地鐵車站高壓細水霧滅火系統設計探討

簡海強

（中鐵上海設計院集團有限公司天津分院，天津 300000）

1 引言

地鐵是我國城市軌道交通重要的一個組成部分，但是地鐵由于自身條件和環境因素的影響和限制，一旦發生火災，救援人員和現場滅火設施因受到地理和環境條件等多種因素的影響和制約，很難在第一時間趕到現場進行緊急救援，這必然會對地鐵運營造成嚴重影響，甚至會導致重大的人員傷亡。在GB 50898—2013《細水霧滅火系統技術規范》的指導下，本文以某市地鐵4 號線為例，闡述了高壓細水霧滅火系統相較于與其他類型的消防滅火系統不同的特點，以及在此次項目建設中的整體技術方案和應用情況。對于推動我國高壓細水霧滅火系統技術在城市地鐵領域的研究和發展有深遠意義。

2 工程概況

地鐵某車站內部為地下2 層、地上1 層的島式列車停靠站，共設計8 個出入口，2 座風亭，1 號、2 號風亭均為矮風亭,該站總建筑面積19 560.9 m2。車站內部采用了高壓細水煙霧滅火系統，用來保護重要的電氣設施和房間。車站內共有20個保護房間。房間的功能和面對的危險問題不同，所以，設計時需要按照不同房間的實際情況進行設計[1]。

3 高壓細水霧滅火系統的概述、滅火機理及特點

3.1 細水霧滅火系統的概述

高壓細水霧滅火系統采用的滅火介質是水，是一種通過高壓力的水通過特殊噴嘴產生粒徑為40～200 μm 的細水霧進行自動滅火的消防系統。根據驅動源類型分類，有泵組式和瓶組式這兩種不同的系統。通常在地鐵車站中采用較多的是泵組式系統，分別由細水霧開（閉）式噴頭、區域控制閥組、高壓細水霧泵組、供水控制管網、過濾器、不銹鋼管道以及火災報警控制系統等組成。

3.2 細水霧滅火系統的滅火機理

高壓細水霧滅火系統的滅火原理主要是通過高效吸熱冷卻和快速排氧窒息達到滅火的效果，高壓細水霧霧滴累積體積分布參數Dv0.9＜200 μm（Dv0.9為體積占比90%的水微粒的直徑），具有巨大的比表面積，能被迅速汽化，吸收大量熱量，冷卻火焰表面溫度，提高滅火效率。與此同時，吸收熱量后迅速汽化，變成水蒸氣，體積增大到1 700 多倍，在這個過程中，水蒸氣在火焰周圍形成屏障，阻止新鮮空氣進入，使燃燒區域的氧氣濃度降低，燃燒因缺氧而受到抑制或中斷。此外，滅火過程中，細水霧在燃燒區周圍形成了高強度的吸熱屏障，阻斷熱輻射的傳遞，從而有效隔絕因顯著的熱輻射而造成安全事故外擴散或危害性人生命安全的風險性[2]。

3.3 高壓細水霧滅火系統的特點

高壓細水霧滅火系統的滅火效率高，同時滅火范圍廣，屏蔽熱輻射與凈化的作用，對設備無損壞以及電絕緣性好滅火等特點。與其他滅火系統相比，高壓細水霧滅火系統還有用水量小，能夠遠距離輸送，系統需要的供水管徑小，占用空間小等優點，詳見表1。

表1 高壓細水霧滅火系統與其他滅火系統對比表

4 地鐵車站高壓細水霧滅火系統設計

4.1 設計依據

公安部天津消防研究所《高壓細水霧在地鐵車站設備區電氣房間應用試驗報告》（2018 年6 月）；GB 51298—2018 《地鐵設計防火標準》；GB 50898—2013《細水霧滅火系統技術規范》。

4.2 保護范圍

本站高壓細水霧系統主要保護區域：站廳層包括信號設備室、配電間1、警用通信機房、配電間2、AFC 配線間1、AFC配線間2；設備層包括變配電室、商用通信機房、配電間3、弱電通信機房、配電間4、環控電控室1、環控電控室2；站臺層包括1#整流變壓室、2#整流變壓室、控制室、開關柜室、配電間5、屏蔽門控制室、配電間6。保護面積合計約1 102 m2。

4.3 系統設計方案

本站共需設置20 個保護房間，系統采用開式全淹沒、閉式（預作用）滅火系統結合的泵組式應用形式。高壓泵組、補水裝置及貯水水箱等設備集中設置在設備層高壓細水霧泵房內。保護房間外設置區域控制閥箱，保護房間內無吊頂和架空地板，不增設噴頭[3]。

