低壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在隧道火災(zāi)中的滅火性能研究

馬志雄 石曉龍

摘 要：本文在云南省安楚公路芹菜塘1號(hào)隧道內(nèi)開(kāi)展了全尺寸現(xiàn)場(chǎng)模擬火災(zāi)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證低壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在公路隧道火災(zāi)中的控火能力。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，針對(duì)隧道中1×2平方油池火、2×2平方油池火、4×4平方油池火，在隧道的通風(fēng)良好的情況下，低壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)開(kāi)啟后可以有效降低隧道內(nèi)的環(huán)境溫度以及火源周?chē)鶦O濃度。

關(guān)鍵詞：公路隧道；低壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)；全尺寸火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)

1 研究背景

目前，我國(guó)公路隧道快速發(fā)展，由于不斷增長(zhǎng)的交通流量和運(yùn)輸物品的復(fù)雜性，火災(zāi)事故的概率也逐步增多，隧道自動(dòng)滅火系統(tǒng)通常在火災(zāi)發(fā)生的初期能有效地發(fā)揮作用，所以及采用適合的自動(dòng)滅火系統(tǒng)成為有效控制及撲滅隧道火災(zāi)的關(guān)鍵。目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的隧道自動(dòng)滅火系統(tǒng)主要包括：水噴霧-泡沫聯(lián)用系統(tǒng)，低壓細(xì)水霧系統(tǒng)，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，本文重點(diǎn)針對(duì)低壓細(xì)水霧在隧道火災(zāi)中的滅火性能進(jìn)行研究。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 隧道火災(zāi)功率設(shè)計(jì)

前人已對(duì)隧道火災(zāi)功率開(kāi)展了廣泛的試驗(yàn)研究，柴油油池火的熱釋放速率與面積正相關(guān)，即油池面積越大，單位熱釋放速率越高，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)3種火災(zāi)工況：設(shè)計(jì)一個(gè)1m×2m油盤(pán)火，火災(zāi)功率約為3.4 MW，模擬隧道初期火災(zāi)；設(shè)計(jì)2個(gè)1m×2m油盆火，火災(zāi)功率為6 -7MW，模擬1-2輛小貨車(chē)起火的火災(zāi)功率；設(shè)計(jì)8個(gè)1m×2m油盤(pán)，拼接成一個(gè)4m×4m的油盤(pán)方陣，總功率將超過(guò)30MW，模擬一輛油罐車(chē)著火的火災(zāi)功率。

2.2 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)布置

低壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)置在隧道中央共40m，每根噴嘴管長(zhǎng)10m，設(shè)有30個(gè)噴嘴，單個(gè)噴嘴的流量系數(shù)K=2.8，額定工作壓力1MPa，噴頭間距為0.33m，水頭損失約0.1 MPa。滅火時(shí)40m保護(hù)區(qū)同時(shí)動(dòng)作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為1065L/min。選用多級(jí)離心泵，額定流量為64m3/h，額定揚(yáng)程為163m。系統(tǒng)設(shè)計(jì)噴霧時(shí)間60min，系統(tǒng)儲(chǔ)水量為70m3，設(shè)體積為70m3的儲(chǔ)水箱。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法及測(cè)試儀器布置

實(shí)驗(yàn)共設(shè)置12根熱電偶。以火源點(diǎn)為0號(hào)熱電偶；據(jù)火源中心4m，高度1.5m為1號(hào)；據(jù)火源中心6m為一串熱電偶樹(shù)，從頂棚往下分別每米一個(gè)熱電偶，共7個(gè)；據(jù)火源中心10m，15m，20m分別設(shè)置3個(gè)熱電偶，高度1.5m，據(jù)火源中心34m處設(shè)置在線風(fēng)速和氣體濃度分析儀，高度為1.5m。點(diǎn)燃油盤(pán)后，開(kāi)啟溫度、壓力、圖像、風(fēng)速、氧濃度采集系統(tǒng)，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 風(fēng)速測(cè)量

