高压细水雾在地铁设备用房灭火中的应用

胡清华

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉 430063)

1 概述

随着城市化进程的发展,城市规模越来越大,交通成为影响城市发展的重要因素。地铁作为缓解城市交通紧张的有效工具,具有运量大、准时、快速、污染少、耗能低以及舒适便利等优点,正逐渐成为我国城市公共交通的重要组成部分。地铁是典型的地下公共建筑空间,是各种灾害易发、控制极其困难、灾害损失重大的公共场所。在国际地铁发展历程中,火灾已成为比例最高的灾害,而因人员密集、难以疏散、排烟困难、常规消防力量难以施救等特点,包括地铁在内的城市轨道交通网络的防火防灾技术得到国际消防界的高度重视[1]。

对地下车站重要的电气设备用房自动灭火方式的选择也成为地铁建设者和设计者反复研究和讨论的问题。

2 系统选择

目前国内地铁使用较多的灭火剂为IG541和七氟丙烷(FM-200),细水雾系统作为一种清洁、环保、高效的新型灭火系统,国外地铁与轻轨中已有大量的应用。该三种灭火剂亦为国际上认可的洁净灭火剂,下面就该三种灭火剂从几个方面做比较。

2.1 对环境影响

FM-200是人工合成的药剂,虽然其ODP值为零,但是其GWP值与惰性气体相比比较高,大气存活寿命也较长。

IG451灭火剂是大自然中存在的物质,所以对环境没有影响。

细水雾灭火剂就是普通清水,对环境无影响。

2.2 在灭火过程中药剂与火焰的反应

IG451是靠物理窒息灭火,在与火焰接触时无伴随物产生。

细水雾灭火原理是通过冷却、窒息、阻隔热辐射、浸润等综合作用,在与火焰接触时无伴随物产生,但细水雾灭火系统对灭遮挡火有一定的难度,不能完全等同全淹没系统。

2.3 占地面积比较

FM-200在钢瓶内为液体状态,设计灭火浓度8%,而IG451灭火剂储存在钢瓶内为气体状态,设计灭火浓度在40%左右,所以在扑灭同样体积的室内火灾时,FM-200所使用的钢瓶数要比IG541小,气瓶间面积也较小。细水雾灭火系统需设置消防高压泵房。自动灭火系统占地面积比较如表1所示。

表1 自动灭火系统占地面积比较

注：高压细水雾泵房与消防泵房合设，可节约2～3 m2。

2.4 综合投资及运营比较

初投资方面IG541较贵,FM-200最便宜,细水雾最贵；但FM-200及IG541属高压钢瓶,需进行6年期检验,FM-200充装费用远比IG541高。细水雾灭火系统采用高压水泵加储水箱，一般为2～3月更换一次清水,当采用二路水源时可不设水箱。笔者对一标准车站均采用国外同档次进口产品进行造价比较,结果如表2所示。

表2 自动灭火综合造价比较

2.5 输送距离

FM-200(4.2 MPa)输送距离在50 m以内；IG541和细水雾灭火系统输送距离均比FM-200远得多,因此IG541和细水雾灭火系统在设计上可以更灵活。

三种灭火剂均可灭A、B、C类及电气火灾,但细水雾灭火系统对人无伤害,适用于有人的场所。三种灭火剂的其他性能比较见表3。

表3 自动灭火系统综合比较

根据上述条件，选用了三种灭火药剂作比较,卤代烃气体类和惰性气体类及高压细水雾自动灭火系统在功能上都能满足地铁工程的使用要求[2],细水雾灭火系统也有一定的优势。且在实际实施中设备房间需要设置泄压口,高压钢瓶也存在一定的安全隐患。高压细水雾系统作为一种新型的自动灭火方式,在上海地铁十一号线的公共区和设备房、十号线的轨行区、6号线的控制大厅、广州地铁的珠江新城旅客自动输送系统的设备房均成功应用。目前在杭州地铁、无锡地铁、长沙地铁的建设中也拟采用高压细水雾系统。公安部的相关文件也推荐在地铁火灾防治中采用高压细水雾系统[3]。

3 高压细水雾对电气类火灾的适应性分析

目前国内对高压细水雾对带电电气用房可能出现跳闸、漏电、集水等状况存在一定的疑虑,这是导致高压细水雾系统不能迅速推广的主要因数。国内外很多研究机构针对细水雾扑救电气类火灾做过大量研究工作。

作为浪卡子县食品药品监管局主要负责人，白玛群宗时刻把人民群众的饮食用药安全记在心上。她主持开展全县创建药品安全示范县相关工作，从县政府争取资金为98个村卫生室和10个乡镇卫生院药库、药房配备了设施设备，积极开展药品安全示范县创建和相关培训。2013年浪卡子县获评“西藏自治区级药品安全示范县”。白玛群宗并没有就此满足，再次从县政府争取资金，为10个乡镇卫生院配备了电脑、打印机等设施设备和药品不良反应上报网络经费，并开展了相关培训，填补了药品不良反应报告从乡镇一级上报到县一级的网络联动空白。

ABB Stromberg研究中心的带电喷放细水雾试验表明,一部分细水雾雾滴会快速气化,一部分细水雾雾滴长时间地悬停在空中,只有极少部分的细水雾滴落到电子电气设备的表面。高压细水雾对带设备的正常工作无影响。

美国约翰霍普金斯大学进行的设备机房细水雾试验证明,这类场所的火灾通常较小且生长缓慢,对财产和设备的最大威胁是腐蚀性烟气在设备中的蔓延传播。细水雾应用于这些场所,不会对控制面板或者控制设备造成漏电。

