高压细水雾灭火系统在铁路站房的适用性探讨

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  摘 要:大型、特大型铁路站房体积大、空间形式多种多样、功能分区繁复错杂;旅客高度密集、构成复杂、流动性大,一旦出现爆炸、燃烧等事故后,易造成大量人员伤亡,在火灾扑救方面有着很高的要求。高压细水雾灭火系统是从传统水喷淋灭火系统的基础上发展起来的一种新型消防技术,通过对该系统防灾机理、系统优势、综合性能等方面的论述以及与目前站房中常规消防系统的比对,探讨其在铁路站房中的应用前景。
  关键词:高压细水雾;铁路站房;适用性
  中图分类号:X731文献标识码: A
  
  1、高压细水雾防灾机理与系统优势
  1.1 高压细水雾概念
  细水雾是指使用特殊的喷嘴,通过高压作用形成的水的微粒。美国《细水雾消防系统标准》NFPA750中,细水雾定义为:在喷头的最低设计工作压力下,雾滴的累积体积分布Dv0.99小于1000µm的水雾(雾滴直径由零到该值的所有雾滴的累积体积占雾滴总体的比例为f,该雾滴直径值为Dvf)。北京市地方性标准《细水雾灭火系统设计、施工、验收规范》(DBJ01-74-2003)中,细水雾定义为:在最小设计工作压力下,据喷头1.0米处的平面上,测得水雾的雾滴直径Dv0.99小于1000µ或Dv0.5小于300µ。高压细水雾即为Dv0.99小于200µm的水雾。
  1.2 高压细水雾防灾机理
  1.2.1汽化吸热降温作用
  高压细水雾由极其细小水微粒构成,在喷射后下降速度缓慢,且因其比表面积巨大,受热时更易汽化,在液态向气态的转变过程中,从燃烧物质表面或火灾区域吸收大量的热,由此起到迅速吸热降温的作用。 以下图一为常规自动水喷淋系统与高压细水雾自动灭火系统每喷射1kg水所吸收热量的对比图。表一为雾滴直径、比表面积、汽化时间和下降速度的关系表。
  
  
  
  图一常规自动水喷淋系统与高压细水雾自动灭火系统每喷射1kg水所吸收热量对比
  雾滴直径、比表面积、汽化时间和下降速度一览表表一
  
  
  
  由此可见,雾滴直径越小,比表面积越大,汽化所需要的时间越短,下降速度越慢,吸热作用和效率越高。
  1.2.2隔绝氧气窒息作用
  水微粒在汽化过程中体积可迅速膨胀扩大至原体积的1700倍之多。依据道尔顿定律,混合气(汽)体总压力等于各组成气(汽)体分压力之和。对于封闭空间而言,在水滴汽化前,空气中氧气的体积百分数为21%,氮气为79%。相应的氧气和氮气的分压力分别为2.06*104Pa和7.75*104Pa。随着水的迅速汽化,水蒸汽分压力迅速增大。据计算,对于30m3的空间,5L水完全汽化后其水蒸汽分压力可达2.78*104Pa,致使氧气的压力降低到1.48*104Pa,体积百分数降低到15.05%,由此通过隔绝氧气的的窒息作用来达到灭火的目的。
  1.2.3阻隔辐射热作用
  水微粒喷入火场后,形成的水蒸汽可迅速笼罩火场内的燃烧物、火焰和烟羽,对火焰的辐射热具有极其有效的阻隔作用,从而抑制辐射热引燃周围其他物品,起到防止火焰蔓延的作用。细水雾形成的雾幕厚度越大,阻隔辐射热的功效越明显。
  1.2.4吸附有害烟雾气体,净化环境
  火灾时,造成人员伤亡、财产损失的不是火场的温度,而往往是火场中产生的一氧化碳等有害烟雾。不仅如此,这类有害烟雾还会扩散到周围环境中,导致更大的次生灾害。据研究,通信机房火灾损失中,5%是由火场高温造成的,而烟雾造成的损失高达95%。细水雾蒸发膨胀后充斥于整个火场空间,而具有巨大比表面积的细小水微粒极易与燃烧形成的游离碳结合,并可有效去除烟雾中具有腐蚀性和有毒物质,从而对火场环境起到很强的洗涤、除尘、净化效果,有利于人员疏散和消防人员的灭火救援工作。
  1.2.5均衡冷却作用
  细水雾均匀地分布在火场周围环境物件的表面上,从而避免了周围物件因为受热不均匀而导致的变形或损坏等。
  除以上五种作用外,细水雾还具有乳化等作用,在灭火过程中,往往会有几种作用同时发生,从而有效灭火。
  1.3高压细水雾灭火系统类型
  高压细水雾灭火系统分为高压细水雾自动灭火系统、高压细水雾防火分隔及降烟系统、高压细水雾消火栓系统。
  1.3.1高压细水雾自动灭火系统
  分为开式、闭式系统。开式系统包括全室应用、局部应用和分区应用系统;闭式系统包括湿式系统和预作用系统。
  系统由高压泵组、细水雾喷头、区域控制阀、系统过滤装置、水箱、供水管网及火灾报警装置构成。系统最高工作压力为14MPa,喷头的最低工作压力不小于10MPa,系统示意图见图二。高压细水雾自动灭火系统可应用于铁路站房中所有电气用房、柴油发电机房及设置常规自动水喷淋的场所,也可對防火玻璃进行冷却,以使其达到3小时的耐火等级。
  
