细水雾系统在汽车发动机实验室的应用

毛开清 刘 琴 权昕昕

（华菱星马汽车（集团）股份有限公司 安徽马鞍山）

发动机研发中心实验室在发动机实验间、样气间及控制室设置可燃、有害气体检测传感器，检测CH、CO气体浓度信号。设立16个细水雾保护区（16个实验间）。由于发动机实验室的特殊性质，火灾发生概率要远远高于其他场所，因此，保护实验室内的人员生命安全是实验室防灾的第一要素。

高压细水雾技术作为节能、环保、安全的“绿色灭火技术”，不仅具有高效的灭火降温能力，在除烟、消毒方面也具有很大潜力。基于此，安徽华菱星马汽车（集团）股份有限公司发动机自主品牌研发中心实验室针对台架实验间实际运行情况，经多方考察认证，确定采用高压细水雾灭火系统对实验间进行灭火。

一、发动机实验室消防系统分析

1.发动机实验室消防分析

发动机实验室由于实验所需，各实验间台架运行时均含有大量的机油、柴油及危险气体，这些均为易燃、易爆品且相对集中。这些物品一旦燃烧，很快就会形成大火，若不及时控制，会引燃实验间的发动机本体及相应的燃油管道甚至爆炸，危险性很大。

2.细水雾系统简介

（1）细水雾定义及灭火机理。细水雾是指在最小设计工作压力下，雾滴直径 Dv0.50＜200 μm、DV0.99＜400 μm 的水雾，即直径＜200 μm的雾滴占总体积的50%以上，直径＜400 μm的雾滴占总体积的99%以上。

细水雾灭火技术是一种灭火效率高，又对环境无污染的灭火技术。细水雾灭火机理为物理灭火，主要表现是表面冷却、窒息、冲击乳化和稀释。细水雾由于雾滴粒径小，相同体积的水，细水雾的表面积大大增加，吸收火焰的热量快，同时小粒径的雾滴遇火焰高温后迅速气化，也吸收大量热量，所以细水雾能使火焰的温度迅速降低。雾滴在气化过程中，体积可膨胀1700倍以上，形成大量的水蒸气包围和覆盖在火焰周围，使保护区的氧浓度大为降低。因此细水雾具有很强的气化降温作用和隔氧窒息作用，达到迅速灭火的目的。当扑救不溶于水的可燃液体火灾时，雾状水冲击液体表面并与之混合，形成乳状液体层，使燃烧中断；当扑救水溶性液体火灾时，雾状水与水溶性液体混合，使可燃性液体浓度降低，从而实现灭火的目的。

（2）系统特点。细水雾灭火系统与其他灭火系统相比，具有安全环保、高效灭火、可以扑灭遮挡火、电气火、阻隔热辐射、扑救损失小、安装维护方便。

（3）细水雾灭火系统按系统额定工作压力的分类。高压细水雾灭火系统，分配管网中流动介质压力≥3.5 MPa。中压细水雾灭火系统，分配管网中流动介质压力＞1.2 MPa，但＜3.5 MPa。低压细水雾灭火系统，分配管网中流动介质压力≤1.2 MPa。按照实验室使用特点，选用中压、单相流、全淹没、泵组、开式细水雾灭火系统。

图1 泵组装配图

二、细水雾系统在发动机实验室的实例应用

1.设计方案

（1）系统方案。发动机研发中心实验室共包含16个实验台架，共设立16个细水雾保护区。实验室采用高压细水雾系统，该系统由高压细水雾泵组（图1）、分区控制阀组、高压细水雾喷头、消防不锈钢水箱、不锈钢管道及组件等组成。分区控制阀组设置在每个实验保护区的观察窗外。

（2）细水雾灭火系统选择。对于实验室保护区，采用开式细水雾灭火系统。在准工作状态时，高压泵组至分区电动控制阀（图2）间的管网内，维持一定压力，当压力低于稳压泵的设定启动压力1 MPa时，稳压泵启动，使系统管网维持稳定压力1～1.2 MPa，稳压泵运行超过10 s后压力仍达不到1.2 MPa时，主泵启动，稳压泵停止。设备调节水箱进水口处设有补水电磁阀，水源经过过滤器和补水电磁阀后进入水箱；水箱配有液位控制器，实现对水箱水位的自动控制。补水电磁阀在水箱低水位时打开，高水位时关闭。

