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细水雾灭火系统在地铁中的应用

发布时间:2015-03-20 16:54:23 来源: 总点击次数:

  摘 要: 城市轨道交通中的地铁和轻轨等公共客运系统在许多大城市得到建设和发展, 其具有运量大、涉及面广的特点。一旦发生火灾, 将造成不可挽回的经济损失和社会影响。在国家要求构建和谐社会及提倡科技创新的背景下, 需要加大地铁服务质量, 提高地铁的安全性。此文除阐述细水雾灭火系统在地铁中的应用所具备的条件和要求外, 还根据实践经验做了与其它灭火系统的比较, 分析了应用中存在的问题并提出了解决办法, 论证了该系统既高效又节能, 且适用于地铁发展。
 
  城市轨道交通中的地铁和轻轨等公共客运系统, 由于具有大运量、高效率、低污染等优势, 并且随着经济和人口的高速增长, 地铁和轻轨在城市的建设和发展中将越来越受到重视。目前国内已经建成或正在建设地铁和轻轨的城市有北京、上海、广州、天津、深圳、南京、武汉、沈阳、哈尔滨等。轨道交通是一项综合交通运输系统, 涉及专业多, 技术复杂, 因此, 系统的安全及可靠性非常重要, 尤其是设置火灾的预防和救助系统, 防止火灾发生及蔓延尤为重要。
 
  细水雾灭火系统是一项预防扑救火灾的新技术, 在国外大型工程项目及地铁中应用较广, 但在国内地铁中仍无应用先例。目前国内地铁主要使用七氟丙烷(HFC- 227ea) 或者惰性气体(IG541) 气体灭火系统, 以保护车站控制室、通信、信号机械室、变配电室等重要电气设备房间。但由于灭火剂比较昂贵, 容易泄露,工程建设投资和运营费用较高, 另外系统误喷后的废气也会对周围环境产生影响。因此, 在环保日益受到重视的今天, 有必要探寻一种既符合环保要求, 又节约投资和水资源的新型灭火系统。此文正是从这个角度出发, 对细水雾灭火系统进行了分析与研究。
 
  1.细水雾灭火系统概念及灭火原理
 
  “细水雾”(water mist) 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。水微粒子化以后, 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, 体积增大约 1 700 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。
 
  2.细水雾灭火系统与其它气体灭火系统的比较
 
  在地铁的电气设备用房设置合适的灭火系统应达到控火或灭火的目的。系统的选择不仅应从安全角度考虑, 还应追求以人为本的目的; 既要灭火效率高, 又要经济且对环境无影响。笔者通过多年地铁设计实践, 从如下几个方面对细水雾灭火系统与七氟丙烷灭火系统及惰性气体(IG541) 系统进行比选研究, 希望能早日把细水雾灭火技术应用到国内地铁设计中。
 
  (1)系统构成及灭火效果比较
 
  细水雾灭火系统是由连接供水部件或同时供水及雾化介质的部件, 并配备 1 个或多个喷头, 能够喷放细水雾来控火、抑火和灭火的配水系统。可分为高、中、低压系统, 开式、闭式系统, 全淹没、分区保护或局部应用系统, 泵组式或瓶组式系统。灭火介质为水, 对保护对象通过高效吸热作用、窒息作用或阻隔辐射热作用, 达到实施灭火、抑制及控制火灾、控温和降尘的多种方式保护。
 
  气体灭火系统主要由灭火剂储瓶、驱动钢瓶、控制阀门、管网和喷嘴等部件组成。七氟丙烷灭火系统主要以化学抑制达到对保护对象的灭火目的;惰性气体(IG541) 气体灭火系统对保护对象是以物理窒息灭火机理实施保护目的。惰性气体(IG541)灭火系统以惰性混合气体为灭火剂, 七氟丙烷灭火系统以化学物质(CF2- CHF- CF3) 为灭火剂, 2 种系统均为中高压系统。
 
  国内外工程实例表明, 不论是细水雾灭火系统还是七氟丙烷、惰性气体(IG541) 灭火系统均能达到较好的灭火效果。相比而言, 细水雾灭火系统由于以水为灭火剂, 所以取材方便、低廉, 一般情况下, 一次灭火用水量大约 0.6~1.5 m3, 而其它气体灭火剂需要专业厂家的生产、采购, 因此采购费用较高; 一般情况下, 气体灭火系统综合造价高出细水雾灭火系统 20%。另外,由于细水雾以冷却为主要灭火机理, 灭火后不会复燃, 在水源保证情况下, 在尽可能短的时间内, 可恢复补水, 能够达到再次使用的目的; 而其它气体灭火系统由于灭火剂都是由钢瓶储存的, 所以只能要求一次扑灭火灾。与气体灭火系统比较, 细水雾灭火系统也存在缺点, 那就是灭火剂不可压缩, 在同样大小保护房间, 细水雾系统贮装容器相对要大些。
 
