地鐵高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)的研究

陳宏濤

（遼寧省交通高等?？茖W校，遼寧 沈陽 110122）

1 概論

目前我國有42個大城市開通了地鐵，截至2020年11月，全國地鐵總通車里程高達6 979 km，地鐵交通運輸在城市中占據(jù)越來越重要的地位。隨著運營里程的不斷增加，開通地鐵的城市越來越多，軌道交通安全性至關重要，容易引發(fā)運營安全事故包括大客流量的擁擠、電梯扶梯故障等，但是火災對于運營的影響、人的安全要遠大于以上各種事故。

車站內(nèi)的各種電氣設備室、站廳站臺、通信信號設備室及BAS電控室等，均是地鐵運營過程中的重要組成部分，任何地方出現(xiàn)火災，都將對列車的運營、乘客的安全產(chǎn)生嚴重的影響。同樣，地鐵列車運行在地下深度40～100 m，一旦發(fā)生火災，乘客的恐慌情緒、自救方式方法、滅火的難度都遠大于地面上正常的火災事故。

地鐵運營過程中，引起火災的原因較多，但是大多數(shù)集中在設備故障引起火災、人為縱火，偶爾因為電氣設備的短路引起事故火災。

2 地鐵常用自動滅火系統(tǒng)的對比

目前地鐵車站自動滅火系統(tǒng)主要分為惰性氣體、七氟丙烷和高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)。IG-541和IG-100是自動滅火系統(tǒng)常用的兩種惰性氣體滅火介質(zhì)，能夠有效撲滅地鐵車站的通信信號設備、BAS環(huán)控設備，且不會對貴重的設備造成二次傷害，對環(huán)境和人體危害也較小，但是該惰性氣體需要貯存在高壓力瓶中，需要的氣瓶數(shù)量較多，存儲困難，一旦產(chǎn)生誤動作，危害較大，并且后期維護成本高。七氟丙烷自動滅火系統(tǒng)是一種高效的滅火系統(tǒng)，其滅火劑具有無色、無味、絕緣性好等優(yōu)點，適用于計算機機房、車站通信信號設備房、配電站等場所，但是其滅火劑充裝費用較高，在滅火過程中和高溫條件下會裂解產(chǎn)生少量的熱腐蝕產(chǎn)物。高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)是能夠大幅度提升水的壓力，使其達到10 MPa以上，通過噴嘴將水霧化，霧化后水的總表面積變大，能夠更快地降低可燃物的溫度，稀釋空氣中氧氣的含量，使火焰能夠在短時間內(nèi)窒息，由于水的霧化，在滅火的同時也清潔了空氣，高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)是一種高效環(huán)保的新型滅火系統(tǒng)。

3 高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)

高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)的滅火介質(zhì)是淡水，其在特制的噴頭特定的壓力下噴灑出細水霧進行滅火，壓力能夠達到10 MPa以上，相對比于水噴淋系統(tǒng)，相同體積的水產(chǎn)生的滅火效果遠好于水噴淋系統(tǒng)。目前，高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用于艦船、軍事裝備、大型交通車輛、商用廚房等領域。

西班牙馬德里地鐵在1996年開始應用高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)，地鐵站內(nèi)的保護對象主要包括車控室、通信信號設備機房、BAS系統(tǒng)設備室、售票亭、低壓配電室、綜合監(jiān)控系統(tǒng)設備機房等。目前，在我國南京地鐵、蘇州地鐵以及上海地鐵等均有車輛或設備房應用了高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)。

3.1 高壓細水霧滅火系統(tǒng)的原理

高壓細水霧能撲滅A類和B類及電氣火災。A類火災指固體物質(zhì)火災，這種物質(zhì)具有有機物性質(zhì)，一般在燃燒時產(chǎn)生灼熱余燼，如木材、煤、棉、毛、麻、紙張等。B類火災指液體火災和可融化的固體物質(zhì)火災，如汽油、煤油、柴油、原油等。

（1）蒸發(fā)降熱。

液體發(fā)生火災時，其燃燒速度較快，選擇高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)能夠?qū)ζ溥M行有效撲滅。高壓細水霧的壓力可以達到10 MPa，水經(jīng)過通過噴頭的釋放，轉(zhuǎn)化為水霧狀態(tài)，遇到火焰時轉(zhuǎn)化為較細小的水霧滴直接氣化。噴頭每秒鐘出水量越大、噴頭產(chǎn)生的水霧直徑越小，細水霧降熱的能力就越強。細水霧瞬間充滿著火空間，降低燃燒液體和物質(zhì)產(chǎn)生的溫度，當降低的溫度低于燃燒物質(zhì)的可燃點時，細水霧將撲滅火災。

（2）窒息作用。

水滴吸收熱量后迅速氣化變?yōu)樗魵猓諝庵械难鯕庹急妊杆傧陆担瑫r水霧附著在燃燒物表面，使燃燒物接觸不到氧氣。當燃燒區(qū)域的含氧量降低到一定程度時，燃燒因缺少氧氣而停止。窒息作用主要用于B類和電氣火災，對于A類火災效果欠佳。

（3）減弱熱輻射。

在滅火過程中，高壓細水霧蒸汽在燃燒區(qū)周圍形成高強度的吸熱屏障，吸收大量的熱輻射，降低周圍物質(zhì)的溫度，阻止火焰的蔓延與擴散。

（4）降塵、乳化、浸潤。

燃燒物燃燒后，空氣中會出現(xiàn)燃燒后的有害微粒，并飄浮在空中，引起人的窒息。據(jù)統(tǒng)計，火災發(fā)生時，大多數(shù)人也是因為煙霧的窒息而死亡。高壓細水霧的產(chǎn)生，能夠有效將空氣中的有害微粒及煙霧降落，具有空氣清洗的作用。殘余顆粒隨著細水霧流到達燃燒物表面時使得液體類燃燒物表面出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，阻礙進一步的燃燒。

