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摘 要：细水雾系统的发展历程及它的技术特点，以上海同泰防灾的高压细水雾系统实体灭火实验为依据，阐述了该系统的成雾原理、灭火机理、灭火效能、工程应用范围及其与其它灭火系统的性价比。确定了该系统在电力工程系统中替代现有的其它灭火系统的可行性，展示了该系统远大的工程应用前景。
一、高压细水雾的定义及特点
1、高压细水雾定义
1.1高压细水雾：在最小设计工作压力下产生的，距喷嘴1m处的平面上，雾滴累积体积分布参数Dv0.99<400μm的水雾。
1.2高压细水雾设计依据
《细水雾灭火系统设计标准》美国NFPA750-2006
《细水雾灭火系统设计、安装标准》欧洲 CEN191-2008
《细水雾灭火系统设计、施工及验收规范》浙江DB33/1010-2002
《北京市、江苏、湖北、山西、河南、广东等地方性标准
《火力发电厂与变电所防火设计规范》
《钢铁冶金企业防火设计规范》
上海《油浸式电力变压器火灾报警与灭火系统技术规程》
国家《细水雾系统技术规范》（报批稿）
二、高压细水雾系统的定义及特点
2.1安全环保：以水为灭火剂，对环境、保护对象均无损害和污染，可适用于有人的场所。
2.2高效灭火：遇火后细水雾立刻汽化，迅速降温，冷却速度比一般喷淋系统快100倍。高压单流体细水雾还具有穿透性，可以解决全淹没和遮挡的问题，阻复燃能力强。
2.3净化烟气：能净化烟雾和废气，提高能见度，减小烟粒对人体的损伤，有利于人员安全疏散和消防队员的灭火救援工作。
2.4屏蔽热辐射：对热辐射有很好的屏蔽作用，达到防止火灾蔓延、迅速控制火势的最佳效果。
2.5水渍损失小：用水量仅为水喷淋的1-5%，避免了大量的排水对设备的损坏和对环境的二次污染，且有利于火灾现场调查取证。
2.6可靠性高：系统安装完成后可对系统进行模拟检验，以增加系统动作的可靠性。
2.7即时喷放：无须预警时间。
2.8系统寿命长：所用泵组、阀门和管件均采用耐腐蚀材料。
2.9配制灵活：作为局部系统，保护独立的设施或其某一部分；作为全淹没系统，保护整个空间。
2.10安装简便：与传统的灭火系统相比，管道管径小，使安装费用也相应降低。
2.11维护方便：仅以水为灭火剂，在备用状态下为常压，日常维护工作量和费用大大降低。
2.12电绝缘性：具有良好的电气绝缘性能，扑救电气设备火灾安全可靠。
2.13分区灵活：可采用细水雾封堵分隔，把有形分区变为无形分区，真正实现大空间的综合利用。
2.14扩容性好：非常适合新建、扩建、改建工程的分步实施。
2.15成本较低：节约大量的灭火资源，投入资金低。
三、灭火机理
细水雾灭火系统成功的关键，是增加单位体积水微粒的表面积。而表面积的增大，更容易进行热吸收，冷却燃烧反应。吸收热的水微粒容易汽化，体积增大约1700倍。由于水蒸汽的产生，既稀释了火焰附近氧气的浓度，窒息了燃烧反应，又有效地控制了热辐射。可以认为，细水雾灭火主要是通过高效率的冷却与缺氧窒息的双重作用。
高压细水雾灭火机理
3.1. 高效吸热作用：由于细水雾的雾滴直径很小，相对表面积较一般水滴大1700～5800倍，在汽化的过程中，从燃烧物表面或火灾区域吸收大量的热量。按100℃水的蒸发潜热为2257kJ/kg计，每只喷头喷出的水雾吸热功率约为300KW。实验证明直径越小，水雾单位面积的吸热量越大，雾滴速度越快，直径越小，热传速率越高。
3.2. 窒息作用：细水雾喷入火场后，迅速蒸发形成蒸汽，体积急剧膨胀，降低氧体积分数，在燃烧物周围形成一道屏障阻挡新鮮空气的吸入。随着水的迅速汽化，水蒸气含量将迅速增大，同时氧含量在火源周围空间减小到16%～18%时，火焰将被窒息。
