高壓細(xì)水霧在地鐵設(shè)備用房滅火中的應(yīng)用

胡清華

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,湖北武漢 430063)

1 概述

隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展,城市規(guī)模越來(lái)越大,交通成為影響城市發(fā)展的重要因素。地鐵作為緩解城市交通緊張的有效工具,具有運(yùn)量大、準(zhǔn)時(shí)、快速、污染少、耗能低以及舒適便利等優(yōu)點(diǎn),正逐漸成為我國(guó)城市公共交通的重要組成部分。地鐵是典型的地下公共建筑空間,是各種災(zāi)害易發(fā)、控制極其困難、災(zāi)害損失重大的公共場(chǎng)所。在國(guó)際地鐵發(fā)展歷程中,火災(zāi)已成為比例最高的災(zāi)害,而因人員密集、難以疏散、排煙困難、常規(guī)消防力量難以施救等特點(diǎn),包括地鐵在內(nèi)的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的防火防災(zāi)技術(shù)得到國(guó)際消防界的高度重視[1]。

對(duì)地下車(chē)站重要的電氣設(shè)備用房自動(dòng)滅火方式的選擇也成為地鐵建設(shè)者和設(shè)計(jì)者反復(fù)研究和討論的問(wèn)題。

2 系統(tǒng)選擇

目前國(guó)內(nèi)地鐵使用較多的滅火劑為IG541和七氟丙烷(FM-200),細(xì)水霧系統(tǒng)作為一種清潔、環(huán)保、高效的新型滅火系統(tǒng),國(guó)外地鐵與輕軌中已有大量的應(yīng)用。該三種滅火劑亦為國(guó)際上認(rèn)可的潔凈滅火劑,下面就該三種滅火劑從幾個(gè)方面做比較。

2.1 對(duì)環(huán)境影響

FM-200是人工合成的藥劑,雖然其ODP值為零,但是其GWP值與惰性氣體相比比較高,大氣存活壽命也較長(zhǎng)。

IG451滅火劑是大自然中存在的物質(zhì),所以對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響。

細(xì)水霧滅火劑就是普通清水,對(duì)環(huán)境無(wú)影響。

2.2 在滅火過(guò)程中藥劑與火焰的反應(yīng)

IG451是靠物理窒息滅火,在與火焰接觸時(shí)無(wú)伴隨物產(chǎn)生。

細(xì)水霧滅火原理是通過(guò)冷卻、窒息、阻隔熱輻射、浸潤(rùn)等綜合作用,在與火焰接觸時(shí)無(wú)伴隨物產(chǎn)生,但細(xì)水霧滅火系統(tǒng)對(duì)滅遮擋火有一定的難度,不能完全等同全淹沒(méi)系統(tǒng)。

2.3 占地面積比較

FM-200在鋼瓶?jī)?nèi)為液體狀態(tài),設(shè)計(jì)滅火濃度8%,而IG451滅火劑儲(chǔ)存在鋼瓶?jī)?nèi)為氣體狀態(tài),設(shè)計(jì)滅火濃度在40%左右,所以在撲滅同樣體積的室內(nèi)火災(zāi)時(shí),FM-200所使用的鋼瓶數(shù)要比IG541小,氣瓶間面積也較小。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)需設(shè)置消防高壓泵房。自動(dòng)滅火系統(tǒng)占地面積比較如表1所示。

表1 自動(dòng)滅火系統(tǒng)占地面積比較

注：高壓細(xì)水霧泵房與消防泵房合設(shè)，可節(jié)約2～3 m2。

2.4 綜合投資及運(yùn)營(yíng)比較

初投資方面IG541較貴,FM-200最便宜,細(xì)水霧最貴；但FM-200及IG541屬高壓鋼瓶,需進(jìn)行6年期檢驗(yàn),FM-200充裝費(fèi)用遠(yuǎn)比IG541高。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)采用高壓水泵加儲(chǔ)水箱，一般為2～3月更換一次清水,當(dāng)采用二路水源時(shí)可不設(shè)水箱。筆者對(duì)一標(biāo)準(zhǔn)車(chē)站均采用國(guó)外同檔次進(jìn)口產(chǎn)品進(jìn)行造價(jià)比較,結(jié)果如表2所示。