2.系统控制原理

该系统具有自动控制、手动控制、机械应急控制3种控制方式。系统工作原理图见图3。

（1）自动控制。在自动状态下，当防护区内的某一个探测器探测到火灾信号后，启动设在该防护区域内的声光警报器，同一防护区内的第二个探测器探测到火灾信号后，打开分区控制阀和消防泵，点亮喷洒指示灯，整个防护区域内所有喷头释放细水雾灭火，并将状态信号反馈至消防控制中心。

（2）手动控制。当现场有人发现火情时，可按下相应防护区门口的气体控制盘上的紧急启停按钮，同时打开分区控制阀和消防泵，点亮喷洒指示灯，整个防护区域内所有喷头释放细水雾灭火，同时将状态信号反馈至消防控制中心。在自动状态下，手动控制功能优先。

（3）机械应急控制。当控制电路中断，需应急操作时，可以通过机械应急手柄打开分区控制阀，释放细水雾灭火。

3.主要设计参数

实验室16个实验保护区采用高压开式细水雾喷头（图4），根据每个保护区面积大小设置相应数量的喷头。细水雾喷头采用奥氏体不锈钢制造，由喷头壳体、喷嘴、过滤网、垫片等部分组成。喷头的核心部件是安装于壳体圆锥面上的多个离心喷嘴，其雾化机理是利用喷嘴内旋流件产生的旋转液体，经出口通道加速喷出空心扩散锥状液膜，利用液体与外界空气的速度差而破碎、雾化。高压细水雾喷头喷出的水雾具有雾滴直径小、扩散性能好、吸热和蒸发快等优点。高压细水雾喷头性能参数见表1。细水雾系统持续喷雾时间 20 min，设计流量为176 L/min，系统设计工作压力10 MPa，喷头安装高度为5.6 m，地面为环氧树脂面，每个实验间内均做吊顶。

图2 阀组结构图

图3 开式细水雾灭火系统工作原理图

图4 高压细水雾喷头外形图

4.项目实施

实验室高压细水雾采用满足系统工作压力要求的不锈钢管。管道采用螺纹连接。喷头接口螺纹为1/2英寸。穿墙及过楼板的管道必需加套管。管道与套管的空隙应用不燃材料填塞密实。管道过伸缩缝，沉降缝处需加补偿装置。区域控制阀组安装在防护区域外操作面一侧，箱底安装高度距地面0.8 m。管道支吊架应满足强度要求，管道最大支吊架安装间距参见《细水雾灭火系统设计施工及验收规程》DGJ32-J09-2005，可根据实际情况调整，见表2。

表1 开式高压细水雾喷头性能参数

表2 管道最大支吊架安装间距

5.高压细水雾系统现场调试实验

项目竣工调试时，对高压细水雾系统进行了灭火实验。选择了16个保护区中的5#实验间作为模拟火灾发生实验间，在实验间内堆放一定的易燃物，点燃后，当烟雾飘散到实验间吊顶区域后，烟感探测报警系统首先报警，细水雾系统在接到此报警5 s后细水雾喷淋系统开始工作，喷头开始喷雾，雾气逐渐扩散，喷雾1 min后水雾弥漫整个实验间，特别浓密，半米之内看不到物体，同时火熄灭。喷雾共持续5 min，地面普遍有明显积水，室内人员衣服全沾满雾水。喷头开始喷淋时微弱喷雾，大约2 s后全面喷雾，这个阶段有少量水喷出。停止喷雾后喷头有水滴下，持续10 min以上。分析整个实验情况得出：高压细水雾灭火效果较好，但在停止喷雾后管道内存在水处理不理想的问题。

三、结语

细水雾系统最大的优点是能够以易取的水为灭火剂，对人和环境没有任何危害，并具有洗虑烟雾中有毒成分及降尘的功能，有利于火灾现场人员的逃生，基本适合实验室灭火。系统用水量小，仅为常规喷淋系统用水量的1/10，水渍损失能够得到控制。火灾后的清洗工作量小，并在尽可能短的时间内可恢复操作。备用状态水容器为常压，克服了气体系统难以解决的泄漏问题，日常维护工作量和费用较气体系统大大降低。由于冷却为主要灭火机理，灭火后不会复燃。采用小直径管道，连接布管方便且工程造价低。