从这些研究表明,高压细水雾系统在电气设备用房的灭火中存在较高的安全性和保障性。

4 地铁设备用房应用方案

在高压细水雾系统中主要有三种形式：开式系统、闭式系统、预作用系统。开式和预作用系统在分区控制阀至喷头前全无水,电气房间内的管道是干式的,比较适合在地铁车站设备用房中使用。闭式系统因管道常年有压充水,不宜在设备房间中使用。国外诸如马德里地铁、国内上海地铁十一号线、广州地铁的珠江新城旅客自动输送系统均采用开式系统为主的系统形式。

弱电和低压房间推荐采用开式系统；开式系统反应较快,采用类似淹没式的灭火方式,有较好的灭火效果,从多个厂家的灭火试验来看,均能短期快速有效的灭火。

变电所的高压房间推荐采用预作用系统,预作用系统与开式系统的主要区别在于采用了闭式喷头,单个喷头流量较大,但进一步了提高系统的安全性。为了提高系统的稳定性和灭火效果应选用快速相应喷头,采用开启温度为57 ℃,RTI≤50(m·s)0.5的闭式喷头。但是预作用系统设计需注意的是对于大于140 m2(或80 m2,根据不同厂家的喷头K值而异)会引起流量过大,需增加泵组数量,引起整体投资增加等问题。

参考欧洲标准CEA4001《水喷淋系统：设计与安装》5.4条规定：“吊顶或架空地板等隐蔽区域的高度超过0.8 m时,应设置水喷淋系统保护。如果吊顶或地板隐蔽区域的高度不大于0.8 m,除非内部有可燃物或者吊顶(或地板)由可燃材料制作,否则不需水喷淋系统保护[8]。地铁车站吊顶以上高度一般为1 200 mm左右,且吊顶内一般有风管,各种电器的桥架,电缆等,故推荐采用开式系统保护[9]。而静电底板下一般高度为0.3 m或0.45 m,且电缆等数量较少,故可采用不保护,以节约投资。

5 关于几点争议的看法和对策

现阶段国内对于高压细水雾的灭火效果、隔离辐射、降低火灾场温度、净化空气、防止火灾和烟气蔓延等主要效果都能取得广泛的认同,主要存在漏电、误喷、灭火后次生灾害的影响、400 V开关柜室极低概率跳闸等现象存在的争议。

5.1 关于次生灾害的分析

关于次生灾害指的主要就是灭火后,能迅速的恢复使用,国内外的权威的消防部门和消防研究中心做过大量的验证性的试验均得到较好的效果。

公安部天津消防所进行的交流耐压性能试验表明,在额定电压110～220 kV的条件下,高压细水雾喷射一分钟不会发生闪络。试验布置如图1所示。

图1 交流耐压性能试验布置

高压细水雾在地铁设备用房安全性试验表明,高压细水雾作用于35 kV等级交流耐压试验、带电直流牵引电气设备(防护等级为零),直接喷放试验时均未发生设备短路或故障现象。高压细水雾作用于带电状态下的直流牵引设备后,柜体对地绝缘经简易处理后,能够10 min内迅速恢复[3～4]。

整流器(防护等级为零)带电喷放后人工恢复绝缘试验记录如表4所示。

表4 整流器带电喷放后人工恢复绝缘试验

5.2 关于误喷的分析

对于气体灭火和高压细水雾都存在极小概率的误喷可能性,在设计中应采取措施尽量避免误喷现象的发生,对于高压细水雾系统主要采用了以下措施：

①采用双路报警,一路烟感、一路温感以提高报警的可靠性。

②控制系统一般采用自动控制、手动控制和紧急控制三种模式,而且一般设置0～30 s(时间可调)的延迟时间,可通过人工或视频确认后紧急止动。

③对于负责牵引、消防供电的主要变电所房间采用预作用系统闭式喷头,进一步降低了系统误喷的可能性。

5.3 关于400 V开关柜室极低概率跳闸的对策

国外类似工程中有观察到400 V开关柜室在灭火中存在极低概率(低于5%)跳闸现象,国内现未观察到类似现象。因地铁车站的消防部分采用双电源、双回路供电,可考虑将400 V开关柜房间拆分(或隔离)成二个房间,在考虑一处着火情况下,不会同时对二个房间产生喷射灭火。无锡地铁二号线现采用此种方案,在合理的布置设备和检修门的情况下,对土建面积影响很小。

6 结论

通过分析和比较,提出了高压细水雾在地铁设备管理用房中应用的合理性和可靠性,提出了一些指导设计的思路和依据。根据细水雾系统技术水平的发展和应用前景,可以说这必然是今后地铁自动灭火系统的发展方向之一。细水雾灭火系统作为一种既高效又节能的灭火方式,应将其用于替代气体灭火在地铁的设备管理用房使用。

[1]金 磊.城市安全之道[M].北京：机械工业出版社,2007

[2]公消[2008]449 关于印发《高压细水雾在地铁火灾防治中的应用技术交流会会议纪要》的通知[Z]

[3]同济安泰工程防灾研发中心.高压细水雾保护弱电及低压电气防护空间应用试验报告[R].上海：同济安泰工程防灾研发中心，2008

[4]同济安泰工程防灾研发中心.地铁电气场所高压细水雾保护应用试验报告[R].上海：同济安泰工程防灾研发中心，2009

[5]刘 钧.高压细水雾灭火系统在地铁消防中的适用性分析[J].21世纪：理论实践探索，2010(5)：231-233

[6]DGJ32/J 09—2005 细水雾灭火系统设计、施工及验收规程[S]

[7]GB 50490—2009 城市轨道交通技术规范[S]

[8]CEA 4001—2009 Sprinkler Systems： Planning and Installation

[9]Marioff HI-FOG® Test Report No.RTE3884/03, VTT Building and Transport,December 2003 (Vds approval)