4.3.1 設計參數

設計額定溫度：20 ℃；

系統持續噴霧時間≤30 min；

開式滅火系統的響應時間不大于30 s；

閉式（預作用）系統作用面積按140 m2計算，閉式最大保護區小于140 m2時，按最大保護區面積為作用面積；

最不利點噴頭工作壓力不低于10 MPa；

噴頭有效工作霧滴體積直徑Dv0.5≤75 μm、Dv0.99≤150 μm；

根據《高壓細水霧系統在地鐵中的應用研究及實驗成果報告》（2018 年7 月），開式全淹沒系統噴霧強度不小于0.75 L/（min?m2），閉式滅火系統噴霧強度不小于1.4 L/（min?m2）。

4.3.2 系統水源及供水要求

系統供水的水質要求，應符合現行國家標準GB 5749—2022《生活飲用水衛生標準》的規定（氯離子含量≤25 mg/L）。本車站為單路水源，高壓細水霧系統用水由市政給水引入管單獨接一根DN100 給水管道（倒流防止器后），接至高壓細水霧泵房，最終接至貯存全部用水量的貯水箱（有效容積不小于8.7 m3），高壓細水霧系統增壓補水裝置吸水管道從水箱中吸水，供系統使用。

細水霧系統配套設置增壓補水裝置，含增壓泵兩臺，一用一備，水泵參數：流量Q=5 L/s，揚程H=37 m，功率N=4 kW。控制柜接收到調節水箱液位信號可控制補水增壓泵啟停。

調節水箱前需要設置過濾器，過濾器為銅合金、不銹鋼或其他耐腐蝕性能不低于不銹鋼、銅合金的材料；過濾器的網孔孔徑不應大于噴頭最小噴孔孔徑的80%。

4.3.3 系統布置

車站內一般電氣設備房間采用開式全淹沒系統，在誤噴可能對地鐵運營產生干擾的電氣設備房間采用閉式滅火系統保護。

本站開式滅火系統共設置3 個防護區，防護區1 包含4個保護房間，分別為配電間1（站廳層）、警用通信機房（站廳層）、變配電室（設備層）、AFC 配線間1（站廳層）；防護區2 包含6 個保護房間，分別為配電間2（站廳層）、商用通信機房（設備層）、配電間3（設備層）、弱電通信機房（設備層）、配電間4（設備層）；防護區3 包含3 個保護房間，分別為配電間5（站臺層）、屏蔽門控制室（站臺層）、配電間6（站臺層）；各防護區按可同時噴放計算設計流量，其余保護區采用閉式(預作用)系統（見表3）。

閉式（預作用）滅火系統所帶閉式噴頭數量不超過100 個。

高壓細水霧設置防滴漏安全功能或措施，具備對高壓泵組啟動初期和停泵后的噴頭滴水進行技術處理。

站臺層公共區域預留高壓細水霧噴槍接口。

站廳層開式滅火系統管網末端設置試水閥箱，可定期進行系統試噴。

噴頭在房間的布置應考慮噴頭與設備位置，噴頭布置應避開設備正上方，同時避免被管線遮擋，防止噴放后的凝露滴至設備上區域控制閥箱應設置靠近門或柱的位置，采用暗裝的方式，不能影響人員疏散逃生。

房間內所有管道和噴頭與裸露或非絕緣帶電設備的間距不得小于0.5 m。

系統的泄水考慮在站臺層站臺門端門外一處閥箱處進行泄水，泄水排至線路排水邊溝，貯水水箱和調節水箱排水接至泵房內排水溝，經由地漏收集排至線路排水邊溝，最終流入車站廢水泵站。

4.3.4 主要設備選型

1）噴頭及開閉式選型

根據公安部天津消防研究所《高壓細水霧在地鐵車站設備區電氣房間應用試驗報告》中的試驗數據和結論，本站高壓細水霧分為開式滅火系統和閉式滅火系統2 種選型，開式和閉式噴頭參數詳見表2。

表2 噴頭參數

2）泵組選型

系統設計流量通過閉式滅火系統作用面積140 m2內設置閉式噴頭總流量與開式滅火系統最大防護區內所有保護區的噴頭同時噴放的總流量比較后，擇較大值流量作為系統設計流量，本站閉式滅火系統最大保護區為站臺層開關柜室，共設置24 只K=1.2 閉式噴頭，總流量為288 L/min，開式滅火系統最大防護區為防護區1，共設置有56 只K=0.5 開式噴頭，總流量為280 L/min，經對比，本站系統設計流量為Q=288 L/min（見表3）。

