摘要：本文對細水霧滅火系統(tǒng)應用前景、滅火機理、選型進行了全面地論述及分析，并對應用于廣州市軌道交通APM系統(tǒng)的選型、方案設計進行介紹，對相關問題進行了說明并提出建議。

    關鍵詞：細水霧滅火系統(tǒng)；機理；選型；分析及應用

    前言

    城市軌道交通作為公共客運系統(tǒng)已成為城市交通的重要干線，在城市的建設和發(fā)展中越來越受到重視。由于涉及專業(yè)多，技術復雜，系統(tǒng)的安全及可靠性非常重要，尤其是火災預防和救助系統(tǒng)的選型和設置，對于防止火災發(fā)生及蔓延尤為關鍵。

    1自動滅火系統(tǒng)在軌道交通中的應用

    1.1回顧氣體滅火系統(tǒng)的應用

    軌道交通是一項綜合交通運輸系統(tǒng)，為確保其安全運營，在地下車站的變電所、通信及信號設備室、環(huán)控電控室及主變電站等重要區(qū)域（均為忌水的滅火場所），設置高效、安全、無公害的自動滅火系統(tǒng)。

    基于對地球大氣臭氧層的保護，按照1989年1月1日生效的《蒙特利爾議定書》及我國制定的《哈龍整體淘汰計劃》等相關規(guī)定，2001年8月1日，國家公安部消防局發(fā)布了《關于進一步加強哈龍?zhí)娲芳疤娲夹g管理的通知》（公消[2001]217號）。該文規(guī)定，在我國可以使用惰性氣體類滅火劑、三氟甲烷、六氟丙烷、七氟丙烷及細水霧等作為哈龍?zhí)娲?。目前，在國內軌道交通系統(tǒng)中應用較廣的是IG541和七氟丙烷（HFC-227ea）氣體滅火系統(tǒng)。部分城市應用情況見表1。

部分城市應用情況

    兩種滅火系統(tǒng)的應用中存在如下現(xiàn)象：

    （1）氣體滅火劑鋼瓶貯存壓力過高（IG541滅火系統(tǒng)鋼瓶貯存壓力達15Mpa），有一定的危險性；同時對系統(tǒng)的配件及施工安裝、調試、維護也提出了較高的要求；另鋼瓶配置數(shù)量多，標準地下車站氣瓶間一般為兩個，占用地下空間較多。

    （2）由于氣瓶儲存氣量有限，可持續(xù)滅火能力較差。

    （3）氣瓶的氣體容易泄露，需定期充裝。另根據(jù)氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程要求，目前兩種系統(tǒng)的氣瓶均列為壓力容器，惰性氣體類檢驗周期為五年，其它氣體檢測周期為三年，每次檢測費用近百萬，至使運營費用增高。

    1.2細水霧的應用前景

    細水霧滅火系統(tǒng)是一項預防撲救火災的新技術，在國外大型工程項目及軌道交通中應用較廣，但在國內城市軌道交通中無應用業(yè)績。細水霧相對于氣體，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾方面：

    （1）水源容易獲取，滅火的可持續(xù)能力強。

    （2）有冷卻作用，可隔絕輻射熱，可以有效避免高溫造成的結構變形。

    （3）可承受一定限度的通風。

    （4）對人體無害，環(huán)保。

    （5）用水量少，只有水噴淋系統(tǒng)的10~20%。

    （6）該系統(tǒng)即可局部應用，保護獨立的設備或設備的某一部分，又可作為全淹沒系統(tǒng)，保護整個空間。

    細水霧滅火系統(tǒng)作為一種技術先進、成熟、可靠、環(huán)保的滅火系統(tǒng)，有較好的發(fā)展趨勢和應用前景，已形成有利的市場競爭態(tài)勢。因此，有必要對細水霧的應用進行進一步地探尋和分析。

