高壓細水霧滅火系統在煙草庫房中的應用前景

鄧 琦（中國煙草總公司合肥設計院，安徽 合肥 230001）

高壓細水霧滅火系統在煙草庫房中的應用前景

鄧 琦（中國煙草總公司合肥設計院，安徽 合肥 230001）

細水霧滅火系統的應用始于 20世紀初，最早用于撲救可燃液體火災。隨著科學技術的進步，特別是1987年蒙特利爾議定書簽署之后，世界各國開始哈龍替代滅火技術的研究，細水霧滅火技術作為替代哈龍的技術得到關注和青睞。

細水霧；煙草；庫房；應用

1 細水霧滅火系統簡介

1.1 起源與發展

1993年，美國消防協會組成了細水霧滅火系統技術委員會，1996年該委員會編制了用于規范細水霧滅火技術的 NFPA750標準并獲得批準。其后，NFPA750于2000年、2003年、2006年進行了三次修訂。96版NFPA 750被批準為美國國家規范。該規范是世界上第一本細水霧滅火系統的設計、施工規范，而且是一本性能化的規范。它的出現進一步推動了細水霧滅火技術的深入研究，也標志著細水霧滅火系統的應用進入一個新階段。

細水霧滅火系統是利用水作為滅火介質，采用特殊的噴頭在特定的工作壓力范圍內將水直接或采用氮氣等霧化介質將水分解成細水霧進行滅火的一種固定式滅火系統，具有經濟、高效、適用范圍廣等特點，目前已成為替代哈龍滅火系統的重要手段，具有廣泛的應用前景。

1.2 細水霧定義與分級

根據NFPA750標準的定義，在噴頭最小工作壓力下，距離噴頭軸線向下1m的平面進行測量，霧滴粒徑Dv0.99小于1000μm的水霧稱為細水霧。其中霧滴粒徑 Dvf表示霧滴累計體積與全部體積的比值為 f時的水滴粒徑，即從直徑為零到這一代表直徑的累計體積與全部體積的比值等于f時的水滴粒徑。

由于細水霧系統的滅火性能與霧滴粒徑密切相關，因此根據霧滴粒徑大小又將細水霧分為三級，如圖1。

其中：

圖1 霧滴粒徑等級劃分示意圖

Ⅰ級細水霧：Dv0.1≤100μm與Dv0.9≤200μm的水霧。

Ⅱ級細水霧：Dv0.1≤100μm與Dv0.9≤400μm，且不屬于Ⅰ級的水霧。

Ⅲ級細水霧：Dv0.1＞400μm與 Dv0.99≤1000 μm的水霧。

1.3 滅火機理

細水霧的滅火機理主要是表面冷卻、窒息、輻射熱阻隔和浸濕作用，除此之外還具有乳化等作用，而在滅火過程中往往會有幾種作用同時發生，從而有效滅火。

1.3.1 吸熱冷卻

細小水滴在受熱后汽化，在氣、液相態變化過程中從燃燒表面或火災區域吸收大量的熱量。根據熱力學，水的汽化潛熱高達 2257kJ/kg，遠大于水的溫升吸熱量387kJ/kg。表1列出了霧滴直徑、每升水的表面積、汽化時間及自由下落速度之間的關系，從表中可以看出，霧滴直徑越小，比表面積越大，汽化所需要的時間也越短，吸熱效率越高。

霧滴直徑、表面積、汽化時間和自由下落速度的關系 表1

1.3.2 隔氧窒息

霧滴在受熱后汽化形成原體積 1680倍的水蒸氣，最大限度地排斥火場的空氣，使燃燒物質周圍的氧含量降低，燃燒即會因缺氧而受抑制或中斷。

1.3.3熱輻射阻隔

細水霧噴入火場后迅速將燃燒物、火焰籠罩，對火焰的熱輻射具有極佳的阻隔能力，能夠有效抑制輻射熱傳遞，達到防止火焰蔓延的效果。

1.3.4 浸濕作用

顆粒大、沖量大的霧滴會沖擊到燃燒物表面，從而使燃燒物得到浸濕，阻止固體進一步揮發可燃氣體。另外系統還可以充分將著火位置以外的燃燒物浸濕，從而抑制火災的蔓延和發展。

