罐和补水泵设置在稳高压供水系统泵房内，稳高压供水系统泵房和消防水池均设置在冻结线以下。

消防水池设置在隧道洞口分离式路基中央分隔带区域。

消防管以及深井泵的出水口的管路上均设有单向止回阀。

所述消防泵、稳压泵和稳压罐均设置为两台，且均为一备一用设置形式。

还包括用于清洗消防水池和加热水箱的排污泵，排污泵与控制柜连接。

一种寒区公路隧道消防防冻供水智能控制方法，控制柜控制电动三通阀使隧道右洞消防管或隧道左洞消防管与减压阀之间的水流截止；控制柜通过稳压罐的压力，以及通过控制稳压泵和压力控制器来使消防管中的水保持预设的压力；控制柜通过液位计的液位信息来控制补水泵与深井泵分别使加热水箱和消防水池中的液位处于预设高度；控制柜通过加热水箱中的水温监测器检测的水温信号来控制电加热管使加热水箱中的水处于预设温度；

隧道右洞消防管与隧道左洞消防管上设置的水温监测器监测水温，当有水温监测器监测到水温低于预设温度时，控制电动三通阀切换，使隧道右洞消防管或隧道左洞消防管与减压阀之间的水流导通，循环泵启动，将加热水箱中的水输送给消防管，消防管中的循环水依次通过隧道右洞消防管、隧道左洞消防管和减压阀后回流至加热水箱，或者消防管中的循环水依次通过隧道左洞消防管、隧道右洞消防管和减压阀后回流至加热水箱；

当隧道内发生火灾时，若此时循环泵正在工作，则控制柜立即控制循环泵停止工作，控制电动三通阀切换水流方向，使隧道右洞消防管或隧道左洞消防管与减压阀之间的水流截止，启动消防泵，消防泵将消防水池中的水输送给消防管，消防管给隧道右洞消防管和隧道左洞消防管供水；

当隧道内发生火灾时，若此时循环泵未工作，则控制柜立即启动消防泵。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统取消了传统的高位水池，将消防水池、深井泵、循环泵、消防泵、稳压泵、稳压罐和补水泵布置在当地标准冻结线以下，避免了消防用水出现结冰失效的现象以及减少了水池保温维护费用，减少施工的难度和成本；通过设置加热水箱和循环泵，因此能够对消防管网中的水进行集中加热循环，能够较大程度地减少热损，从而节约电能；通过将电加热管、水温监测器、液位计、深井泵、电动三通阀、循环泵、压力控制器、稳压泵、消防泵和稳压罐与控制柜连接，通过控制柜中的集中控制能够自动实现各消防设备之间的协调运转，既提高了系统的智能化程度，又节约了人力资源的投入；通过改变电加热管数量及循环泵工作功率，能够有效保证消防管网不会出现结冰失效的现象，本发明的系统能够有效应用于较恶劣的隧道环境。

本发明的防冻供水智能控制系统在工作时，控制柜控制电动三通阀使隧道右洞消防管或隧道左洞消防管与减压阀之间的水流截止；控制柜通过稳压罐的压力，以及通过控制稳压泵和压力控制器来使消防管中的水保持预设的压力；控制柜通过液位计的液位信息来控制补水泵与深井泵分别使加热水箱和消防水池中的液位处于预设高度；控制柜通过加热水箱中的水温监测器检测的水温信号来控制电加热管使加热水箱中的水处于预设温度；当隧道内有水温监测器监测到水温低于预设温度时，控制电动三通阀切换，使隧道右洞消防管或隧道左洞消防管与减压阀之间的水流导通，循环泵启动，将加热水箱中的水输送给消防管，消防管中的循环水依次通过隧道右洞消防管、隧道左洞消防管和减压阀后回流至加热水箱，或者消防管中的循环水依次通过隧道左洞消防管、隧道右洞消防管和减压阀后回流至加热水箱；当隧道内发生火灾时，若此时循环泵正在工作，则控制柜立即控制循环泵停止工作，控制电动三通阀切换水流方向，使隧道右洞消防管或隧道左洞消防管与减压阀之间的水流截止，启动消防泵，消防泵将消防水池中的水输送给消防管，消防管给隧道右洞消防管和隧道左洞消防管供水；当隧道内发生火灾时，若此时循环泵未工作，则控制柜立即启动消防泵进行灭火；当火灾消除后，控制柜控制消防泵停止工作。