3.3. 阻隔辐射热作用：高压细水雾喷入火场后，蒸发形成的蒸汽迅速将燃烧物、火焰和烟羽笼罩，对火焰的辐射热具有极佳的阻隔能力，能够有效抑制辐射热引燃周围其它物品，达到防止火焰蔓延的效果。水雾对辐射的衰减作用还可以用来保护消防队员的生命。
3.4. 浸润作用：颗粒大冲量大的雾滴会冲击到燃烧物表面，从而使燃烧物得到浸湿，阻止固体挥发可燃气体的进一步产生，达到灭火和防止火灾蔓延的目的。
四、高压细水雾与其他几种灭火系统比较具有的优点
目前常用的灭火系统主要有二氧化碳、七氟丙烷，烟烙尽、气溶胶以及细水雾，这5类灭火剂及灭火系统都各有优势和不完备之处。
4.1． 保护环境方面
作为哈龙灭火剂替代物，环保性强弱是重要的参考指标。通常情况下，最大程度满足以下三个条件的灭火剂就可成为哈龙灭火剂替代物的首选：
（1） 对臭氧层（O3）不破坏，即臭氧耗损潜能值（ODP）为零；
（2） 不产生温室效应或温室效应不明显，即全球温室效应值（GWP）为零或很小；
（3） 合成物在大气中的存活寿命短，即在大气中的存留时间（ALT）越小越好。
4.1.1二氧化碳和七氟丙烷（HFC－227ea）不会破坏臭氧层，但是二氧化碳存在温室效应，七氟丙烷（HFC－227ea）在大气中的存活寿命较长，美、英等国已将其列入受控使用计划之列，不宜作长期替代物考虑。
4.1.2烟烙尽即惰性气体灭火剂，不存在温室效应，不破坏臭氧层，也不会产生具有长久大气寿命的化学物质，基本上属于“ 零污染”。这主要得益于烟烙烬是由三种自然界的气体：氮气、氩气和二氧化碳混合而成，取自大自然，回归大自然。
4.1.3气溶胶是液体或固体微粒悬浮于气体分散介质中形成的一种溶胶。产物中的固体颗粒主要是金属氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐，且大部分微粒粒径皆小于1微米，占90%以上；气体主要是氮气，少量的二氧化碳气体和水蒸气，因此气溶胶灭火剂不会破坏臭氧层，几乎不产生温室效应，对环境无污染。
可见，单从环境影响因素来看，烟烙尽、细水雾和气溶胶明显优于另外两种气体灭火剂灭火剂，在消防工程中，可以结合实际，优先采用。
4.2 保护生命方面
在熊熊大火中，烈火浓烟，缺氧的环境中对人的生命构成了严重威胁，灭火剂在有效灭火的同时，必须实现对生命的最大限度的保护。
4.2.1七氟丙烷虽然本身毒性不大，但其明焰下产生的氢氟酸分解物有一定的毒性，有强烈的辛辣气味，刺激人的呼吸和眼睛，灭火时形成的雾气，影响视线，妨碍人员逃生和救助。
4.2.2从二氧化碳气体的窒息作用对人体有致命危害，其最小设计灭火浓度（34%）大大超过了人的致死浓度，危险性极大，在经常有人的场所不宜使用。如必须使用，在气体释放前，人员必须迅速撤离现场。
4.2.3烟烙尽的灭火机理与二氧化碳相同，也是把药剂喷放到封闭空间内，降低氧的浓度，窒息燃烧扑灭火灾。但是烟烙尽药剂是由52%氮气、40%氩气和8%的二氧化碳气体组成，它掺入了合适的气体混合物，使得人们在缺氧的环境中还可以维持呼吸。通常状况下，房间内空气中氧气含量为21%，二氧化碳的含量约为1%。当喷入烟烙尽灭火剂之后，其房间内氧气的浓度降至约12.5%，而二氧化碳的浓度则上升至2%～5%。
4.2.4气溶胶灭火是靠自身的燃烧反应所产生的气溶剂来扑灭火灾的。在气溶胶的配方中自带有氧化剂，反应时不依赖空气中的氧气，空气中氧的浓度不会降低，对人没有危害。不过，气溶胶释放后会形成浓重的烟雾，能见度极低，影响了火场人员的逃生，这也正是气溶胶现代灭火剂的最大缺陷。
4.2.5高压单流体细水雾能净化烟雾和废气，提高能见度，减小烟粒对人体的损坏，有利于人员安全疏散和消防队员的灭火救援工作。可以大大降低火灾中的烟气体积百分比及毒性，而且以水为介质对人体无任何危害，有利于火场人员逃生的有利条件。可见，细水雾在保护人员安全方面有显著的特点。