1.4 適用范圍

①可燃固體（A類）火災；

②可燃液體（B類）火災；

③電氣火災；

④油脂類（B類）火災。

固體火災如煙草倉庫、圖書館、檔案館、博物館等火災；可燃液體火災如柴油發電機房、燃氣輪機、燃油燃氣鍋爐房、直燃機房等火災；電力變壓器火災；電氣機房如配電室、電纜夾層、電纜隧道、計算機房、通信機房、控制室等火災。

1.5 技術優點

1.5.1 綠色、環保、節能、高效

細水霧對人體無害，對環境無影響。由于具有高效的冷卻、窒息作用和明顯的消除煙塵作用，更加有利于火災現場人員的逃生與撲救。

細水霧滅火系統與其他水滅火系統相比，用水量大大減少。細水霧滅火系統的用水量僅為常規水噴淋的10%以下。用水量的減少也大大減少了系統管材、降低了系統能耗，大幅度減小了設備占地空間。

1.5.2 廣泛適用性

細水霧滅火系統十分適用于可燃液體火災的撲救，與水噴霧相比，霧滴的動量小，不會造成液體燃料的飛濺、溢出和液面的擾動；由于細水霧滅火效能高，使其可以有效撲救包括低閃點在內的可燃液體火災和油脂類火災。細水霧滅火系統的冷卻和窒息能力較強，可以有效地撲滅電氣火災。

細水霧滅火系統的用水取用方便、連續供水能力強、滅火效能高。避免了氣體滅火系統在可持續性滅火、火災復燃的二次啟動方面存在著的嚴重缺陷。

1.5.3 良好的電絕緣性

由于細水霧的滴粒徑更小，噴霧時水呈不連續性，具有良好的電絕緣性能。天津消防科研所也委托天津市電力科學研究院進行的細水霧噴頭噴射霧束的交流耐壓性能試驗。實驗結果表明：霧束在220kV、110kV、35kV三個電壓等級下不發生工頻交流閃絡。

1.5.4 煙氣消除作用

細水霧的細小顆粒易與燃燒形成的游離碳結合，從而對火場環境起到很強的洗滌、降塵、凈化效果，可以有效消除煙霧中的腐蝕性及有毒物質，利于人員疏散和消防員的滅火救援工作。

2 高壓細水霧滅火系統組成

2.1 高壓細水霧滅火系統構成

高壓細水霧系統具有經濟、高效、適用范圍廣的特點，噴頭額定工作壓力為 10MPa，霧滴直徑 Dv0.99＜200μm，Dv0.5＜100μm。目前煙草行業多應用閉式系統及預作用系統，采用泵組式組合分配系統進行庫房的滅火保護，常用形式的系統原理如下。

2.2 閉式系統

高壓細水霧閉式系統是準工作狀態時整個系統管網均充滿低壓壓力水，在閉式噴頭動作后，管網壓力下降，穩壓泵啟動運行超過規定時間后仍不能達到設計穩壓壓力，即啟動高壓主泵進行噴霧滅火的系統。系統主要由閉式細水霧噴頭、分區控制閥、末端試水裝置、不銹鋼管道管件、泵組、泵組控制柜、水箱及火災自動報警系統等組成，其工作原理如下。

2.3 預作用系統

高壓細水霧預作用系統是準工作狀態時分區控制閥后管道內不充水，火災時由火災自動報警系統聯動開啟或現場緊急啟動分區控制閥，使閥后管道充滿壓力水而轉化為濕式系統的閉式滅火系統。系統由閉式細水霧噴頭、分區控制閥、自動排氣閥、流量開關、末端試水裝置、不銹鋼管道管件、泵組、泵組控制柜、水箱及火災自動報警系統等組成，其工作原理如下。

泵組式細水霧滅火系統由高壓主泵、備用泵、穩壓泵、電磁閥、過濾器、泵控制柜、調劑水箱（自動補水裝置）、供水管網、區域閥箱組件、高壓細水霧噴頭（包括開式、閉式）及火災報警控制系統及增壓泵等部件組成。

