车辆低压细水雾系统技术方案

  车辆低压细水雾系统技术方案

柴华 焉军

中车长春轨道客车股份有限公司  吉林长春130062

引言：低压细水雾灭火系统是一种新型泵瓶组式现代化高科技消防设备，性能稳定、系统可靠、高效智能，专门服务于各类地铁、城轨。该系统具备电器远端手动控制启动、系统自动启动两种启动方式。

低压细水雾灭火技术是将水通过雾化设备雾化成具有一定运动速度和动量的微水雾滴，用以扑灭火灾的技术。细水雾灭火技术较传统的灭火系统具有无可挑剔的绿色环保、耗水量极少、安全灭火机理先进、灭火效果好、设备简单、安全可靠等突出优点。

1、细水雾基础及灭火系统介绍

近年来，细水雾因灭火机理先进、绿色环保、安全可靠、灭火效果好、能扑灭多种火灾、使用成本低等突出优点成为发达国家公认的最佳灭火剂。

细水雾灭火系统的工作原理是通过对燃烧核心区和周围气焰的冷却作用，对火焰的隔氧窒息作用，对热辐射的衰减作用，对可燃物的乳化作用以及对火焰的冲击作用等。细水雾灭火机理先进，同时突破了“水不能灭油火和电气火灾”的禁区，可适用于A（固体）、B（液体）、C（气体）、电气类等各类火灾。

1.1、细水雾灭火机理

细水雾是利用比表面积极大的高密度雾流进行灭火的，其灭火机理为吸热降温冷却、绝氧窒息、阻热吸尘、乳化防止复燃等。

1）高效吸热，急速降温

低压细水雾由雾粒直径一般在400μm左右的小雾滴组成，在下降的过程中在受热后易于汽化，其下降的速度很慢，表面积大，且大量的细水雾会沿着饱和线蒸发，在气、液相态变化过程中从燃烧物质表面或火灾区域吸收大量的热量。  

表1：雾滴直径、表面积、汽化时间和自由下落速度的关系

表1中列出了雾滴直径、每升水的表面积、汽化时间及自由下落速度之间的关系，从表中我们可以看出，雾滴直径越小，表面积就越大，汽化所需要的时间也越短，吸热作用和效率就越高。

单位重量细水雾与水喷淋吸收热量对比，对于单位重量的水，细水雾雾滴所形成的表面积至少比传统水喷淋喷头(包括水喷雾喷头)喷出的水滴大100倍，因此细水雾灭火系统的冷却作用是非常明显的。

2）快速窒息灭火

氧气是引发维系物质燃烧的重要介质之一，如果限制了氧气的浓度，也就有效控制了物质燃烧的必要条件。细水雾系统产生的细小水滴因为具有较的表面积，其在迅速受热后汽化形成原体积1680倍的水蒸气，最大限度地排斥着火点附件的氧气和其他可燃气体，使燃烧物质周围的氧含量降低，燃烧即会因缺氧而受抑制或中断。系统启动后形成水蒸气在完全覆盖整个着火面的情况下，时间越短，窒息作用越明显。给出某实体火灾试验的过程中氧浓度的变化过程；在细水雾灭火系统开启后，防护区内的氧浓度快速下降，在45s后，氧浓度已经降至16％以下。

3）吸附有害烟雾气体，净化环境

造成火灾损失的往往不是火场的温度，而是火场中会产生CO等有害烟雾气体，这些有害烟雾气体是导致火场人员的伤亡及物件损坏的关键因素，而有害烟雾气体也容易扩散到周围环境中，带来更大的二次灾害。美国联邦通讯委员会网络安全理事会（简称FCCNRC）的网络安全研究报告（引自美国消防标准NFPA76附录）表明，通讯机房火灾损失中，95%是由烟雾造成的，而只有5%是由火场温度造成的。

细水雾蒸发膨胀后能充满于整个火场空间，细小的水蒸气雾颗粒极易与燃烧形成的游离碳结合，且有效去除烟雾中的腐蚀性及有毒物质，从而对火场环境起到很强的洗涤、降尘、净化效果，利于人员疏散和消防员的灭火救援工作。

2、细水雾与常见灭火系统优越性对比分析

火灾类型主要为电气火灾（E类）、固体火灾（A类）、烹饪类火灾（K类）以及由其引发的液体燃油类火灾（B类）和气体火灾（C类）。地铁火灾显著特点为危害特别大，极易造成重大损失，人员逃生不易，因此设置绿色、安全、环保、高效的灭火系统显得尤为关键。

2.1安全、节能环保的绿色防灾技术

低压细水雾以水为灭火剂，细水雾对人体无害，对环境无影响，不会在高温下产生有害的分解物质。且由于它具有高效的冷却作用和明显的吸收烟尘作用，更加有利于火灾现场人员的逃生与扑救，充分体现了“以人为本”和“环境保护”的消防设计理念。