附图说明

图1是本发明寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统的整体平面结构示意图；

图2是本发明寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统在冬期加热循环情况下消防水流动示意图；

图3是本发明寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统在火灾情况下消防用水流动示意图。

图中：1-深水泵、2-单向止回阀门、3-Y型过滤器、4-消防水池、5-电动三通阀、6-稳高压供水系统泵房、7-循环泵、8-加热水箱、9-减压阀、10-隧道右洞、11-隧道左洞、13-消防泵、14-稳压泵、15-稳压罐，16-消防管，16-1-隧道右洞消防管，16-2-隧道左洞消防管，17-1-第一止回阀，17-2-第二止回阀，17-3-第三止回阀，17-4-第四止回阀，18-压力控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明的寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统，包括常规消防系统、水温监测系统、加热循环系统和智能控制系统；常规消防系统指可供隧道内灭火的消防水池、消防管网、消防栓及消防喷头等消防设备；水温监测系统采用传感器技术，在消防管内定点布置温度传感器节点，借助传感元件和控制柜实现数据的采集、处理和传输；加热循环系统是在独立的水箱内对消防用水加热并让加热后的水在消防管网中进行循环；智能控制系统是在控制柜设计技术基础上，通过设定加热循环系统启停的临界温度值，以及发生火灾时对电动三通阀的动作指令，实现对消防系统的控制，并在隧道管理中心实时显示消防管网温度并做到远程调控。

具体的结构如图1所示，包括深井泵1、消防水池4、循环泵7、加热水箱8、减压阀9、消防管16、消防泵13、稳压泵14、稳压罐15、补水泵和控制柜；

深井泵1的出水口与消防水池4联通，进水口与深水井联通，用于为消防水池4供水，消防水池4设置在隧道洞口分离式路基中央分隔带区域，克服了修建高位水池的施工难、高成本、过长的管道保温问题，深井泵1的出水口的管路依次设有单向止回阀2和Y型过滤器3；

加热水箱8与循环泵7连接，循环泵7的出水口设有第一止回阀17-1，补水泵的进水口与消防水池4联通，出水口与加热水箱8联通；

消防泵13的进水口和稳压泵14的进水口均与消防水池4联通，稳压罐15与稳压泵14串联，稳压泵14至稳压罐15的管路上依次设有第二止回阀17-2和用于调节稳压罐15压力的压力控制器18，稳压罐15的出水口与消防泵13的出水口分别设有第三止回阀17-3和第四止回阀17-4，稳压泵14和稳压罐15用于保证消防管16内始终具有足够的水压；

第一止回阀17-1的出口、第三止回阀17-3的出口和第四止回阀17-4的出口均与消防管16的进水口联通；

消防管16的出水口设有单向止回阀2，且延伸至隧道一端的洞口并分为两路，一路为隧道右洞消防管16-1，另一路为隧道左洞消防管16-2，隧道右洞消防管16-1在隧道右洞10内沿隧道右洞10长度方向设置，隧道左洞消防管16-2在隧道左洞11内沿隧道左洞11长度方向设置，隧道右洞消防管16-1与隧道左洞消防管16-2在隧道的另一端联通；

隧道右洞消防管16-1或隧道左洞消防管16-2上设有电动三通阀5，电动三通阀5设置在靠近消防管16出水口的一侧，电动三通阀5上还连接有减压阀9，减压阀9的出水口与加热水箱8联通；