  (2)环境保护方面的影响比较
 
  七氟丙烷为卤代烷替代物, 灭火过程中产生的分解物是弱酸性气体, 排放到大气中会造成环境影响, 产生温室效应。虽然惰性气体(IG541)气体由大气中自然存在的气体组成, 无毒、无腐蚀性分解物产生, 但是火灾时产生的烟气会对环境产生影响。细水雾灭火技术作为哈龙主要替代技术之一, 以水为灭火剂, 是绝对的绿色环保产品, 对人体和环境没有任何危害, 另外还具有清洗烟雾中有毒成份及降尘的功能, 有利于人员逃生, 因此可以实现以人为本的设计理念。
 
  (3)与相关专业接口的影响比较
 
  地铁中与自动灭火系统关系密切的主要是防灾报警和环控通风专业, 不论是细水雾还是其它气体灭火系统均要求设置完善的感温探测报警控制。由于地铁的防护区设在地下, 气体灭火系统在灭火后, 防护区内会有有毒、有害气体存留, 不能自动排出, 必须打开排烟风机排出。另外, 由于有害气体较重, 一般集中在防护区下部, 排烟风口也应该设在下部, 这可能会影响到防护区的使用, 从而必须增加建筑面积, 细水雾灭火系统灭火后不会产生有害气体, 因而不需火灾模式下单独排烟, 但需考虑泵房设备房间内设置排水措施, 一般情况下可充分利用地铁内的排水系统。
 
  (4)营运管理方面的影响比较
 
  气体灭火系统需要经过培训的专业人员进行维护管理, 每月应对系统检查 2 次, 每年应对系统进行 2 次全面检查, 要定期对储气瓶进行称重, 如果灭火剂净重小于设计的 95%应再充装, 运营管理费用比较高。细水雾灭火系统日常维护简单, 费用较低。另外, 气体灭火系统误喷后, 可能造成人员伤亡, 防护清理较慢, 系统恢复需要重装储气瓶, 每座车站需要药剂大约 60 万元, 细水雾灭火系统误喷后, 误喷损失费用将大大降低, 而且防护区容易清理, 能保证电气设备很快恢复使用。
 
  3 细水雾灭火系统的应用存在问题的分析与研究(1)细水雾灭火系统是一项具有较高技术含量的自动灭火系统, 鉴于目前国内地铁行业无实际工程可参考借鉴, 而且相关的规范标准比较匮乏, 因而系统的选择应考虑到地铁工程中需有持续的供水灭火条件, 减少设备系统占地面积等因素。系统水源应优先采用城市自来水, 建议采用膜处理技术对系统进水水质进行处理。系统贮配水容器、管道、加压设备等应选择不会造成系统二次污染的设备或装置, 以免影响喷头喷雾效果或堵塞喷头。
 
  (2)细水雾灭火系统在使用过程中由于产品或操作者等原因, 可能造成误喷现象。因此, 为最大限度降低误喷的可能性, 可选用闭式预作用自动灭火系统。
 
  (3)当采用高压细水雾自动灭火系统用于封闭空间场所时, 应采用全淹没保护方式。建议防护区结构及门、窗的耐火极限不低于 0.50 h, 吊顶的耐火极限不低于 0.25 h, 这是为了防止防护区外的火灾蔓延到防护区内。同时, 细水雾自动灭火系统要求在发出火警至灭火的一段时间内, 建筑构件不会受到损坏, 以确保防护区的密闭性, 不会造成灭火剂流失, 影响灭火效果; 而且地铁内防护区各种结构构件等容易达到上述要求, 不增加额外土建投资。细水雾灭火系统启动前, 所设的通风机、排烟机、送风机及其管道中的防火阀、排烟防火阀等应能自动关闭, 避免灭火剂随着风道很快流出防护区, 影响灭火效果。
 
  (4)在喷头与保护对象之间, 喷头喷射角有效范围内不应有遮挡物, 避免影响灭火效果。
 
  (5)封闭空间场所内, 防护区门应采用防火门,并向疏散方向开启, 且能自动关闭。
 
  (6)细水雾灭火系统要求环境温度一般为 4~50 ℃, 通过地铁内的环控通风系统能保证对温度的自动调节。
 
  4 结 论
 
  鉴于上述研究证明, 细水雾灭火系统是继七氟丙烷、惰性气体(IG541) 灭火系统之后的又一种新型高效的灭火系统, 是一种既节约投资又环保的灭火系统, 可以替代其它气体灭火系统在地铁的电气设备房间应用。为了在地铁内更好地应用细水雾灭火系统, 还要在水质处理和喷头开发上借鉴国外先进经验尽快生产出成套的设备, 使之能完全达到国产化, 显著降低工程建设成本。在细水雾灭火系统设计、施工及验收方面, 我国南方某省区已经制定了地方标准, 但为满足国内其它城市地铁建设需要, 建议尽早制定相关的国家或行业标准, 使这项新技术能够尽快应用推广。
 
  
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