泵組式細水霧滅火系統圖

3 高壓細水霧滅火系統在煙草庫房的應用

煙草倉庫肩負著煙葉的儲存、運輸等工作任務，以及與之相配套的輔料物資為易燃或可燃物，一旦發生火災，短時間內就會造成嚴重后果，給國家和企業帶來巨大的財產損失。因此必須加強煙草倉庫的防火管理工作，完善防火工作的對策和措施。

3.1 煙草庫房滅火的幾大難題

①煙草價值昂貴，成品卷煙倉庫內可燃物大量集中，火災載荷高，一旦發生火災，由于儲存物資的特殊性，不易撲救，損失巨大，因此滅火系統應具備早探測、早滅火的功能。

②煙草屬于食品級物質，對滅火劑要求高，應避免滅火方式不當造成的損失擴大。

③煙草倉庫內空氣中含有腐蝕性氣體，如磷化鋁熏蒸后帶有的少量磷化氫氣體等，對安裝在庫內的設施有防腐蝕要求。

3.2 高壓細水霧與常規自動滅火產品的技術對比

3.2.1 高壓細水霧與水噴淋系統的比較

①高壓細水霧滅火系統與水噴淋系統的最大區別是兩者的設計理念不同。高壓細水霧滅火系統重在“控火、滅火”，水噴淋系統意在“滅火”。水噴淋系統重在保護建筑物的結構，細水霧滅火系統重在撲滅火災并控制火勢的蔓延，使火災的影響范圍盡可能的控制在最小范圍內。

②用水量少，系統更加節能。高壓細水霧滅火系統與水噴淋系統的滅火介質相同，應重視節約水資源，在消防用水方面宜應如此。

水噴淋滅火系統的標準噴頭多是流量系數K=80或 115的灑水噴頭，水噴淋系統的持續噴水時間按1～2h計算，工作壓力按0.1MPa計算。高壓細水霧開式系統的噴頭為 K=2.0的開式噴頭，持續噴放時間30min。水噴淋系統單位時間的用水量是高壓細水霧系統用水量的數十倍。

③水漬損失小，對設備的損害小。高壓細水霧滅火系統的霧滴直徑小，易蒸發，因而水漬損失小，噴放之后對環境及設備的影響極小。國內外的權威研究機構做了大量的試驗研究，表明其電氣絕緣性好，噴放之后不影響設備的正常運行。

④綜合防災性能更優。高壓細水霧系統噴放后，能均勻降低火場的溫度，吸附火災產生的有毒氣體，增加能見度，因而能有利于人員的逃生。

3.2.2 高壓細水霧滅火系統與干粉滅火系統的比較

高壓細水霧滅火系統具有環保、安全、高效、經濟、適用面廣等特點，是替代哈龍氣體滅火系統及傳統水噴淋系統的主要手段。其主要技術特點如下。

①滅火介質為純水，綠色環保，對環境無污染，對煙草不會造成損害。②滅火機理包括冷卻降溫、窒息和隔絕輻射熱的三重作用，滅火快速高效，用量少，并能有效防止固體可燃物的復燃。

高壓細水霧水噴淋滅火性能 冷卻與窒息雙重滅火作用，滅火快速有效 依靠水的冷卻、浸濕作用滅火，滅火速度慢，起到控制抑制火勢作用用水量　高壓細水霧用水量僅為自動噴淋的十分之一管材 干管DN50，支管DN25采用316不銹鋼管道、使用壽命長，不腐蝕，節約管材80%　干管DN200，支管DN50，熱鍍鋅鋼管，使用壽命短，易腐蝕設備占用空間 泵組構造精巧，占用空間僅需2m2泵組體積龐大，所需檢修空間大，一般超過40m2施工、安裝 工廠化預制、易于管路綜合、節省安裝空間 管道粗大笨重、需特殊考慮安裝空間和支撐要求維保 泵組水自潤滑，免維護；主要管道和噴頭均為不銹鋼材質，使用壽命50年，質量可靠，少維保定期對水泵進行全面維護，管道為鍍鋅鋼管，易腐蝕，使用壽命10年，需要定期檢測、更換配套工程 無 需要額外考慮給水和排水工程