从以上分析可以看出在保护生命方面，烟烙尽和细水雾具有优势，尤其是细水雾优势较为明显，而七氟丙烷、二氧化碳和气溶胶同时存在有一定的缺陷，不适用在有大量人员密集场所。
4.3 保护财产方面
这五类灭火剂灭火后均可保证防护区内不污染、无残留物、性能稳定、与设备相容性好，但这五类灭火剂对一定的设备灭火，还是有区别的。
4.3.1二氧化碳按储存压力的不同分为高压、低压二氧化碳灭火系统。当二氧化碳喷射时，使得周围环境温度大大降低，空气中的水分冷凝，成为极浓的水雾，会对昂贵的电子设备造成严重的污损。水中溶解了二氧化碳及碳酸，足以对磁介质造成危害。同时，高压二氧化碳储压较高，充装密度60%～68%，设计压力为15.0Mpa，灭火剂释放时容易造成围护结构和被保护物的损害。
4.3.2七氟丙烷在灭火过程中分解出的氢氟酸虽为弱酸，但对保护对象的金属、玻璃表面会产生腐蚀。灭火后需及时清洗现场。如果设计浓度和灭火时间控制得当，HF对环境的危害可以有所降低。
4.3.3烟烙尽在释放时，喷放出的气体不会产生雾或露结，因此受保护的设备、财产和人都不会产生二次伤害。但是，烟烙尽气体是以纯气态的形式储存的，为了使气体钢瓶中能尽量多储存一些气体，就必须用较高的压力使气体尽量压缩，故烟烙尽属于高压储存，容器压力高达15MPa，灭火剂释放时容易造成围护结构和被保护物的损害。
4.3.4气溶膠灭火剂在释放过程中需要经过燃烧反应，产生的高温会造成一定的危害，同时悬浮于空气中的粉尘呈电中性，虽容易清除，但残留的微粒尘中含有的金属氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐，在遇到水分时呈弱碱性，对特定的设备也可造成一定的损害。
五、结论
从对人员安全、环保、灭火性能等几个方面综合考虑，细水雾作为新一代洁净灭火剂，具有良好的发展前景。随着人们对细水雾的关注及推广，细水雾自动灭火系统在电力系统中的的应用将更加广泛，使人民的生命、财产得到更有力的保障。500千伏上海世博地下变电站高压细水雾是最好的应用实例。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
一、高压细水雾的定义及特点
1、高压细水雾定义
1.1高压细水雾：在最小设计工作压力下产生的，距喷嘴1m处的平面上，雾滴累积体积分布参数Dv0.99<400μm的水雾。
1.2高压细水雾设计依据
《细水雾灭火系统设计标准》美国NFPA750-2006
《细水雾灭火系统设计、安装标准》欧洲 CEN191-2008
《细水雾灭火系统设计、施工及验收规范》浙江DB33/1010-2002
《北京市、江苏、湖北、山西、河南、广东等地方性标准
《火力发电厂与变电所防火设计规范》
《钢铁冶金企业防火设计规范》
上海《油浸式电力变压器火灾报警与灭火系统技术规程》
国家《细水雾系统技术规范》（报批稿）
二、高压细水雾系统的定义及特点
2.1安全环保：以水为灭火剂，对环境、保护对象均无损害和污染，可适用于有人的场所。
2.2高效灭火：遇火后细水雾立刻汽化，迅速降温，冷却速度比一般喷淋系统快100倍。高压单流体细水雾还具有穿透性，可以解决全淹没和遮挡的问题，阻复燃能力强。
2.3净化烟气：能净化烟雾和废气，提高能见度，减小烟粒对人体的损伤，有利于人员安全疏散和消防队员的灭火救援工作。
2.4屏蔽热辐射：对热辐射有很好的屏蔽作用，达到防止火灾蔓延、迅速控制火势的最佳效果。
2.5水渍损失小：用水量仅为水喷淋的1-5%，避免了大量的排水对设备的损坏和对环境的二次污染，且有利于火灾现场调查取证。
2.6可靠性高：系统安装完成后可对系统进行模拟检验，以增加系统动作的可靠性。
2.7即时喷放：无须预警时间。
2.8系统寿命长：所用泵组、阀门和管件均采用耐腐蚀材料。
2.9配制灵活：作为局部系统，保护独立的设施或其某一部分；作为全淹没系统，保护整个空间。