    2細水霧滅火原理

    2.1定義

    細水霧是指在最小設計工作壓力下、距噴頭1.0m處的平面上,霧滴累計體積分布霧粒徑Dv0.99小于1000μm或Dv0.5小于300μm的水霧。根據(jù)其霧珠直徑的大?。?～1000μm）被劃分為三個等級，Ⅰ級細水霧-Dv0.1≤100μm，Dv0.9≤200μm，代表最細的水霧。Ⅱ級細水霧-Dv0.1≤200μm，Dv0.9≤400μm。Ⅲ級細水霧-Dv0.1＞400μm，Dv0.99≤1000μm。

    細水霧自動滅火系統(tǒng)可以有以下幾種分類方式：

    （1）按系統(tǒng)壓力可分為：

    ①高壓系統(tǒng)（≥3.45MPa）；

    ②中壓系統(tǒng)（1.2～3.45MPa）；

    ③低壓系統(tǒng)（≤1.2MPa）。

    （2）按介質成霧原理可分為：水相流單流體系統(tǒng)、水氣混流雙流體系統(tǒng)。

    （3）按照系統(tǒng)應用可分為：開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)（包括干式系統(tǒng)、濕式系統(tǒng)和預作用系統(tǒng)）。

    （4）按系統(tǒng)形式可分為：全淹沒系統(tǒng)、局部應用系統(tǒng)和分區(qū)保護系統(tǒng)。

    （5）按照動力驅動方式分為：泵組式（由水泵、水箱、管道、噴頭等組成）、瓶組式（由氣瓶、儲水瓶及相應的附件如瓶頭閥、高壓軟管、集流管、管道、噴頭等組成）。

    2.2滅火機理

    “細水霧”(watermist)是相對于“水噴霧”(waterspray)的概念，是使用特殊噴嘴、通過高壓噴水產生水微粒。細水霧滅火主要是通過高效率的冷卻與缺氧窒息的雙重作用。即使同樣體積的水，也可使總表面積增大，而表面積的增大，更容易進行熱吸收、冷卻燃燒反應。吸收熱的水微粒容易汽化，體積可增大1700倍。由于水蒸汽的產生，既稀釋了火焰附近氧氣的濃度，窒息了燃燒反應，又有效地控制了熱輻射。對于電氣設備的早期火災，還會將設備內塑料制件產生的大量氣體和煙霧吸附在細水霧霧滴表面，因此，細水霧還具有一定的消煙功能。

    3系統(tǒng)選型

    3.1設備火災特征及影響

    地下車站及主變電所電氣設備房以各種設備、車廂、裝飾材料、電纜等靜態(tài)物質為主，設備房內的設備火災特征及影響具體見表2。

設備房內的設備火災特征及影響    

    從設備火災特征分析，地下車站各類保護對象的火災類型主要為E類，主變電站為B類和E類。其中車站控制室雖然有A類，但屬于有人值班，火災危險性與其它弱電類防護空間相同；低壓、高壓電氣類防護空間和油浸式電力變壓器室火災危險性大。

    從系統(tǒng)安全和可靠性分析，當信號設備室、1500V直流開關柜室、0.4kV開關柜室和環(huán)控電控室發(fā)生火災時，如果不能及時控制火勢或細水霧噴放后對設備造成二次水漬損失影響，將直接影響軌道交通系統(tǒng)的行車運營的安全。所以，應針對不同的保護對象，進行合理的系統(tǒng)選型。

    3.2選型分析

    下面從系統(tǒng)的滅火性能及電氣絕緣性等方面進行選型分析。

    3.2.1滅火性能

    美國海軍實驗室（NavalResearchLaboratory）曾經對單流體低壓系統(tǒng)（Single-FluidLow-PressureSystems）、單流體高壓系統(tǒng)（Single-FluidHigh-PressureSystems）和雙流體系統(tǒng)（Twin-FluidSystems）做了一系列試驗，單流體低壓系統(tǒng)產生較大的水微粒，在撲滅深層的A類火災時，表現(xiàn)出良好的效果，這是由于其相對較大的流量(是單流高壓系統(tǒng)的3~4倍)，產生了表面的浸濕作用，但減弱了系統(tǒng)撲滅受遮擋的火災的能力。而單流體高壓系統(tǒng)由于較小的水微粒直徑，提高了撲滅受遮擋火災的能力，但減弱了撲滅深層的A類火災時的滅火效果。試驗顯示，大空間內受阻擋的火災，當火災處的氧氣濃度降到18%以下時，火焰即可熄滅。由此可見，單流體高壓系統(tǒng)更適合撲滅受遮擋火災。