表2 自動(dòng)滅火綜合造價(jià)比較

2.5 輸送距離

FM-200(4.2 MPa)輸送距離在50 m以?xún)?nèi)；IG541和細(xì)水霧滅火系統(tǒng)輸送距離均比FM-200遠(yuǎn)得多,因此IG541和細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上可以更靈活。

三種滅火劑均可滅A、B、C類(lèi)及電氣火災(zāi),但細(xì)水霧滅火系統(tǒng)對(duì)人無(wú)傷害,適用于有人的場(chǎng)所。三種滅火劑的其他性能比較見(jiàn)表3。

表3 自動(dòng)滅火系統(tǒng)綜合比較

根據(jù)上述條件，選用了三種滅火藥劑作比較,鹵代烴氣體類(lèi)和惰性氣體類(lèi)及高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)在功能上都能滿足地鐵工程的使用要求[2],細(xì)水霧滅火系統(tǒng)也有一定的優(yōu)勢(shì)。且在實(shí)際實(shí)施中設(shè)備房間需要設(shè)置泄壓口,高壓鋼瓶也存在一定的安全隱患。高壓細(xì)水霧系統(tǒng)作為一種新型的自動(dòng)滅火方式,在上海地鐵十一號(hào)線的公共區(qū)和設(shè)備房、十號(hào)線的軌行區(qū)、6號(hào)線的控制大廳、廣州地鐵的珠江新城旅客自動(dòng)輸送系統(tǒng)的設(shè)備房均成功應(yīng)用。目前在杭州地鐵、無(wú)錫地鐵、長(zhǎng)沙地鐵的建設(shè)中也擬采用高壓細(xì)水霧系統(tǒng)。公安部的相關(guān)文件也推薦在地鐵火災(zāi)防治中采用高壓細(xì)水霧系統(tǒng)[3]。

3 高壓細(xì)水霧對(duì)電氣類(lèi)火災(zāi)的適應(yīng)性分析

目前國(guó)內(nèi)對(duì)高壓細(xì)水霧對(duì)帶電電氣用房可能出現(xiàn)跳閘、漏電、集水等狀況存在一定的疑慮,這是導(dǎo)致高壓細(xì)水霧系統(tǒng)不能迅速推廣的主要因數(shù)。國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)針對(duì)細(xì)水霧撲救電氣類(lèi)火災(zāi)做過(guò)大量研究工作。

作為浪卡子縣食品藥品監(jiān)管局主要負(fù)責(zé)人，白瑪群宗時(shí)刻把人民群眾的飲食用藥安全記在心上。她主持開(kāi)展全縣創(chuàng)建藥品安全示范縣相關(guān)工作，從縣政府爭(zhēng)取資金為98個(gè)村衛(wèi)生室和10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院藥庫(kù)、藥房配備了設(shè)施設(shè)備，積極開(kāi)展藥品安全示范縣創(chuàng)建和相關(guān)培訓(xùn)。2013年浪卡子縣獲評(píng)“西藏自治區(qū)級(jí)藥品安全示范縣”。白瑪群宗并沒(méi)有就此滿足，再次從縣政府爭(zhēng)取資金，為10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院配備了電腦、打印機(jī)等設(shè)施設(shè)備和藥品不良反應(yīng)上報(bào)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)費(fèi)，并開(kāi)展了相關(guān)培訓(xùn)，填補(bǔ)了藥品不良反應(yīng)報(bào)告從鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí)上報(bào)到縣一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動(dòng)空白。

ABB Stromberg研究中心的帶電噴放細(xì)水霧試驗(yàn)表明,一部分細(xì)水霧霧滴會(huì)快速氣化,一部分細(xì)水霧霧滴長(zhǎng)時(shí)間地懸停在空中,只有極少部分的細(xì)水霧滴落到電子電氣設(shè)備的表面。高壓細(xì)水霧對(duì)帶設(shè)備的正常工作無(wú)影響。

美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)進(jìn)行的設(shè)備機(jī)房細(xì)水霧試驗(yàn)證明,這類(lèi)場(chǎng)所的火災(zāi)通常較小且生長(zhǎng)緩慢,對(duì)財(cái)產(chǎn)和設(shè)備的最大威脅是腐蝕性煙氣在設(shè)備中的蔓延傳播。細(xì)水霧應(yīng)用于這些場(chǎng)所,不會(huì)對(duì)控制面板或者控制設(shè)備造成漏電。

