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城市轨道交通安防:细水雾自动灭火系统的应用
    城市轨道交通作为公共客运系统已成为城市交通的重要干线,在城市的建设和发展中越来越受到重视。由于涉及专业多,技术复杂,系统的安全及可靠性非常重要,尤其是火灾预防和救助系统的选型和设置,对于防止火灾发生及蔓延尤为关键。
   
    1自动灭火系统在轨道交通中的应用
   
    1.1回顾气体灭火系统的应用
   
    轨道交通是一项综合交通运输系统,为确保其安全运营,在地下车站的变电所、通信及信号设备室、环控电控室及主变电站等重要区域(均为忌水的灭火场所),设置高效、安全、无公害的自动灭火系统。
   
    基于对地球大气臭氧层的保护,按照1989年1月1日生效的《蒙特利尔议定书》及我国制定的《哈龙整体淘汰计划》等相关规定,2001年8月1日,国家公安部千赢网址局发布了《关于进一步加强哈龙替代品及替代技术管理的通知》(公消[2001]217号)。该文规定,在我国可以使用惰性气体类灭火剂、三氟甲烷、六氟丙烷、七氟丙烷及细水雾等作为哈龙替代品。目前,在国内轨道交通系统中应用较广的是IG541和七氟丙烷(HFC-227ea)气体灭火系统。部分城市应用情况见表1。
   
   
   
    部分城市应用情况
   
    两种灭火系统的应用中存在如下现象:
   
    (1)气体灭火剂钢瓶贮存压力过高(IG541灭火系统钢瓶贮存压力达15Mpa),有一定的危险性;同时对系统的配件及施工安装、调试、维护也提出了较高的要求;另钢瓶配置数量多,标准地下车站气瓶间一般为两个,占用地下空间较多。
   
    (2)由于气瓶储存气量有限,可持续灭火能力较差。
   
    (3)气瓶的气体容易泄露,需定期充装。另根据气瓶安全监察规程要求,目前两种系统的气瓶均列为压力容器,惰性气体类检验周期为五年,其它气体检测周期为三年,每次检测费用近百万,至使运营费用增高。
   
    1.2细水雾的应用前景
   
    细水雾灭火系统是一项预防扑救火灾的新技术,在国外大型千赢官网项目及轨道交通中应用较广,但在国内城市轨道交通中无应用业绩。细水雾相对于气体,其优势主要表现在以下几方面:
   
    (1)水源容易获取,灭火的可持续能力强。
   
    (2)有冷却作用,可隔绝辐射热,可以有效避免高温造成的结构变形。
   
    (3)可承受一定限度的通风。
   
    (4)对人体无害,环保。
   
    (5)用水量少,只有水喷淋系统的10~20%。
   
    (6)该系统即可局部应用,保护独立的设备或设备的某一部分,又可作为全淹没系统,保护整个空间。
   
    细水雾灭火系统作为一种技术先进、成熟、可靠、环保的灭火系统,有较好的发展趋势和应用前景,已形成有利的市场竞争态势。因此,有必要对细水雾的应用进行进一步地探寻和分析。
   
    2细水雾灭火原理
   
    2.1定义
   
    细水雾是指在最小设计工作压力下、距喷头1.0m处的平面上,雾滴累计体积分布雾粒径Dv0.99小于1000μm或Dv0.5小于300μm的水雾。根据其雾珠直径的大小(0~1000μm)被划分为三个等级,Ⅰ级细水雾-Dv0.1≤100μm,Dv0.9≤200μm,代表最细的水雾。Ⅱ级细水雾-Dv0.1≤200μm,Dv0.9≤400μm。Ⅲ级细水雾-Dv0.1>400μm,Dv0.99≤1000μm。
   
    细水雾自动灭火系统可以有以下几种分类方式:
   
    (1)按系统压力可分为:
   
    ①高压系统(≥3.45MPa);
   
    ②中压系统(1.2~3.45MPa);
   
