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【摘 要】本文结合地铁火灾类型的特点，对细水雾灭火系统进行分析，初步探讨了细水雾系统在地铁中应用的可行性。
【关键词】：细水雾；自动灭火系统；地铁
Discuss application of water mist fire extinguishing system in metro
Feng Teng-fei
(Guangzhou Metro General Corporation Guangzhou Guangdong 510380)
【Abstract】In this paper, the characteristics of subway fire type, water mist fire extinguishing system for analysis of water mist system discussed the feasibility of applying in the subway.
【Key words】Water mist;Automatic fire extinguishing system;Metro
1. 地铁火灾类型分析
1.1 地铁主要设备管理用房保护范围。
1.1.1 弱电设备类:通信设备室(含电源室),信号设备室(含电源室),综合控制室(主控设备室),屏蔽门控制室,PIDS(乘客信息系统)设备房等。
1.1.2 低压电气设备类(400V以下):0.4 KV开关柜室,环控电控室,跟随式降压变电。
1.1.3 高压电气设备类:1500V直流开关柜室,与1500V直流开关柜室合建的33 KV开关柜室,变电所的控制室,干式整流变压器室等。
1.1.4 油浸式变压器主变电站:室内主变压器室。
1.2 保护对象的火灾类型及特点。
地铁车站设备管理用房以静态可燃物为主,随着时间变化可燃物总量不会有较大的改变。管理用房的装修材料如墙体、天花吊顶、地面装饰材料、防静电地板等均为不燃材料;可燃物主要是设备自身、电线电缆等,火灾类型为A类固体火灾及C类电气火灾。
弱电类电气设备可能引发火灾的因素主要是供电系统线路的短路。但通常来说这类设备电容量较小,发生火灾的机率较低,火灾扩散的危险性也较低。
对于高低压电器设备来说,引发火灾的主要因素是设备过载、电弧现象、线路短路等引起局部发热而导致设备及电缆的自燃。由于高低压设备承载着地铁列车的运行以及全部机电设备系统的供电负荷,电容量很大,火灾危险性高,火灾扩散的速度较快,一旦发生火灾对地铁的正常运行将带来很大的影响。
地铁的主变电站一般为独立设置的地面建筑,每个主变电站设两间变压器室;一台设备火灾时可由另一台变压器为地铁供电。油浸式电力变压器火灾主要是B类液体火灾及C类电气火灾,火灾危险性较高,但对地铁运营的影响较小。
2. 细水雾灭火系统的定义和灭火原理
2.1 定义。
2.1.1 细水雾灭火系统：有一个或多个细水雾喷头、供水管网、加压供水设备及相关控制装置等组成，能在发生火灾时向保护对象或空间喷放细水雾并产生扑灭、抑制、或控制火灾效果的自动系统。
2.1.2 细水雾：在喷头最小额定工作压力下喷放，距离喷头轴线向下1m的平面进行测量，雾滴粒径Dv0.99小于1000μm，且Dv0.50小于300μm的水雾雾滴。
2.1.3 雾滴粒径Dvf：特定雾滴粒径体积与全部体积的比值为f时的雾滴粒径，即：雾滴由粒径为零到这一代表粒径的累积体积与全部体积的比值等于f时的水滴粒径。如，Dv0.50表示雾滴的直径处于中间位置，也就是说，全部雾滴中的百分之五十是以小于该雾滴直径的形式而喷射出来的，而其余百分之五十的雾滴是以大于该雾滴直径的形式喷射出来的。
2.2 灭火原理。
细水雾的灭火原理是冷却作用和窒息作用并存，冷却作用因水滴粒径的减少，单位体积水的表面积加大，水与火场的热量交换加快，使火灾现场尽快降温，而起到灭火的作用；水吸热后迅速汽化变成蒸汽，其体积增大1700倍，因细水雾系统吸热速度比自动喷水和水喷雾系统快，产生的水蒸气更多，可稀释和降低火场周围的氧气浓度，导致缺氧，从而起到窒息灭火作用。
3. 细水雾系统在地铁中应用的可行分析