  
  
  
  1—闭式喷头:感知火灾,喷雾灭火2—感温探测器:感知火灾,自动报警
  
  3—感烟探测器:感知火灾,自动报警4—高压球阀:供水控制阀,反馈阀门开启信号
  5—水流开关:反馈水流指示信号6—信号开关:反馈阀门开启信号
  7—末端试水装置:试验末端水压及系统联动功能测试
  8—火灾报警控制器:接受电信号并发出指令9—泵组控制柜:接收控制信号,控制泵的启停
  10—主阀:系统控制阀(常开,带信号开关) 11—压力变送器:将系统的压力变化转换为电信号
  12—压力表:指示系统压力 13—止回阀:控制系统中水的流向
  14—高压泵:为系统提供高压水 15—稳压泵:稳定系统平时压力
  16—测试阀:供系统测试时使用 17—调节水箱
  18—液位开关:将水箱的水位变化转换为电信号 19—排水阀
  20—电磁阀:控制系统进水 21—过滤器:过滤水中杂质
  22—安全泄压阀:系统超压时,释放压力至正常 23—专用接头
  24—增压泵:为调节水箱补水
  图二高压细水雾湿式自动灭火系统示意图
  1.3.2高压细水雾防火分隔及降烟系统
  该系统可与高压细水雾自动灭火系统共用一套加压设施,适用于铁路站房地下出站通廊、高架候车层等大型敞开空间,这种水雾分隔墙最高高度达15米,平时处于开式状态,管网内没有水,火灾喷雾时既不影响人员通行,又能起到防火分隔、洗消烟气、降解烟雾的作用。
  1.3.3高压细水雾消火栓系统
  用水量有0.3L/s、0.5L/s、0.7L/s、1.2L/s四种,胶带长度有40m、50m两种。工作压力为7MPa。适用于铁路站房所有设置常规消火栓的场所。
  2、高压细水雾防灾机理与系统优势
  高压细水雾灭火系统与目前铁路站房中常规灭火系统相比较,存在诸多优势。
  2.1高压细水雾灭火系统与常规水消防系统相比
  水渍损失小。高压细水雾雾滴遇火后迅速汽化,灭火时对环境及设备的影响极小。发生误动作时,其极其微小的水滴对保护对象及环境基本没有损害或危害极小。
  用水量小、管道管径小。高压细水雾灭火系统用水量仅为常规水消防系统的10%或更少,从而减少了水箱、水池等储水构筑物的有效容积。常规水消防系统管道管径一般为DN25~DN200,而高压细水雾灭火系统为DN10~DN40,安装空间仅为前者的20%~30%。而在铁路站房地下出站通道等需要做管道电伴热保温的场所,小的管径在施工和投资方面都具有明显的优势。在设备和管道布置上,大大缩小了占地面积,增加了建筑面积有效使用率。
  供水无需分区。高压细水雾灭火系统压力极大,不需要进行系统分区,大大简化了供水管路、减压管件及装置。
  易于操作。高压细水雾自动灭火系统可对防护区随时进行喷雾试验,简单易行,安全可靠。高压细水雾消火栓反作用力小,可边展开、边行走、边灭火,非专业人员即可轻松操作。
  保护面积大。高压细水雾自动灭火系统单个喷头的保护面积是常规水喷淋系统的2.5倍。对于铁路站房的高架候车厅,受建筑布局的制约,常规消火栓通常不能完全满足现行防火规范关于任一点两股水柱到达的要求。高压细水雾单个消火栓保护半径是常规系统的2倍,保护区域大大增加,两股水柱可以覆盖整个高架候车层。更少的喷头、更少的消火栓箱也有助于实现建筑师追求美观的目标。
  2.2高压细水雾灭火系统与气体灭火系统相比。
  灭火有效性高。在水源能够保证的前提下,可在短时间内恢复补水,达到重复使用的目的,有效防止复燃。气体灭火系统灭火剂由钢瓶储存,只能一次性使用,对于复燃的电气深位火灾,无法实施二次灭火。而灭火剂的泄漏、失效、保护区空间密闭条件的破坏等不确定因素,都可能导致灭火效率的降低。
  对防护区要求低。气体灭火系统一个防护区面积不宜大于800m2,且容积不宜大于3600m3,防护区围护结构及吊顶均有耐压及密封要求,且需设置泄压口。高压细水雾灭火系统可采用分隔喷头对防护空间进行软分隔,对面积、体积均无特殊要求,围对护结构无耐压及密封要求,被保护区域不需设置泄压口。
