細水霧滅火系統應用探討

秦新民

（中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330031）

細水霧滅火系統應用探討

秦新民

（中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330031）

細水霧為鹵代烷滅火劑理想替代物,本文介紹了細水霧滅火系統的現狀、滅火機理、特點、分類、應用范圍及在工程中應用的設計計算。

細水霧滅火系統；滅火機理；應用范圍；設計

由于鹵代烷滅火劑對臭氧層的破壞,2012年在全球范圍內已被全面禁用，因而尋找鹵代烷滅火劑理想替代物的工作已是刻不容緩。人們對于新一代滅火劑的要求是：清潔、高效、安全、穩定。而細水霧滅火技術以其節水、高效、對保護區域損害小的特點,自20世紀90年代開始受到人們的廣泛關注。細水霧為在最小工作壓力下,經噴頭噴出并在噴頭軸線向下1.0 m處的平面上形成的霧滴直徑DV0.5＜200 μm、DV0.99＜400 μm的水霧[1-3]。細水霧滅火系統則是一種以水為介質,采用特殊噴頭在特定的工作壓力下噴灑細水霧進行滅火、抑火和控火的固定式滅火裝置,該系統憑借其滅火高效、適用范圍廣、綠色環保等優點,不僅成為理想的鹵代烷滅火劑替代物，在取代二氧化碳、七氟丙烷等溫室氣體方面也發揮著日益重要的作用。

1 細水霧的滅火機理和特點

1.1 滅火機理

1)表面冷卻：細水霧霧滴直徑很小,霧滴一般在400 μm以下,比表面積大,有利于吸收熱能,受熱后易于汽化,在氣液相態變化過程中從燃燒物質表面吸收大量的熱量,使火場溫度驟降,達到滅火的目的。

2)窒息作用：細水霧噴入火場后,霧滴在受熱后汽化形成原體積1 700倍的水蒸氣,迅速地排斥火場的空氣,在燃燒物質周圍形成一道屏障阻隔新鮮空氣的進入,當火場氧的濃度降低至不能燃燒的程度,火焰被窒息熄滅,達到滅火的目的。

3)阻隔輻射熱：細水霧噴入火場后,細水霧及形成的水蒸氣迅速將燃燒物火焰和煙羽籠罩,有效地阻隔火焰的輻射熱,抑制輻射熱引燃周圍其它物品,達到防止火焰蔓延的目的。

4)浸濕作用：顆粒大的霧滴會沖擊到燃燒物的表面,從而使燃燒物得到浸濕,阻止固體進一步產生揮發可燃氣體。

1.2 滅火特點

1)細水霧滅火系統的滅火機理與水噴霧滅火系統類似,但兩者還有一定的區別：（1）細水霧系統高度霧化的結果是提高水的利用率,大幅減少水的用量,更適用于需要避免水漬損失的場所;而且細水霧還具有一定的降塵、除煙的作用。（2）采用細水霧撲救油類火災時,既不會振動液面,使其飛濺,也不容易發生復燃現象,其滅火效果比水噴霧理想。

2)細水霧滅火系統與自動噴水滅火系統相比較,具有以下幾個方面的特點：（1）保護對象主要為火災危險大、撲救難度大、對水漬損失要求高的設施或設備。（2）擴展了水系統滅火的范圍,使得水可以撲救固體、液體、氣體、電氣等場所的火災。（3）減少了水的用量,提高了滅火效率和水的利用率。（4）擴展了應用領域，細水霧滅火系統不僅可用于滅火，還可以用于控火、防護冷卻、洗滌煙霧和毒氣。

由于具備以上特點,歐洲等發達國家已開始用細水霧滅火系統替代自動噴水滅火系統和氣體滅火系統。

2 系統分類

細水霧系統可按水霧粒徑、系統壓力、系統介質、系統計算、保護空間、供水方式進行分類。

2.1 按細水粒徑分類

根據NFPA750(美國消防協會細水霧消防系統標準),細水霧分為3級(圖1):第1級細水霧為DV0.1= 100 μm與DV0.9=200 μm連線的左側部分,為最細的細水霧;第2級細水霧為第1級細水霧右側與DV0.1= 200 μm、DV0.9=400 μm連線之間的部分;第3級細水霧為第2級細水霧右側至DV0.99=1 000 μm之間的部分。根據擬頒布的國家《細水霧滅火系統技術規范》，細水霧的最大霧滴尺寸為噴頭軸線向下1.0 m處的平面上形成的霧滴直徑DV0.5＜200 μm、DV0.99＜400 μm的水霧。

2.2 按系統壓力分類

按系統壓力可分為以下幾種類型:1)系統壓力低于1.21 MPa的為低壓細水霧系統;2)系統壓力在1.21～3.45 MPa之間的為中壓細水霧系統;3)系統壓力＞3.45 MPa的為高壓細水霧系統。

圖1 細水霧粒徑分區

2.3 按介質分類

介質分類:1)單介質系統,滅火介質為單一介質水。2)雙介質系統,除使用水作為滅火介質外，還使用了空氣、氮氣等惰性介質作為第二介質。兩種介質用分別由不同的管道或在同一根管道內輸送到噴頭,產生更細的水滴,以達到更好的滅火效果。