细水雾灭火技术是20世纪90年代中后期快速发展起来的,已逐步得到了国内外消防界的认可,在国外的地铁线路中已有了较多的工程应用实例。由于车站电缆隧道防护区容积很大,如采用气体灭火系统,将会造成钢瓶室面积的成倍增长。在地下空间要解决面积如此大的设备用房几乎是不可能的。在车站站台隧道这类非封闭空间,也不能采用气体灭火系统控制火灾。因此在以车站电缆隧道等大容积防护区或车站公共区等非封闭空间为保护对象、以灭火或控火为目标的自动灭火系统,采用泵组式高压细水雾灭火系统具有比较大的优势。高压泵组的工作压力一般在10~12 MPa。水通过喷头的微型喷嘴以相对于周围空气很高的速度被释放。由于水与空气的速度差而被撕裂形成水微粒,单位体积水的表面增加约1000倍,可以提供更高效的吸热能力,对降低火场温度非常有利。水雾向火场喷射时,迅速转变成水蒸气,相比液态水体积膨胀约1700倍,可稀释火场内的氧气并阻止外围氧气进入;同时由于水蒸气在火场周围形成一层防护罩,可以减少火场的辐射热对周围的影响,将火灾控制在一定范围内。当运行在隧道中的列车失火时,如列车动力未丧失,一般的运营模式是将列车开至前方车站后进行人员疏散和救援。在这种情况下,可开启细水雾灭火系统,通过设在车站站台边缘、隧道顶部、轨道中间的开式喷头,向失火列车喷洒水雾,使其在站台边缘形成一道屏蔽,阻止火灾向车站蔓延;还可大幅降低火场的温度控制火势,保护人员疏散通道,使消防人员和车站管理人员组织更有效的乘客疏散,并靠近火场进行灭火。雾滴直径小于150μm的Ⅰ级水雾具有良好的电绝缘性,可用于保护电气设备。试验证明,Ⅰ级水雾对于扑灭B类火灾有非常好的灭火效果,可以防止火灾蔓延及复燃;同时细水雾还可在一定程度上降低火灾中的烟气含量及毒性。这些对于扑救火灾和确保人员安全逃离火灾现场都非常重要,大大提高了地铁的综合防灾能力。
由于细水雾的灭火机理综合了冷却、窒息、隔热三种作用,泵组式系统可以持续向火灾区域释放灭火剂,但水量仅为传统水消防系统的十分之一,因此可根据保护对象灵活设计为全淹没或局部应用系统。这对于A类火灾包括深位火灾、B类及C类火灾,都具有良好的灭火、抑火、控火效果。由于细水雾灭火系统的高效冷却及可持续灭火能力能大大降低火场温度,防止火灾的复燃,对阴燃也可起到阻断的作用。相比气体灭火系统,它更适用于地铁的油浸式变压器主变电站;同时,还可应用于封闭及非封闭空间,扩大防护区范围和容积不会引起水泵设备用房土建结构费用的大幅增加;在保护车站重要设备的同时,还可确保人员疏散通道的安全,将火灾控制在一定范围内,使消防人员实施更有效的灭火和组织救援。对兼有A类固体火灾、B类液体火灾、C类电气火灾三种类型的复合型火灾,制定全方位的地铁灭火系统保护措施,细水雾灭火系统可提供较全面的解决方案。
4. 小结
细水雾灭火系统与以灭火浓度为基本设计参数的气体灭火系统以及以喷水强度为设计参数的水喷淋系统的设计方法不同。它的灭火效果取决于很多因素。因此,在NFPA750《Standardon Water Mist Fire Protection Systems》中,也没有明确的该系统的基本设计参数。这对设计人员的综合能力提出了更高的要求。细水雾系统的设计是一个针对不同产品的个性化设计,需综合考虑如水质要求,保护对象的火灾类别,喷嘴的流量特性,防护区及设备的几何尺寸,如何对大空间进行分区,被保护设备的布置及防护区内综合管线情况,喷头的保护半径、间距及其与保护对象的距离要求等诸多因素,才能确定系统选型和喷头的布置等参数;同时还需要解决控制系统的误动作问题以降低冷态下的水渍损失,以及系统的安装难度、在实际运行过程中的维护保养等问题。最为重要的是,在进行系统设计的同时,还必须深入了解产品的特性,针对实际应用情况进行全尺寸的系统火灾测试,制定详细的测试方法, 明确灭火系统的性能及目的,以确保并验证系统设计的正确性。
细水雾灭火系统兼具了气体灭火系统及传统水喷淋消防系统的优点并克服了两种系统的缺点,系统使用方式更加灵活。它必将得到越来越广泛的应用,成为更全面的新兴灭火技术
［文章编号］1006-7619（2011）01-07-011
【关键词】：细水雾；自动灭火系统；地铁
Discuss application of water mist fire extinguishing system in metro
Feng Teng-fei
(Guangzhou Metro General Corporation Guangzhou Guangdong 510380)
【Abstract】In this paper, the characteristics of subway fire type, water mist fire extinguishing system for analysis of water mist system discussed the feasibility of applying in the subway.