    3.2.2電氣絕緣性

    關于細水霧的電氣絕緣性，國外某公司曾用SecuripexFire-Scope2000細水霧滅火系統(tǒng)做過試驗，將該系統(tǒng)噴入設有電動機、發(fā)電機和配電盤的封閉房間內，上述設備內部的電壓為220~440V。結果顯示，電阻讀數(shù)明顯下降，但設備運轉正常。在一般情況下，隨著設備變得干燥，電阻值會恢復到正常值。細水霧系統(tǒng)能否用于電器設備，關鍵在于水霧微粒的大小。

    水霧霧化的程度越高，水霧的電氣絕緣性能就越優(yōu)。高壓細水霧產生的水霧霧滴遠小于中低壓系統(tǒng)，電氣絕緣性能優(yōu)于中低壓系統(tǒng)。

    3.3結論

    從火災特征、系統(tǒng)滅火性能、電氣絕緣性等各項研究和實驗分析得出，電氣設備場所適于設置單流體高壓系統(tǒng)；而油浸變壓器室適于設置單流體高壓系統(tǒng)、中壓系統(tǒng)。英國航空公司IT中心、德國拜耳制藥公司的電力隧道、西班牙12條地鐵線路的電氣設備房均采用了高壓細水霧，國外的應用實例再次說明了高壓細水霧滅火系統(tǒng)適用于電氣設備房。

    4系統(tǒng)設計實例

    4.1設計原則

    4.1.1保護范圍

    廣州市軌道交通APM系統(tǒng)線路長3.94km，全部采用地下線路。車站及停車場設備房保護范圍為弱電系統(tǒng)電源室及設備室、站務室、屏蔽門控制室、0.6kV開關柜室、0.4kV開關柜室、AFC終端設備室、牽引變壓器室、車場牽引變電所、控制室、綜合監(jiān)控設備室。需說明的是每個車站均設置了兩個0.4kV開關柜室，內有低壓及環(huán)控設備，為最大限度減少誤噴的水漬損失，其主用柜和備用柜組及兩組干式變壓器分開設置在兩個獨立的房間。

    4.1.2設計參數(shù)

    （1）泵組式單流體高壓細水霧，系統(tǒng)管網工作壓力≮3.45MPa，泵組出口壓力≮10MPa，最低噴霧強度為1.5L/min·m2。

    （2）有效工作霧滴體積直徑Dv0.9不大于200μm，直徑Dv0.99不大于400μm。

    （3）閉式系統(tǒng)作用面積不大于150m2，開啟溫度為57℃，RTI≤36（m·s）0.5。開式系統(tǒng)采用全淹沒滅火系統(tǒng)，響應時間不大于30s。

    （4）儲水箱按不小于10min系統(tǒng)用水量設置，并設置快速補水裝置。

    （5）系統(tǒng)最短持續(xù)噴霧時間為30min。

    （6）為最大限度降低誤噴的可能性，牽引變壓器室為預作用系統(tǒng)，其余為開式系統(tǒng)（根據(jù)上海地鐵11號線設計依據(jù)設置）。

    4.2系統(tǒng)組成

    細水霧自動滅火系統(tǒng)由控制子系統(tǒng)和管網子系統(tǒng)兩部分組成。

    （1）控制子系統(tǒng)由自動滅火系統(tǒng)集中報警控制盤及現(xiàn)場設備分區(qū)滅火控制盤、火災探測器、警鈴、聲光報警器、水泵控制箱、區(qū)域控制閥箱、聯(lián)動控制設備等組成。