2.4 按系統計算分類

按系統計算分類:1)預制系統。該系統的設備配置和管道系統均在工廠中設計和調試好,并通過認證,設計人員根據認證的設計參數,把設備和噴頭布置于合適位置。2)工程系統。該系統的設備配置和系統管道經過設計人員具體設計計算得出,并在施工現場具體安裝調試。這種系統僅有設備和噴頭單體認證,沒有經過系統認證,系統的可靠性依據設計和系統設備的可靠性確定。

2.5 按保護空間分類

按保護空間分類:1)全淹沒系統為向整個防護區內噴放細水霧,保護其內部所有防護對象。2)局部應用系統為直接向防護對象噴放細水霧,保護空間內某具體防護對象。3)區域應用系統為向防護區局部區域噴放細水霧,保護其內部所有防護對象。

2.6 按供水方式分類

按供水方式分類:1)瓶組式供水系統由儲水瓶或罐儲水,由惰性壓縮氣體作為動力把水供應到系統并使水霧化滅火的系統。2)泵組式供水系統以柴油機或電機為動力源,由柱塞泵或離心泵等把水供應到系統并使水霧化滅火的系統。3)聯合式供水系統為增加系統的可靠性，采用瓶組式與泵組式系統一用一備雙水源。

3 細水霧滅火系統的應用范圍

細水霧滅火系統可用于撲滅固體物質火災(A類火災)、液體火災或可熔化固體火災(B類火災)、氣體火災(C類火災)、帶電物體燃燒的火災(E類火災)、人員密集性場所的火災,以及防火隔斷玻璃的冷卻保護,廣泛適用于計算機房、通訊機房、控制室、貴重設備室、圖書館、檔案庫、配電房、發電機房、油浸變壓器室、變電室、除塵設備、噴漆生產線等場所或設備的消防保護,以及船舶機艙中柴油發動機、柴油發電機、燃油鍋爐、燃油裝置等設備的消防保護。但細水霧系統不能應用于有遇水即發生反應、爆炸或會產生大量有害物質的化學反應等材料的場所,如鋰、鈉、鉀、鎂、鈦、鋯、鈾等金屬或其化合物，也不能直接應用于有低溫液化氣體的場合(如液化天然氣)[4-6]。

4 系統設計

4.1 系統選擇

細水霧系統與水噴淋、水噴霧系統不同,迄今還沒有統一的產品標準,也沒有通用的設計方法,設計時首先應對系統進行正確的選擇,選擇依據參考表1。

表1 系統選擇

4.2 設計參數

1)閉式系統的設計參數應根據實體火災模擬試驗結果（表2）確定。

2)開式全淹沒系統和區域應用系統的設計參數應根據實體火災模擬試驗結果確定,可以根據表3、表4確定。

表2 閉式系統設計參數

表3 開式全淹沒（區域）系統設計參數（中、低壓系統）

表4 開式全淹沒（區域）系統設計參數（高壓系統）

兩個或兩個以上的防護區應采用組合分配系統,系統的儲水量應不小于最大一個防護區或保護對象所需的用水量;瓶組式系統的防護區或保護對象不應超過8個,當超過8個時應增設系統;泵組式系統可不受8個防護區的限制[6]。

4.3 水力計算

1)低壓管道水頭損失應按下式計算：

式中：Q為管段的設計流量,L/min;Pf為管道的總水頭損失,MPa;C為管道摩阻系數;L為管道計算長度(含當量長度),m;d為管道內徑,mm。

2)中、高壓細水霧滅火系統的管道水頭損失應按下式計算：

式中：f為摩阻系數,MPa/m;ρ為水的密度,kg/m3;Re為雷諾數;μ為水的絕對粘度系數;Δ為管道相對粗糙度;ε為管道粗糙度,mm。

3)噴頭的設計流量

式中：q為噴頭設計流量,L/min;K為噴頭的流量系數,L/(min·MPa1/2);P為噴頭的工作壓力,MPa。

4)系統水箱或貯水容器的設計所需有效容積：

V=QS·t

式中：V為水箱或貯水容器的設計所需有效容積,L;t為系統的設計噴霧時間,min。

5 結束語

作為一種新型環保、安全的滅火系統,細水霧滅火系統有待于不斷發展和完善,需要不斷引進和開發新技術、新材料、新設備,將成熟、先進的相關產品應用到系統中。隨著細水霧滅火技術的日益成熟和國家《細水霧滅火系統技術規范》的頒布,該技術將廣泛應用于工程實際之中。

[1] 住房和城鄉建設部工程質量安全監管司,中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施：給水排水[M].北京:中國計劃出版社,2009.

[2] 中國建筑設計研究院.建筑給水排水設計手冊:上冊[M].2版.北京:中國建筑工業出版社,2008.

[3] 核工業部第二設計研究院.給水排水設計手冊:第2冊建筑給水排水[M].3版.北京:中國建筑工業出版社,2012.

[4]GB 50016-2006,建筑設計防火規范[S].

[5]GB 50219-95,水噴霧滅火系統設計規范[S].

[6]DA/T45-2009,檔案館高壓細水霧滅火系統技術規范[S].

Discussion on Application of Water Mist Fire Extinguishing System

QIN Xinmin
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Water mist is an ideal halon extinguishing agent replacement;the paper introduces present situation,fire extinguishing mechanism,characteristic,classification and application range of water mist fire extinguishing system and design calculation applied in engineering.

water mist fire extinguishing system;fire extinguishing mechanism;application range;design

TU998.13+2

B

1004-4345(2015)01-0044-04

2014-10-11

秦新民(1965—),男,教授級高級工程師,主要從事給排水設計研究工作。