2.10安装简便：与传统的灭火系统相比，管道管径小，使安装费用也相应降低。
2.11维护方便：仅以水为灭火剂，在备用状态下为常压，日常维护工作量和费用大大降低。
2.12电绝缘性：具有良好的电气绝缘性能，扑救电气设备火灾安全可靠。
2.13分区灵活：可采用细水雾封堵分隔，把有形分区变为无形分区，真正实现大空间的综合利用。
2.14扩容性好：非常适合新建、扩建、改建工程的分步实施。
2.15成本较低：节约大量的灭火资源，投入资金低。
三、灭火机理
细水雾灭火系统成功的关键，是增加单位体积水微粒的表面积。而表面积的增大，更容易进行热吸收，冷却燃烧反应。吸收热的水微粒容易汽化，体积增大约1700倍。由于水蒸汽的产生，既稀释了火焰附近氧气的浓度，窒息了燃烧反应，又有效地控制了热辐射。可以认为，细水雾灭火主要是通过高效率的冷却与缺氧窒息的双重作用。
高压细水雾灭火机理
3.1. 高效吸热作用：由于细水雾的雾滴直径很小，相对表面积较一般水滴大1700～5800倍，在汽化的过程中，从燃烧物表面或火灾区域吸收大量的热量。按100℃水的蒸发潜热为2257kJ/kg计，每只喷头喷出的水雾吸热功率约为300KW。实验证明直径越小，水雾单位面积的吸热量越大，雾滴速度越快，直径越小，热传速率越高。
3.2. 窒息作用：细水雾喷入火场后，迅速蒸发形成蒸汽，体积急剧膨胀，降低氧体积分数，在燃烧物周围形成一道屏障阻挡新鮮空气的吸入。随着水的迅速汽化，水蒸气含量将迅速增大，同时氧含量在火源周围空间减小到16%～18%时，火焰将被窒息。
3.3. 阻隔辐射热作用：高压细水雾喷入火场后，蒸发形成的蒸汽迅速将燃烧物、火焰和烟羽笼罩，对火焰的辐射热具有极佳的阻隔能力，能够有效抑制辐射热引燃周围其它物品，达到防止火焰蔓延的效果。水雾对辐射的衰减作用还可以用来保护消防队员的生命。
3.4. 浸润作用：颗粒大冲量大的雾滴会冲击到燃烧物表面，从而使燃烧物得到浸湿，阻止固体挥发可燃气体的进一步产生，达到灭火和防止火灾蔓延的目的。
四、高压细水雾与其他几种灭火系统比较具有的优点
目前常用的灭火系统主要有二氧化碳、七氟丙烷，烟烙尽、气溶胶以及细水雾，这5类灭火剂及灭火系统都各有优势和不完备之处。
4.1． 保护环境方面
作为哈龙灭火剂替代物，环保性强弱是重要的参考指标。通常情况下，最大程度满足以下三个条件的灭火剂就可成为哈龙灭火剂替代物的首选：
（1） 对臭氧层（O3）不破坏，即臭氧耗损潜能值（ODP）为零；
（2） 不产生温室效应或温室效应不明显，即全球温室效应值（GWP）为零或很小；
（3） 合成物在大气中的存活寿命短，即在大气中的存留时间（ALT）越小越好。
4.1.1二氧化碳和七氟丙烷（HFC－227ea）不会破坏臭氧层，但是二氧化碳存在温室效应，七氟丙烷（HFC－227ea）在大气中的存活寿命较长，美、英等国已将其列入受控使用计划之列，不宜作长期替代物考虑。
4.1.2烟烙尽即惰性气体灭火剂，不存在温室效应，不破坏臭氧层，也不会产生具有长久大气寿命的化学物质，基本上属于“ 零污染”。这主要得益于烟烙烬是由三种自然界的气体：氮气、氩气和二氧化碳混合而成，取自大自然，回归大自然。
4.1.3气溶胶是液体或固体微粒悬浮于气体分散介质中形成的一种溶胶。产物中的固体颗粒主要是金属氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐，且大部分微粒粒径皆小于1微米，占90%以上；气体主要是氮气，少量的二氧化碳气体和水蒸气，因此气溶胶灭火剂不会破坏臭氧层，几乎不产生温室效应，对环境无污染。
可见，单从环境影响因素来看，烟烙尽、细水雾和气溶胶明显优于另外两种气体灭火剂灭火剂，在消防工程中，可以结合实际，优先采用。
4.2 保护生命方面