表3 系統設計參數

系統工作壓力計算采用Darcy-Weisbach（達西-魏斯巴赫）計算公式，系統工作壓力按照最不利點的工作壓力10 MPa進行水力計算，同時考慮預留噴槍接口的沿程損失，計算結果：H=11.5 MPa。

根據計算結果，泵組選用XSW-BZ300/14-3×1（主泵三用一備，穩壓泵一用一備），泵組Q=300L/min，H=14MPa，N=90kW。單臺主泵參數為：Q=100 L/min，H=14 MPa，N=30 kW。穩壓泵參數為Q=11.8 L/min，H=1.4 MPa，N=1.1 kW。泵組自帶控制柜，泵組出口設置泄壓調壓閥，開啟壓力為14 MPa，泵組設置調節水箱，泄壓調壓閥出水接至調節水箱內，在出水口設置消能措施。水箱有效容積不小于0.8 m3，并滿足防塵、避光的要求。

高壓細水霧泵組應具有自動巡檢和手動巡檢兩種功能，自動巡檢周期應能根據需要設定。在巡檢中水泵逐臺啟動運行，每臺泵運行時間不小于2 min，并應有巡檢指示；設備應能保證在巡檢過程中遇消防信號自動退出巡檢，進入消防運行狀態，巡檢中發現故障應有聲、光報警[4]。

3）閥組選型

每個保護區設置一套分區控制閥組，分區控制閥組型號應能滿足保護區內噴頭同時噴放，且管道內不流速度不大于10 m/s，選型詳見系統設計參數表3。

4.4 設計須注意的問題

1）為了避免噴頭堵塞，系統對水質的要求很高。本設計增壓補水裝置至調節水箱前設置過濾器，過濾器的網孔孔徑不應大于噴頭最小噴孔孔徑的80%，從而避免碰頭堵塞的情況。

2）目前，高壓細水霧滅火系統設計規范還很少，各領域應用受限制，國內有GB 50898—2013《細水霧滅火系統技術規范》，而且各規范對重要的設計參數要求差別較大。各行業的細水霧技術規范還沒有出版，很大程度上限制了高壓細水霧滅火系統的應用與推廣。所以在設計時，應結合項目實際情況，合理設計。

3）規范中規定，閉式滅火系統作用面積不宜小于140 m2，本設計中設置閉式滅火系統房間面積范圍為22.57～125.95 m2（見表3）。從造價方面，幾個房間可以共用一個控制閥箱，減少控制閥箱的數量從而降低工程的造價，但因地鐵環境特殊性、房間設備的重要性，在設計時，我們把安全性放在首位，每個保護房間均設置控制閥箱，采用一屋一閥箱控制。

4）閉式滅火系統因為需要等到火勢達到一定嚴重程度后，即噴頭溫度達到57 ℃后，閉式噴頭破裂才能實現滅火，所以，在誤噴可能對地鐵運營產生干擾的電氣設備房間采用閉式系統保護。為保證閉式滅火系統有效運行，閉式噴頭安裝位置距房間內屋頂超過150 mm 時應設置集熱板，集熱板平面面積不小于0.12 m2。這既保證誤噴可能對地鐵運營產生干擾又可以達到有效的滅火效果。

5）根據現場檢查發現，房間內噴頭與管線、電纜、燈等會有碰撞的情況，如果發生碰撞，將影響高壓細水霧的滅火效果，從而會對重要設備造成損壞。切記，噴頭正下方不要有其他專業任何的設備。

6）細水霧滅火系統管道和管道連接件應采用滿足系統工作壓力要求的022Cr17Ni12Mo2 奧氏體不銹鋼無縫鋼管，主管道及管件可根據BIM 圖進行工廠化預制，在現場進行組合式連接，或采用氬弧焊焊接。各保護區支管道根據現場情況現場制作好后采用氬弧焊焊接。氬弧焊焊接應由專業的技術人員焊接。

7）地鐵高壓細水霧滅火系統設計時應合理布置管線，盡量避免設置管道電伴熱保溫，這不僅可以減少項目投資費用，還可以避免管道結冰、凍裂等凍害情況，進而提高高壓細水滅火系統運行的可靠性[5]。

5 結語

高壓細水霧是通過冷卻、空氣窒息和隔熱輻射這三重作達到抑制火災、控制火災并最終消滅火災的目的。細水霧滅火系統同時具備氣滅系統和自動噴淋系統的雙重作用和優點，既有自動淋系統的冷卻降溫作用，又有氣體滅火系統的窒息作用，因此，值得我們去大力推廣并使用的滅火技術。但仍需不斷提高其適用性以及相應規范標準。希望本項目設計及經驗能為同行提供設計借鑒。