從這些研究表明,高壓細(xì)水霧系統(tǒng)在電氣設(shè)備用房的滅火中存在較高的安全性和保障性。

4 地鐵設(shè)備用房應(yīng)用方案

在高壓細(xì)水霧系統(tǒng)中主要有三種形式：開(kāi)式系統(tǒng)、閉式系統(tǒng)、預(yù)作用系統(tǒng)。開(kāi)式和預(yù)作用系統(tǒng)在分區(qū)控制閥至噴頭前全無(wú)水,電氣房間內(nèi)的管道是干式的,比較適合在地鐵車(chē)站設(shè)備用房中使用。閉式系統(tǒng)因管道常年有壓充水,不宜在設(shè)備房間中使用。國(guó)外諸如馬德里地鐵、國(guó)內(nèi)上海地鐵十一號(hào)線、廣州地鐵的珠江新城旅客自動(dòng)輸送系統(tǒng)均采用開(kāi)式系統(tǒng)為主的系統(tǒng)形式。

弱電和低壓房間推薦采用開(kāi)式系統(tǒng)；開(kāi)式系統(tǒng)反應(yīng)較快,采用類(lèi)似淹沒(méi)式的滅火方式,有較好的滅火效果,從多個(gè)廠家的滅火試驗(yàn)來(lái)看,均能短期快速有效的滅火。

變電所的高壓房間推薦采用預(yù)作用系統(tǒng),預(yù)作用系統(tǒng)與開(kāi)式系統(tǒng)的主要區(qū)別在于采用了閉式噴頭,單個(gè)噴頭流量較大,但進(jìn)一步了提高系統(tǒng)的安全性。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和滅火效果應(yīng)選用快速相應(yīng)噴頭,采用開(kāi)啟溫度為57 ℃,RTI≤50(m·s)0.5的閉式噴頭。但是預(yù)作用系統(tǒng)設(shè)計(jì)需注意的是對(duì)于大于140 m2(或80 m2,根據(jù)不同廠家的噴頭K值而異)會(huì)引起流量過(guò)大,需增加泵組數(shù)量,引起整體投資增加等問(wèn)題。

參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)CEA4001《水噴淋系統(tǒng)：設(shè)計(jì)與安裝》5.4條規(guī)定：“吊頂或架空地板等隱蔽區(qū)域的高度超過(guò)0.8 m時(shí),應(yīng)設(shè)置水噴淋系統(tǒng)保護(hù)。如果吊頂或地板隱蔽區(qū)域的高度不大于0.8 m,除非內(nèi)部有可燃物或者吊頂(或地板)由可燃材料制作,否則不需水噴淋系統(tǒng)保護(hù)[8]。地鐵車(chē)站吊頂以上高度一般為1 200 mm左右,且吊頂內(nèi)一般有風(fēng)管,各種電器的橋架,電纜等,故推薦采用開(kāi)式系統(tǒng)保護(hù)[9]。而靜電底板下一般高度為0.3 m或0.45 m,且電纜等數(shù)量較少,故可采用不保護(hù),以節(jié)約投資。

5 關(guān)于幾點(diǎn)爭(zhēng)議的看法和對(duì)策

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)對(duì)于高壓細(xì)水霧的滅火效果、隔離輻射、降低火災(zāi)場(chǎng)溫度、凈化空氣、防止火災(zāi)和煙氣蔓延等主要效果都能取得廣泛的認(rèn)同,主要存在漏電、誤噴、滅火后次生災(zāi)害的影響、400 V開(kāi)關(guān)柜室極低概率跳閘等現(xiàn)象存在的爭(zhēng)議。

5.1 關(guān)于次生災(zāi)害的分析

關(guān)于次生災(zāi)害指的主要就是滅火后,能迅速的恢復(fù)使用,國(guó)內(nèi)外的權(quán)威的消防部門(mén)和消防研究中心做過(guò)大量的驗(yàn)證性的試驗(yàn)均得到較好的效果。

公安部天津消防所進(jìn)行的交流耐壓性能試驗(yàn)表明,在額定電壓110～220 kV的條件下,高壓細(xì)水霧噴射一分鐘不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)。試驗(yàn)布置如圖1所示。