【Key words】Water mist;Automatic fire extinguishing system;Metro
1. 地铁火灾类型分析
1.1 地铁主要设备管理用房保护范围。
1.1.1 弱电设备类:通信设备室(含电源室),信号设备室(含电源室),综合控制室(主控设备室),屏蔽门控制室,PIDS(乘客信息系统)设备房等。
1.1.2 低压电气设备类(400V以下):0.4 KV开关柜室,环控电控室,跟随式降压变电。
1.1.3 高压电气设备类:1500V直流开关柜室,与1500V直流开关柜室合建的33 KV开关柜室,变电所的控制室,干式整流变压器室等。
1.1.4 油浸式变压器主变电站:室内主变压器室。
1.2 保护对象的火灾类型及特点。
地铁车站设备管理用房以静态可燃物为主,随着时间变化可燃物总量不会有较大的改变。管理用房的装修材料如墙体、天花吊顶、地面装饰材料、防静电地板等均为不燃材料;可燃物主要是设备自身、电线电缆等,火灾类型为A类固体火灾及C类电气火灾。
弱电类电气设备可能引发火灾的因素主要是供电系统线路的短路。但通常来说这类设备电容量较小,发生火灾的机率较低,火灾扩散的危险性也较低。
对于高低压电器设备来说,引发火灾的主要因素是设备过载、电弧现象、线路短路等引起局部发热而导致设备及电缆的自燃。由于高低压设备承载着地铁列车的运行以及全部机电设备系统的供电负荷,电容量很大,火灾危险性高,火灾扩散的速度较快,一旦发生火灾对地铁的正常运行将带来很大的影响。
地铁的主变电站一般为独立设置的地面建筑,每个主变电站设两间变压器室;一台设备火灾时可由另一台变压器为地铁供电。油浸式电力变压器火灾主要是B类液体火灾及C类电气火灾,火灾危险性较高,但对地铁运营的影响较小。
2. 细水雾灭火系统的定义和灭火原理
2.1 定义。
2.1.1 细水雾灭火系统：有一个或多个细水雾喷头、供水管网、加压供水设备及相关控制装置等组成，能在发生火灾时向保护对象或空间喷放细水雾并产生扑灭、抑制、或控制火灾效果的自动系统。
2.1.2 细水雾：在喷头最小额定工作压力下喷放，距离喷头轴线向下1m的平面进行测量，雾滴粒径Dv0.99小于1000μm，且Dv0.50小于300μm的水雾雾滴。
2.1.3 雾滴粒径Dvf：特定雾滴粒径体积与全部体积的比值为f时的雾滴粒径，即：雾滴由粒径为零到这一代表粒径的累积体积与全部体积的比值等于f时的水滴粒径。如，Dv0.50表示雾滴的直径处于中间位置，也就是说，全部雾滴中的百分之五十是以小于该雾滴直径的形式而喷射出来的，而其余百分之五十的雾滴是以大于该雾滴直径的形式喷射出来的。
2.2 灭火原理。
细水雾的灭火原理是冷却作用和窒息作用并存，冷却作用因水滴粒径的减少，单位体积水的表面积加大，水与火场的热量交换加快，使火灾现场尽快降温，而起到灭火的作用；水吸热后迅速汽化变成蒸汽，其体积增大1700倍，因细水雾系统吸热速度比自动喷水和水喷雾系统快，产生的水蒸气更多，可稀释和降低火场周围的氧气浓度，导致缺氧，从而起到窒息灭火作用。
3. 细水雾系统在地铁中应用的可行分析