3.2 高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)的結(jié)構

高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)主要由高壓細水霧控制器、消防高壓水泵，電控閥、開式區(qū)域閥、噴頭、噴槍柜、變頻器、壓力調(diào)節(jié)閥和安全閥組成。細水霧控制器與地鐵FAS系統(tǒng)相連，通過CAN總線協(xié)議完成通信，細水霧控制器將自動滅火系統(tǒng)的故障信息反饋給FAS系統(tǒng)，F(xiàn)AS系統(tǒng)可以完成遠程滅火控制。本系統(tǒng)中水泵采用額定流量大于等于60 L/min，泵組額定功率不小于16 kW，出口壓力為10～12 MPa，滅火介質(zhì)采用淡水，電控閥和區(qū)域閥均采用直流DC24 V電壓控制，并且具有開到位、關到位和壓力狀態(tài)信號反饋。電機功率應與泵組功率相一致，不小于16 kW。

正常情況下，高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)處于待命狀態(tài)，泵組不啟動，管網(wǎng)沒有水，當發(fā)生火災時，系統(tǒng)自動啟動，判斷電控閥是否打開，在打開狀態(tài)下，打開區(qū)域閥組，自動啟動電機，15 s內(nèi)，自動滅火系統(tǒng)完成細水霧噴灑，在系統(tǒng)進、出口的過濾器將會濾除滅火用水中的雜質(zhì)，壓力表和流量計用于檢測吸水泵出口處的壓力和流量。當管路壓力過高時，安全閥啟動，將多余壓力迅速卸載，滅火用水經(jīng)過調(diào)壓閥的調(diào)節(jié)，達到系統(tǒng)設定壓力，流過開式區(qū)域閥后經(jīng)過細水霧噴頭的作用，向保護區(qū)域進行噴霧。

3.3 高壓細水霧的噴頭設計

高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)噴頭在系統(tǒng)中至關重要，壓力水從接頭處進入，經(jīng)過過濾器與分流器，通過噴嘴組件中的螺座與旋流體配合形成的旋流槽，由各個螺座的通孔處噴出散形的均勻水霧。細水霧噴頭主要由噴嘴組件、分流罩、過濾網(wǎng)組件、墊圈及接頭組成。

噴嘴組件是將壓力水轉(zhuǎn)換為水霧噴出的部件，主要由螺座、墊圈和堵頭組成。螺座內(nèi)部設計直徑為Φ的直通孔徑（Φ可以通過Reyleigh-Taylor不穩(wěn)定性公式計算），孔內(nèi)端是120°的錐面，錐端為精加工圓孔，螺座外部設計成上部圓臺，圓臺端設計成均布六邊形，方便安裝。

旋流體設有兩個螺旋狀的旋流槽，將旋流槽放入螺旋座內(nèi)，將墊圈套入螺座，形成噴嘴組件，噴嘴組件通過螺座上的外螺紋與分流罩連接。

分流罩的作用是將壓力水分流至各個噴嘴組件中；過濾網(wǎng)組件的作用是過濾壓力水中的雜質(zhì)，保證噴頭不會堵塞，能夠正常噴霧，過濾網(wǎng)組件主要由擋板、濾網(wǎng)和壓圈組成。

接頭的作用是有效連接噴頭其他部件與細水霧管網(wǎng)。

3.4 高壓細水霧滅火控制器的設計

高壓細水霧滅火控制器主要由可編程邏輯控制器、觸摸屏、按鈕、指示燈和蜂鳴報警器、開關電源等組成，高壓細水霧控制器與FAS系統(tǒng)之間采用CAN總線協(xié)議通信。細水霧控制器主要用于完成傳感器數(shù)據(jù)采集，包括開式區(qū)域閥和電控閥的開、關到位信號、管道水壓力開關狀態(tài)，水艙液位高度以及液位高低液位報警。在滅火狀態(tài)下，水艙液位即使超過高液位報警，電機繼續(xù)工作，只有在細水霧滅火系統(tǒng)待機狀態(tài)下，水艙高液位報警產(chǎn)生停機信號。主管路壓力傳感器信號，本系統(tǒng)壓力傳感器采用4～20 mA電流壓力傳感器，其抗干擾性能優(yōu)異，控制器在接收到壓力值大于11 MPa時，停止水泵工作。細水霧控制器控制蜂鳴報警器、區(qū)域閥和水艙閥動作，細水霧控制器上設置本地控制/遠程控制旋轉(zhuǎn)開關，就地級控制優(yōu)先級高于遠程控制，F(xiàn)AS系統(tǒng)與控制器有通信故障時，可以完成就地極細水霧自動滅火系統(tǒng)的控制。觸摸屏用于顯示液位高度、區(qū)域閥開到位、關到位信號。電控閥開到位、關到位信號。電機工作狀態(tài)包括電機的工作電流、轉(zhuǎn)速、工作電壓以及顯示各故障報警具體信息。

4 結(jié)語

高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)可以作為地鐵電氣設備房和地鐵列車的滅火系統(tǒng)，其具有安全可靠、環(huán)保等優(yōu)點，誤動作產(chǎn)生的危害遠小于二氧化碳和鹵代烷系統(tǒng)，同時其維護成本低，適用于人流量大、密閉的空間內(nèi)使用。在未來的自動滅火控制系統(tǒng)領域，在軌道車輛方面、軌道交通設備機房方面都具有非常好的發(fā)展前景。