加热水箱8内设有用于加热水的电加热管、用于测量水温的水温监测器和用于检测液位的液位计，隧道右洞消防管16-1与隧道左洞消防管16-2上设有多个用于检测水温的水温监测器、消火栓以及用于喷水的消防喷头，消防水池4内设有检测液位的液位计；

电加热管、水温监测器、液位计、深井泵1、电动三通阀5、循环泵7、压力控制器18、稳压泵14、消防泵13和稳压罐15均与控制柜连接，并通过控制柜统一协调控制动作；

深井泵1、循环泵7、消防泵13、稳压泵14、稳压罐15和补水泵设置在稳高压供水系统泵房6内，稳高压供水系统泵房6和消防水池4均设置在当地标准冻结线以下，因此能够使水池水温保持较高温度，减少水池的保温防冻措施，节约建设成本。

本发明的消防管16设置为两路，两路为并联的形式，能够起到增大消防水流量的作用，保证了消防的效果；本发明的消防泵13、稳压泵14和稳压罐15均设置为两台，且均为一备一用设置形式；本发明的冻供水智能控制系统还包括用于清洗消防水池4和加热水箱8的排污泵，排污泵与控制柜连接，排污泵设置两台，为一备一用，消防泵13为立式消防泵，稳压罐15为隔膜式气压罐，加热水箱8为小型不锈钢加热水箱。

本发明在消防水池4旁建一个地下洞室，将加热水箱8设置在该洞室内，加热水箱的容积为50立方米。

本发明的防冻供水智能控制系统在使用时，当无火灾发生且消防管网中的水温均高于设定值，此时，控制柜控制电动三通阀5使隧道右洞消防管16-1或隧道左洞消防管16-2与减压阀9之间的水流截止；控制柜通过稳压罐15的压力，以及通过控制稳压泵14和压力控制器18来使消防管网中的消防水保持预设的压力，该压力要保证当发生火灾时，消火栓栓口处出水压力满足消防要求；控制柜通过液位计的液位信息来控制补水泵与深井泵1分别使加热水箱8和消防水池4中的液位处于预设高度，以保证加热水箱8和消防水池4中具有足够的水量；控制柜通过加热水箱8中的水温监测器检测的水温来控制电加热管使加热水箱8中的水处于预设温度；

隧道右洞消防管16-1与隧道左洞消防管16-2上设置的水温监测器实时监测水温，当有水温监测器监测到水温低于预设温度时，控制柜控制电动三通阀5切换，使隧道右洞消防管16-1或隧道左洞消防管16-2与减压阀9之间的水流导通，控制柜使循环泵7启动，将加热水箱8中的水输送给消防管16，消防管16中的循环水依次通过隧道右洞消防管16-1、隧道左洞消防管16-2和减压阀9后回流至加热水箱8，或者消防管16中的循环水依次通过隧道左洞消防管16-2、隧道右洞消防管16-1和减压阀9后回流至加热水箱8，实现了加热水箱8中的水循环，保证了消防管网中的水温，起到防冻的作用，通过调节循环泵7的功率能够调节循环的流速，当所有的水温监测器监测到水温达到预设范围后，控制柜控制循环泵7停止工作，然后控制电动三通阀5使隧道右洞消防管16-1或隧道左洞消防管16-2与减压阀9之间的水流截止；

当隧道内发生火灾时，若此时循环泵7正在工作，则控制柜立即控制循环泵7停止工作，控制电动三通阀5切换水流方向，使隧道右洞消防管16-1或隧道左洞消防管16-2与减压阀9之间的水流截止，启动消防泵13，消防泵13将消防水池4中的水输送给消防管16，消防管16给隧道右洞消防管16-1和隧道左洞消防管16-2供水，达到消防灭火的目的；

当隧道内发生火灾时，若此时循环泵7未工作，则控制柜立即启动消防泵13，将消防水池4水引入消防管网，提供消防出水动力；在以上工作过程中，控制柜控制稳压泵14和稳压罐15工作，使消防管16、隧道右洞消防管16-1与隧道左洞消防管16-2中的水压始终保持在预设的压力范围，因此，无论是加热水箱中的热水在消防管网中的自循环，还是消防供水，都能满足消防管网中的压力需求，保证了整个消防管网的工作动力。