③對防護空間無特殊要求，發生火災時可立即釋放，人員無須即刻撤離，有利于人員的現場處置。

④系統可重復開啟、持續性發揮滅火作用，有利于固體火災的撲救。

⑤系統組件和管道均采用不銹鋼材質，耐磷化氫氣體腐蝕，系統使用周期長達50年。

⑥系統采用柱塞高壓泵，高壓建立迅速，輸出壓力平滑。泵體靠水自行潤滑，免維保。系統設備立式安裝，占用空間小，泵組面積僅為2m2，安裝靈活方便。

⑦系統提供的最大壓力高達16MPa，可用泵組通過組合分配的方式保護大面積的庫區，節省設備投資，減少設備維護成本。

超細干粉滅火系統是以化學粉體作為滅火介質，通過儲壓氣體驅動滅火劑的滅火裝置。其主要技術特點如下。

①滅火劑一般分為BC干粉滅火劑和ABC干粉兩大類。滅火過程中細微粉體會感染人體呼吸道系統肺部，導致人員中毒，對人員不安全。粉體散布到煙草上，破壞煙草的可食性。

②滅火機理為化學滅火作用，即粉末落在可燃物表面外，發生化學反應，并在高溫作用下形成一層玻璃狀覆蓋層，不具備冷卻降溫功能，因此撲救固體深位火災困難，易復燃。

③對防護空間無特殊要求，發生火災時必須人員立刻撤離后再進行滅火。

④采用懸掛式滅火裝置，滅火劑量有限，只能實現單次噴放，沒有重復滅火功能。

⑤系統的報警線路在技術上難以做到防腐，電線老化難以克服。

⑥滅火藥劑需定期更換（通常為5年），更換費用等同于首次投資，需定期進行干粉罐的檢測。

通過大量試驗證明高壓細水霧滅火系統能夠迅速有效的撲滅煙草庫房火災，滅火水漬損失較小，是一種既節約投資又環保的滅火方式，并且具有良好的消煙除塵效果，提高能見度，利于消防人員進入庫區撲救，最大程度減少火災損失確保煙草業健康安全地發展。

高壓細水霧與超細干粉在煙草庫房的對比表

4 細水霧滅火系統在煙草庫房的應用中需要注意的幾點問題

①煙草庫區一般面積較大，占地面積從幾十畝至數百畝，采用組合分配系統時應結合制造商設備性能，詳細核算設備最大保護距離是否滿足要求，不能滿足時應增設泵組。由于距離較遠，應參照高壓系統的管道沿程損失計算公式，核算泵組設備提供的揚程壓力。

②按照最新國家標準以及各地方標準，一套泵組所能保護防護區域（對象）或噴頭數均有要求，煙草庫房從單層至多層甚至高層立體倉庫形式不一，如不能保證在一套泵組保護數量范圍內則應增設泵組；但當庫房面積很大，需增設泵組數量很多而無法實施時，可會商當地消防主管部門進行建筑消防性能化設計或組織專家論證。

③由于煙草庫房內儲存的煙葉屬于貴重物資，為避免誤噴造成水漬損失，盡量采用預作用系統，保證閥箱至噴頭這一段管道平時充氣，滅火時排氣充水。

④由于煙葉庫房一般需要進行殺蟲作業或者干燥地區需要增濕調溫，殺蟲或噴霧除濕管道較大，雖然細水霧管徑較小，但噴頭多為下噴型，同殺蟲或噴霧除濕管道均布置在樓板梁下，應著重處理好兩者標高關系，既要保證庫房倉儲高度空間又要保證噴頭噴霧范圍內無遮擋，如不能保證則應增補噴頭彌補噴霧強度的損失。

［1］公安部消防局.消防安全技術實務［M］.北京：機械工業出版社，2015.

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［4］GB50974-2014，消防給水及消火栓系統技術規范［S］.

［5］GB50084-2001，自動噴水滅火系統設計規范（2005版）［S］.

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TU249；TU976+.5

B

1007-7359（2016）02-0219-05

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.077

鄧琦（1982-），男，安徽合肥人，畢業于安徽建筑大學，學士，工程師。