    ③低压系统(≤1.2MPa)。
   
    (2)按介质成雾原理可分为:水相流单流体系统、水气混流双流体系统。
   
    (3)按照系统应用可分为:开式系统和闭式系统(包括干式系统、湿式系统和预作用系统)。
   
    (4)按系统形式可分为:全淹没系统、局部应用系统和分区保护系统。
   
    (5)按照动力驱动方式分为:泵组式(由水泵、水箱、管道、喷头等组成)、瓶组式(由气瓶、储水瓶及相应的附件如瓶头阀、高压软管、集流管、管道、喷头等组成)。
   
    2.2灭火机理
   
    “细水雾”(watermist)是相对于“水喷雾”(waterspray)的概念,是使用特殊喷嘴、通过高压喷水产生水微粒。细水雾灭火主要是通过高效率的冷却与缺氧窒息的双重作用。即使同样体积的水,也可使总表面积增大,而表面积的增大,更容易进行热吸收、冷却燃烧反应。吸收热的水微粒容易汽化,体积可增大1700倍。由于水蒸汽的产生,既稀释了火焰附近氧气的浓度,窒息了燃烧反应,又有效地控制了热辐射。对于电气设备的早期火灾,还会将设备内塑料制件产生的大量气体和烟雾吸附在细水雾雾滴表面,因此,细水雾还具有一定的消烟功能。
   
    3系统选型
   
    3.1设备火灾特征及影响
   
    地下车站及主变电所电气设备房以各种设备、车厢、装饰材料、电缆等静态物质为主,设备房内的设备火灾特征及影响具体见表2。
   
   
   
   
   
    设备房内的设备火灾特征及影响
   
    从设备火灾特征分析,地下车站各类保护对象的火灾类型主要为E类,主变电站为B类和E类。其中车站控制室虽然有A类,但属于有人值班,火灾危险性与其它弱电类防护空间相同;低压、高压电气类防护空间和油浸式电力变压器室火灾危险性大。
   
    从系统安全和可靠性分析,当信号设备室、1500V直流开关柜室、0.4kV开关柜室和环控电控室发生火灾时,如果不能及时控制火势或细水雾喷放后对设备造成二次水渍损失影响,将直接影响轨道交通系统的行车运营的安全。所以,应针对不同的保护对象,进行合理的系统选型。
   
    3.2选型分析
   
    下面从系统的灭火性能及电气绝缘性等方面进行选型分析。
   
    3.2.1灭火性能
   
    美国海军实验室(NavalResearchLaboratory)曾经对单流体低压系统(Single-FluidLow-PressureSystems)、单流体高压系统(Single-FluidHigh-PressureSystems)和双流体系统(Twin-FluidSystems)做了一系列试验,单流体低压系统产生较大的水微粒,在扑灭深层的A类火灾时,表现出良好的效果,这是由于其相对较大的流量(是单流高压系统的3~4倍),产生了表面的浸湿作用,但减弱了系统扑灭受遮挡的火灾的能力。而单流体高压系统由于较小的水微粒直径,提高了扑灭受遮挡火灾的能力,但减弱了扑灭深层的A类火灾时的灭火效果。试验显示,大空间内受阻挡的火灾,当火灾处的氧气浓度降到18%以下时,火焰即可熄灭。由此可见,单流体高压系统更适合扑灭受遮挡火灾。
   
    3.2.2电气绝缘性
   
    关于细水雾的电气绝缘性,国外某公司曾用SecuripexFire-Scope2000细水雾灭火系统做过试验,将该系统喷入设有电动机、发电机和配电盘的封闭房间内,上述设备内部的电压为220~440V。结果显示,电阻读数明显下降,但设备运转正常。在一般情况下,随着设备变得干燥,电阻值会恢复到正常值。细水雾系统能否用于电器设备,关键在于水雾微粒的大小。
   
    水雾雾化的程度越高,水雾的电气绝缘性能就越优。高压细水雾产生的水雾雾滴远小于中低压系统,电气绝缘性能优于中低压系统。
   
    3.3结论
   
    从火灾特征、系统灭火性能、电气绝缘性等各项研究和实验分析得出,电气设备场所适于设置单流体高压系统;而油浸变压器室适于设置单流体高压系统、中压系统。英国航空公司IT中心、德国拜耳制药公司的电力隧道、西班牙12条地铁线路的电气设备房均采用了高压细水雾,国外的应用实例再次说明了高压细水雾灭火系统适用于电气设备房。
   
    4系统设计实例
   
    4.1设计原则
   
    4.1.1保护范围
   
    广州市轨道交通APM系统线路长3.94km,全部采用地下线路。车站及停车场设备房保护范围为弱电系统电源室及设备室、站务室、屏蔽门控制室、0.6kV开关柜室、0.4kV开关柜室、AFC终端设备室、牵引变压器室、车场牵引变电所、控制室、综合监控设备室。需说明的是每个车站均设置了两个0.4kV开关柜室,内有低压及环控设备,为最大限度减少误喷的水渍损失,其主用柜和备用柜组及两组干式变压器分开设置在两个独立的房间。
   