本发明通过布置在加热水箱8和消防水池4内的液位计向控制柜传递信号，保证了加热水箱8和消防水池4内水位控制在合适范围内。本发明的防冻供水智能控制系统加热循环过程中控制柜时刻接收温度监测器传来的水温信号并在显示屏上显示，已知若干个水温监测器布置在隧道内，并根据水温监测器的位置对水温监测器进行编号，通过显示屏能够查看隧道内不同位置处水温变化情况，通过合理布置水温监测器监测点的位置，能够对比洞外环境温度与隧道内距出口不同距离处温度变化情况，从而对消防管网采取不同的保温防冻措施。

当布置在消防水池4的液位计监测到水位低于设定值时，液位计将液位信号传递给控制柜，控制柜控制深井泵1开启，深井泵1向消防水池4中注水。稳压泵14及稳压罐15在非冬期、冬期加热循环及隧道发生火灾情况下均处于工作作态，时刻提供着消防管网需要的压力值，在稳压罐15与稳压泵14间安置一压力控制器18，当控制柜接收到压力控制器18发送的表示较低压力信号时启动稳压泵14，稳压泵14向稳压罐15充压，当稳压罐15的内压升压到一定值时，压力控制器18向控制柜传递信号，控制柜控制稳压泵14停止工作，此时利用稳压罐15内的压力来为消防管网提供水压，因此能够避免频繁启动稳压泵14来维持管网水压。在位于稳高压供水系统泵房6地面一层建立值班室，在值班室内放置消防控制柜及显示装置。

当启用消防泵13进行灭火时，消防水池4中的水量将逐渐减少，当消防水池4中的液位计监测到消防水池4的水位临界下限值时，控制柜将开启深井泵1对消防水池4补水。另外一个布置在加热水箱8内的液位计，同样的设定水位临界上下值来控制加热水箱8内的水量。由于加热水箱8的容积较小，用于加热的水由消防水池4通过补水泵来补给。

本发明中，将隧道内的消防管(隧道右洞消防管16-1和隧道左洞消防管16-2)分别布置在隧道右洞10和隧道左洞11的行车道右侧的电缆槽沟内，并通过打孔焊接的方式将水温监测器连接到隧道右洞消防管16-1和隧道左洞消防管16-2上，并对隧道右洞消防管16-1和隧道左洞消防管16-2采取一定的保温防冻措施。

Claims (6)

1.一种寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统，其特征在于，包括深井泵(1)、深水井、消防水池(4)、循环泵(7)、加热水箱(8)、减压阀(9)、消防管(16)、消防泵(13)、稳压泵(14)、稳压罐(15)、补水泵和控制柜；

深井泵(1)的出水口与消防水池(4)联通，进水口与深水井联通；

加热水箱(8)与循环泵(7)连接，循环泵(7)的出水口设有第一止回阀(17-1)，补水泵的进水口与消防水池(4)联通，出水口与加热水箱(8)联通；

消防泵(13)的进水口和稳压泵(14)的进水口均与消防水池(4)联通，稳压罐(15)与稳压泵(14)串联，稳压泵(14)至稳压罐(15)的管路上依次设有第二止回阀(17-2)和用于调节稳压罐(15)压力的压力控制器(18)，稳压罐(15)的出水口与消防泵(13)的出水口分别设有第三止回阀(17-3)和第四止回阀(17-4)；

第一止回阀(17-1)的出口、第三止回阀(17-3)的出口和第四止回阀(17-4)的出口均与消防管(16)的进水口联通；

消防管(16)的出水口延伸至隧道一端的洞口并分为两路，一路为隧道右洞消防管(16-1)，另一路为隧道左洞消防管(16-2)，隧道右洞消防管(16-1)在隧道右洞(10)内沿隧道右洞(10)长度方向设置，隧道左洞消防管(16-2)在隧道左洞(11)内沿隧道左洞(11)长度方向设置，隧道右洞消防管(16-1)与隧道左洞消防管(16-2)在隧道的另一端联通；