细水雾灭火技术是20世纪90年代中后期快速发展起来的,已逐步得到了国内外消防界的认可,在国外的地铁线路中已有了较多的工程应用实例。由于车站电缆隧道防护区容积很大,如采用气体灭火系统,将会造成钢瓶室面积的成倍增长。在地下空间要解决面积如此大的设备用房几乎是不可能的。在车站站台隧道这类非封闭空间,也不能采用气体灭火系统控制火灾。因此在以车站电缆隧道等大容积防护区或车站公共区等非封闭空间为保护对象、以灭火或控火为目标的自动灭火系统,采用泵组式高压细水雾灭火系统具有比较大的优势。高压泵组的工作压力一般在10~12 MPa。水通过喷头的微型喷嘴以相对于周围空气很高的速度被释放。由于水与空气的速度差而被撕裂形成水微粒,单位体积水的表面增加约1000倍,可以提供更高效的吸热能力,对降低火场温度非常有利。水雾向火场喷射时,迅速转变成水蒸气,相比液态水体积膨胀约1700倍,可稀释火场内的氧气并阻止外围氧气进入;同时由于水蒸气在火场周围形成一层防护罩,可以减少火场的辐射热对周围的影响,将火灾控制在一定范围内。当运行在隧道中的列车失火时,如列车动力未丧失,一般的运营模式是将列车开至前方车站后进行人员疏散和救援。在这种情况下,可开启细水雾灭火系统,通过设在车站站台边缘、隧道顶部、轨道中间的开式喷头,向失火列车喷洒水雾,使其在站台边缘形成一道屏蔽,阻止火灾向车站蔓延;还可大幅降低火场的温度控制火势,保护人员疏散通道,使消防人员和车站管理人员组织更有效的乘客疏散,并靠近火场进行灭火。雾滴直径小于150μm的Ⅰ级水雾具有良好的电绝缘性,可用于保护电气设备。试验证明,Ⅰ级水雾对于扑灭B类火灾有非常好的灭火效果,可以防止火灾蔓延及复燃;同时细水雾还可在一定程度上降低火灾中的烟气含量及毒性。这些对于扑救火灾和确保人员安全逃离火灾现场都非常重要,大大提高了地铁的综合防灾能力。
由于细水雾的灭火机理综合了冷却、窒息、隔热三种作用,泵组式系统可以持续向火灾区域释放灭火剂,但水量仅为传统水消防系统的十分之一,因此可根据保护对象灵活设计为全淹没或局部应用系统。这对于A类火灾包括深位火灾、B类及C类火灾,都具有良好的灭火、抑火、控火效果。由于细水雾灭火系统的高效冷却及可持续灭火能力能大大降低火场温度,防止火灾的复燃,对阴燃也可起到阻断的作用。相比气体灭火系统,它更适用于地铁的油浸式变压器主变电站;同时,还可应用于封闭及非封闭空间,扩大防护区范围和容积不会引起水泵设备用房土建结构费用的大幅增加;在保护车站重要设备的同时,还可确保人员疏散通道的安全,将火灾控制在一定范围内,使消防人员实施更有效的灭火和组织救援。对兼有A类固体火灾、B类液体火灾、C类电气火灾三种类型的复合型火灾,制定全方位的地铁灭火系统保护措施,细水雾灭火系统可提供较全面的解决方案。
4. 小结
细水雾灭火系统与以灭火浓度为基本设计参数的气体灭火系统以及以喷水强度为设计参数的水喷淋系统的设计方法不同。它的灭火效果取决于很多因素。因此,在NFPA750《Standardon Water Mist Fire Protection Systems》中,也没有明确的该系统的基本设计参数。这对设计人员的综合能力提出了更高的要求。细水雾系统的设计是一个针对不同产品的个性化设计,需综合考虑如水质要求,保护对象的火灾类别,喷嘴的流量特性,防护区及设备的几何尺寸,如何对大空间进行分区,被保护设备的布置及防护区内综合管线情况,喷头的保护半径、间距及其与保护对象的距离要求等诸多因素,才能确定系统选型和喷头的布置等参数;同时还需要解决控制系统的误动作问题以降低冷态下的水渍损失,以及系统的安装难度、在实际运行过程中的维护保养等问题。最为重要的是,在进行系统设计的同时,还必须深入了解产品的特性,针对实际应用情况进行全尺寸的系统火灾测试,制定详细的测试方法, 明确灭火系统的性能及目的,以确保并验证系统设计的正确性。
细水雾灭火系统兼具了气体灭火系统及传统水喷淋消防系统的优点并克服了两种系统的缺点,系统使用方式更加灵活。它必将得到越来越广泛的应用,成为更全面的新兴灭火技术
［文章编号］1006-7619（2011）01-07-011