據(jù)火源中心34m處設(shè)置在線風(fēng)速記錄的結(jié)果如下圖，隧道內(nèi)的平均風(fēng)速約為1-2m/秒。

3.2 4m×4m油盤(pán)火實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)火源采用8個(gè)1m×2m油盤(pán)組成的16 m2油盤(pán)火，0s點(diǎn)燃油盤(pán)，預(yù)燃時(shí)間為1min30s，手動(dòng)啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行滅火。系統(tǒng)噴霧滅火時(shí)，最不利點(diǎn)噴頭工作壓力不小于1MPa。每個(gè)油盤(pán)底部墊水，加入0號(hào)柴油，油層高度不小于30 mm（燃燒速度約為3mm/min），另加入汽油進(jìn)行引燃。細(xì)水霧在油盤(pán)充分燃燒后啟動(dòng)，持續(xù)7min48s后，火災(zāi)被完全撲滅。

3.2.1 溫度控制情況

火源點(diǎn)位置0號(hào)和據(jù)火源中心4m的熱電偶在細(xì)水霧開(kāi)啟后，溫度繼續(xù)上升一段時(shí)間，然后快速下降；據(jù)火源中心6m為一串熱電偶樹(shù)，共5個(gè)，在細(xì)水霧開(kāi)啟后，溫度快速下降；據(jù)火源中心10m，15m，20m的三個(gè)熱電偶，在細(xì)水霧開(kāi)啟后，溫度快速下降。

3.2.2 細(xì)水霧開(kāi)啟后，CO濃度控制情況

據(jù)火源中心34m處的氣體濃度分析儀記錄的數(shù)據(jù)，細(xì)水霧開(kāi)啟后，CO濃度在短暫升高后，快速下降，恢復(fù)到環(huán)境正常值。

3.3 1m×2m油盤(pán)火、2m×2m油盤(pán)火實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)火源采用1個(gè)和2個(gè)1m×2m的油盆分別組成2m2和4 m2油盤(pán)火。實(shí)驗(yàn)結(jié)果，2 m2油盤(pán)火滅火時(shí)間為2min10s，4 m2油盤(pán)火滅火時(shí)間為3min50s。

細(xì)水霧開(kāi)啟后，火源周?chē)鷾囟瓤刂颇軌虻玫胶芎每刂疲鹪袋c(diǎn)位置0號(hào)和據(jù)火源中心1m的熱電偶樹(shù)在細(xì)水霧開(kāi)啟后，溫度略微繼續(xù)上升后，快速下降。

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)證實(shí)低壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)可以對(duì)隧道火災(zāi)引起的溫升梯度變化做出快速的抑制（響應(yīng)時(shí)間< 30秒）。當(dāng)火災(zāi)功率為30 MW以上，低壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)開(kāi)啟后，距離火源周?chē)?m、6m、10m，15m，20m左右的溫度均能得到有效控制，CO濃度也能得到有效抑制。當(dāng)隧道火災(zāi)功率為3-4MW、6-7 MW時(shí)，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)開(kāi)啟后，火源周?chē)?-2m左右，溫度能夠得到有效控制，細(xì)水霧滅火時(shí)間分別為2min10s、3min50s。

本文通過(guò)搭建低壓細(xì)水霧系統(tǒng)，開(kāi)展真實(shí)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)，從客觀角度證實(shí)了細(xì)水霧系統(tǒng)在公路隧道消防中的實(shí)際控火、滅火能力（包括細(xì)水霧滅火系統(tǒng)啟動(dòng)后的溫度控制情況，有毒有害氣體濃度的變化，隧道內(nèi)的通風(fēng)情況等）。因此，筆者認(rèn)為在實(shí)際應(yīng)用中在危險(xiǎn)性較大的特長(zhǎng)隧道、城市隧道、水下隧道中可以采用低壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)對(duì)隧道人員安全以及隧道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王明年.公路隧道溫度場(chǎng)分布的模型試驗(yàn)研究[A].國(guó)際隧道研討會(huì)及公路建設(shè)技術(shù)交流大會(huì)論文集[C].北京：人民交通出版社，2002.

[2]彭偉，霍然，胡隆華，等.隧道火災(zāi)的全尺寸試驗(yàn)研究[J].火災(zāi)科學(xué)，2006，15（4）：212.

[3]張祉道.公路隧道的火災(zāi)事故通風(fēng)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2003（2）.