在熊熊大火中，烈火浓烟，缺氧的环境中对人的生命构成了严重威胁，灭火剂在有效灭火的同时，必须实现对生命的最大限度的保护。
4.2.1七氟丙烷虽然本身毒性不大，但其明焰下产生的氢氟酸分解物有一定的毒性，有强烈的辛辣气味，刺激人的呼吸和眼睛，灭火时形成的雾气，影响视线，妨碍人员逃生和救助。
4.2.2从二氧化碳气体的窒息作用对人体有致命危害，其最小设计灭火浓度（34%）大大超过了人的致死浓度，危险性极大，在经常有人的场所不宜使用。如必须使用，在气体释放前，人员必须迅速撤离现场。
4.2.3烟烙尽的灭火机理与二氧化碳相同，也是把药剂喷放到封闭空间内，降低氧的浓度，窒息燃烧扑灭火灾。但是烟烙尽药剂是由52%氮气、40%氩气和8%的二氧化碳气体组成，它掺入了合适的气体混合物，使得人们在缺氧的环境中还可以维持呼吸。通常状况下，房间内空气中氧气含量为21%，二氧化碳的含量约为1%。当喷入烟烙尽灭火剂之后，其房间内氧气的浓度降至约12.5%，而二氧化碳的浓度则上升至2%～5%。
4.2.4气溶胶灭火是靠自身的燃烧反应所产生的气溶剂来扑灭火灾的。在气溶胶的配方中自带有氧化剂，反应时不依赖空气中的氧气，空气中氧的浓度不会降低，对人没有危害。不过，气溶胶释放后会形成浓重的烟雾，能见度极低，影响了火场人员的逃生，这也正是气溶胶现代灭火剂的最大缺陷。
4.2.5高压单流体细水雾能净化烟雾和废气，提高能见度，减小烟粒对人体的损坏，有利于人员安全疏散和消防队员的灭火救援工作。可以大大降低火灾中的烟气体积百分比及毒性，而且以水为介质对人体无任何危害，有利于火场人员逃生的有利条件。可见，细水雾在保护人员安全方面有显著的特点。
从以上分析可以看出在保护生命方面，烟烙尽和细水雾具有优势，尤其是细水雾优势较为明显，而七氟丙烷、二氧化碳和气溶胶同时存在有一定的缺陷，不适用在有大量人员密集场所。
4.3 保护财产方面
这五类灭火剂灭火后均可保证防护区内不污染、无残留物、性能稳定、与设备相容性好，但这五类灭火剂对一定的设备灭火，还是有区别的。
4.3.1二氧化碳按储存压力的不同分为高压、低压二氧化碳灭火系统。当二氧化碳喷射时，使得周围环境温度大大降低，空气中的水分冷凝，成为极浓的水雾，会对昂贵的电子设备造成严重的污损。水中溶解了二氧化碳及碳酸，足以对磁介质造成危害。同时，高压二氧化碳储压较高，充装密度60%～68%，设计压力为15.0Mpa，灭火剂释放时容易造成围护结构和被保护物的损害。
4.3.2七氟丙烷在灭火过程中分解出的氢氟酸虽为弱酸，但对保护对象的金属、玻璃表面会产生腐蚀。灭火后需及时清洗现场。如果设计浓度和灭火时间控制得当，HF对环境的危害可以有所降低。
4.3.3烟烙尽在释放时，喷放出的气体不会产生雾或露结，因此受保护的设备、财产和人都不会产生二次伤害。但是，烟烙尽气体是以纯气态的形式储存的，为了使气体钢瓶中能尽量多储存一些气体，就必须用较高的压力使气体尽量压缩，故烟烙尽属于高压储存，容器压力高达15MPa，灭火剂释放时容易造成围护结构和被保护物的损害。
4.3.4气溶膠灭火剂在释放过程中需要经过燃烧反应，产生的高温会造成一定的危害，同时悬浮于空气中的粉尘呈电中性，虽容易清除，但残留的微粒尘中含有的金属氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐，在遇到水分时呈弱碱性，对特定的设备也可造成一定的损害。
五、结论
从对人员安全、环保、灭火性能等几个方面综合考虑，细水雾作为新一代洁净灭火剂，具有良好的发展前景。随着人们对细水雾的关注及推广，细水雾自动灭火系统在电力系统中的的应用将更加广泛，使人民的生命、财产得到更有力的保障。500千伏上海世博地下变电站高压细水雾是最好的应用实例。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。