细水雾灭火系统与其他水基灭火系统相比，用水量减少。通常而言，细水雾系统用水量是水喷淋系统的1/10～1/5，用水量减少大大地降低了系统能耗。

2.2对保护空间无密封性和耐压要求

细水雾灭火系统能够承受保护区域一定限度的通风，对保护空间无密封性和耐压性要求，这是气体灭火系统力所不能及的；同时细水雾所具备良好的穿透能力，可不受空间内障碍物的遮挡，仍然可以发挥灭火效能。

2.3安装快捷，运营维护成本极低，投入性价比高

细水雾系统使用小口径的不锈钢管，管道管径小，重量轻，且多数不锈钢可以进行人工弯曲作业，因此安装极为方便，有效地节省系统安装成本。

高压细水雾系统的运营维护工作简单易操作，维护成本极低（几乎零成本）。从长期使用角度上对比计算，是目前投入性价比非常高的消防系统。

3、低压细水雾灭火系统组成

火灾探测系统由吸气式烟雾探测器、点式烟温复合探测器、点式烟雾探测器、感温电缆、人机界面、中控计算机组成。

3.1吸气式烟雾探测器

吸气式烟雾探测器每节车厢2个，整列车需要12个，分别安装于客室左右两侧侧顶板的中间位置，通过探测管路上的探测点主动吸取客室内的空气，可以在火灾发生早期探测到火情。将探测到的火警信息传输给中控计算机并反映在人机界面上，驾驶员通过人机界面确认火情。为避免吸入空气内的杂质堵塞探测器，在探测管路上安装空气过滤器。可根据业主要求更改为每车厢一个吸气式探测器，并与细水雾灭火系统配合额，对整节车厢进行灭火。

3.2点式烟温复合探测器

点式烟温复合探测器安装于驾驶室的顶板上，每个驾驶室各一个，整列车2个，可以对驾驶室进行温度和烟雾的探测，将探测到的火警信息传输给中控计算机并反映在人机界面上，驾驶员通过人机界面确认火情。可根据业主要求选择是否安装此部件。

3.3点式烟雾探测器和感温电缆

点式烟雾探测器安装于每个电控柜的顶板上，整列车16个，对电控柜内的烟雾浓度进行探测，将探测到的火警信息传输给中控计算机并反映在人机界面上，驾驶员通过人机界面确认火情。每个电控柜内同时布置1根感温电缆，盘绕在电控柜内电气元件的周围，对电控柜进行温度探测，当探测温度高于138度时，产生火警信息，并将探测到的火警或错误信息传输给中控计算机并反映在人机界面上，驾驶员通过人机界面确认火情。可根据业主要求选择是否安装此部件。

4、 细水雾灭火系统设备构成

细水雾灭火系统由集成框架、分区阀、管路、喷嘴等组成。

4.1集成框架

水罐、氮气罐、罐体阀门、及中控单元等集成在2个框架上便于安装，集成框架A包含85L水罐1个、50L/200bar氮气罐2个、中控计算机1个、电控箱2个，阀门若干，重量515kg。集成框架B包含85L水罐1个、50L/200bar氮气罐2个、电控箱2个，阀门若干，重量455kg。水罐内部装有液位计，测量罐内水的液位是否满足要求，若水量不足将信息传给中控单元，中控单元将信息显示在人机界面上，提示及时充水。水罐内部装有温度传感器和电加热器，当水罐的温度低于7°时，电加热器启动给水罐加热，当温度超过15°时停止加热。氮气罐装有电磁阀用于触发氮气罐，减压阀用于将氮气罐的200bar压力减至50bar后输出，压力传感器测量氮气罐内气体压力是否满足要求，若气体压力不够时将信息传给中控单元，中控单元将信息显示在人机界面上，提示及时更换氮气瓶。

4.2 分区阀

分区阀控制气水混合物的流通方向，每节车厢有2个分区阀控制水雾流向本车厢的1区还是2区，整列车需12个，传送阀是控制水雾从本车厢是否流经下一个车厢的阀门，由于框架安装在4车厢底部，故4车传送阀2个、2、3、5车厢还要有一个传送阀，整车共5个，加上两框架之间还有一个阀门，故整列车需要18个电磁气动阀。

5、 系统性能

1、当列车上发生火灾时，探测系统可以在60秒内探测到火灾并报警。

2、当乘客区发生火灾时，细水雾系统可以自动启动或者由驾驶员按下启动按钮，将根据用户需要确定最终设计方案。

3、本系统所配备的两套细水雾系统分别用于保护1、2、3节车厢中最先发生火灾的车厢和4，5，6节车厢中最先发生火灾的车厢。

4、细水雾可以整节车厢同时释放，也可以按半节车厢为单位进行释放，将根据用户需要确定最终设计方案。

5、当整节车厢释放时，细水雾可以连续释放5分钟。半节车厢释放时，细水雾可以连续释放10分钟。当细水雾首先在某车厢的半节车厢开始释放，稍后同节车厢的另一半由于探测器探测到火灾也开始释放时，细水雾的连续释放时间介于5分钟到10分钟之间。

6、细水雾系统的控温、控烟和灭火性能请参考所提供的测试报告。