隧道右洞消防管(16-1)或隧道左洞消防管(16-2)上设有电动三通阀(5)，电动三通阀(5)设置在靠近消防管(16)出水口的一侧，电动三通阀(5)上还连接有减压阀(9)，减压阀(9)的出水口与加热水箱(8)联通；

加热水箱(8)内设有电加热管、水温监测器和液位计，隧道右洞消防管(16-1)与隧道左洞消防管(16-2)上设有多个水温监测器、消防喷头和消火栓，消防水池(4)内设有液位计；

电加热管、水温监测器、液位计、深井泵(1)、电动三通阀(5)、循环泵(7)、压力控制器(18)、稳压泵(14)、消防泵(13)和稳压罐(15)均与控制柜连接；

所述深井泵(1)、循环泵(7)、消防泵(13)、稳压泵(14)、稳压罐(15)和补水泵设置在稳高压供水系统泵房(6)内，稳高压供水系统泵房(6)和消防水池(4)均设置在冻结线以下。

2.根据权利要求1所述的一种寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统，其特征在于，消防水池(4)设置在隧道洞口分离式路基中央分隔带区域。

3.根据权利要求1所述的一种寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统，其特征在于，消防管(16)以及深井泵(1)的出水口的管路上均设有单向止回阀(2)。

4.根据权利要求1所述的一种寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统，其特征在于，所述消防泵(13)、稳压泵(14)和稳压罐(15)均设置为两台，且均为一备一用设置形式。

5.根据权利要求1所述的一种寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统，其特征在于，还包括用于清洗消防水池(4)和加热水箱(8)的排污泵，排污泵与控制柜连接。

6.一种基于权利要求1-5任意一项权利要求所述的寒区公路隧道消防防冻供水智能控制系统的防冻供水智能控制方法，其特征在于，控制柜控制电动三通阀(5)使隧道右洞消防管(16-1)或隧道左洞消防管(16-2)与减压阀(9)之间的水流截止；控制柜通过稳压罐(15)的压力，以及通过控制稳压泵(14)和压力控制器(18)来使消防管中的水保持预设的压力；控制柜通过液位计的液位信息来控制补水泵与深井泵分别使加热水箱(8)和消防水池(4)中的液位处于预设高度；控制柜通过加热水箱(8)中的水温监测器检测的水温信号来控制电加热管使加热水箱(8)中的水处于预设温度；

隧道右洞消防管(16-1)与隧道左洞消防管(16-2)上设置的水温监测器监测水温，当有水温监测器监测到水温低于预设温度时，控制电动三通阀(5)切换，使隧道右洞消防管(16-1)或隧道左洞消防管(16-2)与减压阀(9)之间的水流导通，循环泵(7)启动，将加热水箱(8)中的水输送给消防管(16)，消防管(16)中的循环水依次通过隧道右洞消防管(16-1)、隧道左洞消防管(16-2)和减压阀(9)后回流至加热水箱(8)，或者消防管(16)中的循环水依次通过隧道左洞消防管(16-2)、隧道右洞消防管(16-1)和减压阀(9)后回流至加热水箱(8)；

当隧道内发生火灾时，若此时循环泵(7)正在工作，则控制柜立即控制循环泵(7)停止工作，控制电动三通阀(5)切换水流方向，使隧道右洞消防管(16-1)或隧道左洞消防管(16-2)与减压阀(9)之间的水流截止，启动消防泵(13)，消防泵(13)将消防水池(4)中的水输送给消防管(16)，消防管(16)给隧道右洞消防管(16-1)和隧道左洞消防管(16-2)供水；

当隧道内发生火灾时，若此时循环泵(7)未工作，则控制柜立即启动消防泵(13)。