圖1 交流耐壓性能試驗(yàn)布置

高壓細(xì)水霧在地鐵設(shè)備用房安全性試驗(yàn)表明,高壓細(xì)水霧作用于35 kV等級(jí)交流耐壓試驗(yàn)、帶電直流牽引電氣設(shè)備(防護(hù)等級(jí)為零),直接噴放試驗(yàn)時(shí)均未發(fā)生設(shè)備短路或故障現(xiàn)象。高壓細(xì)水霧作用于帶電狀態(tài)下的直流牽引設(shè)備后,柜體對(duì)地絕緣經(jīng)簡(jiǎn)易處理后,能夠10 min內(nèi)迅速恢復(fù)[3～4]。

整流器(防護(hù)等級(jí)為零)帶電噴放后人工恢復(fù)絕緣試驗(yàn)記錄如表4所示。

表4 整流器帶電噴放后人工恢復(fù)絕緣試驗(yàn)

5.2 關(guān)于誤噴的分析

對(duì)于氣體滅火和高壓細(xì)水霧都存在極小概率的誤噴可能性,在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施盡量避免誤噴現(xiàn)象的發(fā)生,對(duì)于高壓細(xì)水霧系統(tǒng)主要采用了以下措施：

①采用雙路報(bào)警,一路煙感、一路溫感以提高報(bào)警的可靠性。

②控制系統(tǒng)一般采用自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和緊急控制三種模式,而且一般設(shè)置0～30 s(時(shí)間可調(diào))的延遲時(shí)間,可通過(guò)人工或視頻確認(rèn)后緊急止動(dòng)。

③對(duì)于負(fù)責(zé)牽引、消防供電的主要變電所房間采用預(yù)作用系統(tǒng)閉式噴頭,進(jìn)一步降低了系統(tǒng)誤噴的可能性。

5.3 關(guān)于400 V開(kāi)關(guān)柜室極低概率跳閘的對(duì)策

國(guó)外類(lèi)似工程中有觀察到400 V開(kāi)關(guān)柜室在滅火中存在極低概率(低于5%)跳閘現(xiàn)象,國(guó)內(nèi)現(xiàn)未觀察到類(lèi)似現(xiàn)象。因地鐵車(chē)站的消防部分采用雙電源、雙回路供電,可考慮將400 V開(kāi)關(guān)柜房間拆分(或隔離)成二個(gè)房間,在考慮一處著火情況下,不會(huì)同時(shí)對(duì)二個(gè)房間產(chǎn)生噴射滅火。無(wú)錫地鐵二號(hào)線現(xiàn)采用此種方案,在合理的布置設(shè)備和檢修門(mén)的情況下,對(duì)土建面積影響很小。

6 結(jié)論

通過(guò)分析和比較,提出了高壓細(xì)水霧在地鐵設(shè)備管理用房中應(yīng)用的合理性和可靠性,提出了一些指導(dǎo)設(shè)計(jì)的思路和依據(jù)。根據(jù)細(xì)水霧系統(tǒng)技術(shù)水平的發(fā)展和應(yīng)用前景,可以說(shuō)這必然是今后地鐵自動(dòng)滅火系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作為一種既高效又節(jié)能的滅火方式,應(yīng)將其用于替代氣體滅火在地鐵的設(shè)備管理用房使用。

[1]金 磊.城市安全之道[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007

[2]公消[2008]449 關(guān)于印發(fā)《高壓細(xì)水霧在地鐵火災(zāi)防治中的應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)會(huì)議紀(jì)要》的通知[Z]

[3]同濟(jì)安泰工程防災(zāi)研發(fā)中心.高壓細(xì)水霧保護(hù)弱電及低壓電氣防護(hù)空間應(yīng)用試驗(yàn)報(bào)告[R].上海：同濟(jì)安泰工程防災(zāi)研發(fā)中心，2008

[4]同濟(jì)安泰工程防災(zāi)研發(fā)中心.地鐵電氣場(chǎng)所高壓細(xì)水霧保護(hù)應(yīng)用試驗(yàn)報(bào)告[R].上海：同濟(jì)安泰工程防災(zāi)研發(fā)中心，2009

[5]劉 鈞.高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在地鐵消防中的適用性分析[J].21世紀(jì)：理論實(shí)踐探索，2010(5)：231-233

[6]DGJ32/J 09—2005 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程[S]

[7]GB 50490—2009 城市軌道交通技術(shù)規(guī)范[S]

[8]CEA 4001—2009 Sprinkler Systems： Planning and Installation

[9]Marioff HI-FOG? Test Report No.RTE3884/03, VTT Building and Transport,December 2003 (Vds approval)