    4.1.2设计参数
   
    (1)泵组式单流体高压细水雾,系统管网工作压力≮3.45MPa,泵组出口压力≮10MPa,最低喷雾强度为1.5L/min·m2。
   
    (2)有效工作雾滴体积直径Dv0.9不大于200μm,直径Dv0.99不大于400μm。
   
    (3)闭式系统作用面积不大于150m2,开启温度为57℃,RTI≤36(m·s)0.5。开式系统采用全淹没灭火系统,响应时间不大于30s。
   
    (4)储水箱按不小于10min系统用水量设置,并设置快速补水装置。
   
    (5)系统最短持续喷雾时间为30min。
   
    (6)为最大限度降低误喷的可能性,牵引变压器室为预作用系统,其余为开式系统(根据上海地铁11号线设计依据设置)。
   
    4.2系统组成
   
    细水雾自动灭火系统由控制子系统和管网子系统两部分组成。
   
    (1)控制子系统由自动灭火系统集中报警控制盘及现场设备分区灭火控制盘、火灾探测器、警铃、声光报警器、水泵控制箱、区域控制阀箱、联动控制设备等组成。
   
    (2)管网子系统包括高压泵组、稳压装置、储水箱、补水装置、过滤器、喷头、输送管道及其它附件组成。
   
    4.3系统功能
   
    4.3.1系统灭火过程
   
    (1)预作用灭火系统
   
    本系统在每个保护区域内设有两个独立的报警回路,当发生火灾时,其中单一回路预报警后,设在该保护区域内的警铃将动作,而当两个回路都报警后,设在该保护区域内外的声光报警器将动作,在延时阶段分区灭火系统控制盘将完成关闭防火阀、启动声光报警器等相关设备的联动。经过30s延时,分区灭火系统控制盘将启动该区域的控制阀,启动高压泵组,当部分喷头受热开启后,管网上的压力开关动作,将灭火剂释放信号反馈给分区灭火系统控制盘和火灾自动报警系统控制盘,此时高压水沿管道和喷头输送到对应的保护区域灭火。
   
    如值班室人员先于火灾探测器系统发现火情,当用手提式灭火器或其它移动式灭火设备无法扑灭火灾时,可直接拉动保护区门外阀箱内的区域控制阀,或紧急机械启动器及主泵启动按钮直接启动系统灭火。系统工作流程图见图1。
   
   
   
    (2)开式系统
   
    系统工作流程与预作用系统类似,系统工作流程图见图1。
   
   
   
   
   
    系统工作流程
   
    4.3.2控制方式
   
    系统设自动操作、手动操作和应急手动操作方式三种控制方式,系统控制原理见图2。
   
   
   
   
   
    系统控制原理
   
    4.4补充说明
   
    (1)广东省细水雾标准第3.1.8条要求“一套泵组式细水雾组合分配系统保护的防护区和保护对象数量不应超过8个,当超过8个时应设置备用储水量和储气量”。本系统考虑到系统用水由消火栓给水系统补水,而消火栓给水系统有多路可靠的外部水源,故所有工点均未设置备用储水量。
   
    (2)广东省细水雾标准第3.1.10条要求“闭式细水雾喷头应能在一定火场温度下动作开放,且在作用面积内的所有喷头应同时开放”。此条属于个性化条款,故没有按照“所有喷头应同时开放”执行。
   
    (3)该系统目前正在设备招标阶段,由于在我国目前尚未颁布统一的设计、安装和验收的规范和标准,只有地方规范颁布参考,建议在设备招标及今后的设计联络中对系统配置尚需进行如下优化和细化,完善设计方案。
   
    ①高压细水雾喷头的选型应符合电气设备用房的要求,具有良好的电气绝缘性能。其技术资料应经过国家有关千赢网址产品检测机构检测认可的产品。同时还应提供喷头在最不利情况或最大防护区尺寸下扑救同类火灾的相关证明材料(实体火灾实验)。
   
    ②细水雾控制系统应有防误喷的有效措施,其中灭火指令控制回路应具有防止误动作功能,紧急释放装置应具有防误操作措施,以最大限度减少误喷的水渍损损失。
   
    ③高压细水雾灭火系统各设备供应商标准不一,关键部件参数难以统一,因专业性强,设计及施工应由专门资质的单位承担。

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