  对人员、被保护区域设备及公众环境危害性小。目前站房中常用的七氟丙烷灭火剂火灾时与燃烧物发生链式反应产生诸如HCl、HF、CO等酸性腐蚀性及有毒物质,对人员及被保护设备造成危害,排放到大气中更是对大气环境造成影响。高压细水雾灭火系统灭火介质只有水,系统动作前不需要人员疏散,水雾喷放时可降低烟雾浓度、去除CO,有利于人员逃生。
  被保护区域无安全隐患。气体灭火系统高压气体长期存放,钢瓶存在安全隐患;火灾时快速喷放时,保护区域内若浓度、压力过大,不能及时泄爆,有爆炸可能性。高压细水雾灭火系统工作压力虽然很大,但平时管网维持在中压状态,一般为1MPa。不同于气体,水是不可压缩的,管道中的水一经释放,气压力即等同于大气压,无论平时或系统动作时,均无爆炸危险。
  日常运营管理简单易行。气体灭火系统需要经过培训的专业人员进行维护管理,每月对系统进行2次检查,定期对钢瓶称重,若灭火剂净重少于设计的95%需要再行充装,运营管理复杂,费用较高。高压细水雾灭火系统定期更换水箱中的水即可,日常运营管理简单,费用较低。
  综上所述,高压细水雾灭火系统兼顾了气体灭火与自动喷水灭火的双重优点。一套高压细水雾灭火系统可以综合解决原先多种灭火系统的设计方案,使设计、施工、维护管理更简单,系统更可靠。在设备和管道布置上,因水箱、水池等储水构筑物的有效容积及管径大大缩小,增加了建筑面积有效使用率,为业主创造了更大价值。系统几乎无水渍损失,可最大限度降低火灾损失,及时恢复使用,也为用户带来了更大的经济利益。其运营维护费用低,性价比高。
  2、相关规范对高压细水雾灭火系统应用场所的界定
  2.1 高压细水雾灭火技术国家及地方相关规范
  目前发布实施及编制过程中的高压细水雾灭火技术相关规范、标准如下:
  国家标准:《细水雾灭火系统技术规范》(2009年7月送审稿)、《船用细水雾灭火系统通用技术条件》(GB/T22241-2008)。
  行业标准:《档案馆高压细水雾灭火系统技术规范》(DA/T45-2009)。
  地方标准《细水雾灭火系统设计、施工、验收规范》:北京市(DBJ01-74-2003)、江苏省(DGJ32-J09-2005)、浙江省(DB33/1010-2002)、广东省
  (DBJ/T15-41-2005)、福建省(DBJ/T13-142-2011)、湖北省(DB42/282-2004)、河南省(DBJ41/T074-2006)、山西省(DBJ04/247-2006)。
  2.2相关规范对高压细水雾灭火系统应用场所的规定
  相关规范对高压细水雾灭火系统应用场所的规定如表二:
  
  相关规范对高压细水雾灭火系统应用场所的规定一览表 表二
  
  
  
  由此可以看出,高壓细水雾灭火系统的适用范围几乎涵盖了铁路站房所有的功能区域,为这种新型的灭火系统在铁路站房中的应用提供了一定的参照依据。
  3、高压细水雾灭火系统在站房中的适用性存在问题及对策
  目前虽然发布了有关高压细水雾灭火系统的地方及行业标准,但国家标准、铁路标准尚未颁布实施,该系统在铁路站房中的广泛使用缺乏规范依据。作为相对高端的固定灭火技术,高压细水雾灭火系统在高架候车厅等高大空间的应用、站房地下出站通廊,高架候车层等大型敞开空间中水雾分隔墙等特殊部位的应用尚需大量的火灾试验数据作为技术支撑,并为国家、铁路标准的制定提供科学依据。
  
  
   参考文献
  [1]美国消防协会,(NFPA)NFPA 750,细水雾消防系统标准2003版[S]
  [2]北京市公安局消防局公安部天津消防科学研究所,DBJ01-74-2003,细水雾灭火系统设计、施工、验收规范[S]
  [3]杨琦.潘京生,高压细水雾灭火系统技术[J],给水排水,2003.29(9):49~52
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