    （2）管網子系統(tǒng)包括高壓泵組、穩(wěn)壓裝置、儲水箱、補水裝置、過濾器、噴頭、輸送管道及其它附件組成。

    4.3系統(tǒng)功能

    4.3.1系統(tǒng)滅火過程

    （1）預作用滅火系統(tǒng)

    本系統(tǒng)在每個保護區(qū)域內設有兩個獨立的報警回路，當發(fā)生火災時，其中單一回路預報警后，設在該保護區(qū)域內的警鈴將動作，而當兩個回路都報警后，設在該保護區(qū)域內外的聲光報警器將動作，在延時階段分區(qū)滅火系統(tǒng)控制盤將完成關閉防火閥、啟動聲光報警器等相關設備的聯(lián)動。經過30s延時，分區(qū)滅火系統(tǒng)控制盤將啟動該區(qū)域的控制閥，啟動高壓泵組，當部分噴頭受熱開啟后，管網上的壓力開關動作，將滅火劑釋放信號反饋給分區(qū)滅火系統(tǒng)控制盤和火災自動報警系統(tǒng)控制盤，此時高壓水沿管道和噴頭輸送到對應的保護區(qū)域滅火。

    如值班室人員先于火災探測器系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)火情，當用手提式滅火器或其它移動式滅火設備無法撲滅火災時，可直接拉動保護區(qū)門外閥箱內的區(qū)域控制閥，或緊急機械啟動器及主泵啟動按鈕直接啟動系統(tǒng)滅火。系統(tǒng)工作流程圖見圖1。

    （2）開式系統(tǒng)

    系統(tǒng)工作流程與預作用系統(tǒng)類似，系統(tǒng)工作流程圖見圖1。

系統(tǒng)工作流程    

    4.3.2控制方式

    系統(tǒng)設自動操作、手動操作和應急手動操作方式三種控制方式，系統(tǒng)控制原理見圖2。

系統(tǒng)控制原理    

    4.4補充說明

    （1）廣東省細水霧標準第3.1.8條要求“一套泵組式細水霧組合分配系統(tǒng)保護的防護區(qū)和保護對象數(shù)量不應超過8個，當超過8個時應設置備用儲水量和儲氣量”。本系統(tǒng)考慮到系統(tǒng)用水由消火栓給水系統(tǒng)補水，而消火栓給水系統(tǒng)有多路可靠的外部水源，故所有工點均未設置備用儲水量。

    （2）廣東省細水霧標準第3.1.10條要求“閉式細水霧噴頭應能在一定火場溫度下動作開放，且在作用面積內的所有噴頭應同時開放”。此條屬于個性化條款，故沒有按照“所有噴頭應同時開放”執(zhí)行。

    （3）該系統(tǒng)目前正在設備招標階段，由于在我國目前尚未頒布統(tǒng)一的設計、安裝和驗收的規(guī)范和標準，只有地方規(guī)范頒布參考，建議在設備招標及今后的設計聯(lián)絡中對系統(tǒng)配置尚需進行如下優(yōu)化和細化，完善設計方案。

    ①高壓細水霧噴頭的選型應符合電氣設備用房的要求，具有良好的電氣絕緣性能。其技術資料應經過國家有關消防產品檢測機構檢測認可的產品。同時還應提供噴頭在最不利情況或最大防護區(qū)尺寸下?lián)渚韧惢馂牡南嚓P證明材料（實體火災實驗）。

    ②細水霧控制系統(tǒng)應有防誤噴的有效措施，其中滅火指令控制回路應具有防止誤動作功能，緊急釋放裝置應具有防誤操作措施，以最大限度減少誤噴的水漬損損失。

    ③高壓細水霧滅火系統(tǒng)各設備供應商標準不一，關鍵部件參數(shù)難以統(tǒng)一，因專業(yè)性強，設計及施工應由專門資質的單位承擔。

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