细水雾灭火系统应用探讨

秦新民

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

细水雾灭火系统应用探讨

秦新民

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

细水雾为卤代烷灭火剂理想替代物,本文介绍了细水雾灭火系统的现状、灭火机理、特点、分类、应用范围及在工程中应用的设计计算。

细水雾灭火系统；灭火机理；应用范围；设计

由于卤代烷灭火剂对臭氧层的破坏,2012年在全球范围内已被全面禁用，因而寻找卤代烷灭火剂理想替代物的工作已是刻不容缓。人们对于新一代灭火剂的要求是：清洁、高效、安全、稳定。而细水雾灭火技术以其节水、高效、对保护区域损害小的特点,自20世纪90年代开始受到人们的广泛关注。细水雾为在最小工作压力下,经喷头喷出并在喷头轴线向下1.0 m处的平面上形成的雾滴直径DV0.5＜200 μm、DV0.99＜400 μm的水雾[1-3]。细水雾灭火系统则是一种以水为介质,采用特殊喷头在特定的工作压力下喷洒细水雾进行灭火、抑火和控火的固定式灭火装置,该系统凭借其灭火高效、适用范围广、绿色环保等优点,不仅成为理想的卤代烷灭火剂替代物，在取代二氧化碳、七氟丙烷等温室气体方面也发挥着日益重要的作用。

1 细水雾的灭火机理和特点

1.1 灭火机理

1)表面冷却：细水雾雾滴直径很小,雾滴一般在400 μm以下,比表面积大,有利于吸收热能,受热后易于汽化,在气液相态变化过程中从燃烧物质表面吸收大量的热量,使火场温度骤降,达到灭火的目的。

2)窒息作用：细水雾喷入火场后,雾滴在受热后汽化形成原体积1 700倍的水蒸气,迅速地排斥火场的空气,在燃烧物质周围形成一道屏障阻隔新鲜空气的进入,当火场氧的浓度降低至不能燃烧的程度,火焰被窒息熄灭,达到灭火的目的。

3)阻隔辐射热：细水雾喷入火场后,细水雾及形成的水蒸气迅速将燃烧物火焰和烟羽笼罩,有效地阻隔火焰的辐射热,抑制辐射热引燃周围其它物品,达到防止火焰蔓延的目的。

4)浸湿作用：颗粒大的雾滴会冲击到燃烧物的表面,从而使燃烧物得到浸湿,阻止固体进一步产生挥发可燃气体。

1.2 灭火特点

1)细水雾灭火系统的灭火机理与水喷雾灭火系统类似,但两者还有一定的区别：（1）细水雾系统高度雾化的结果是提高水的利用率,大幅减少水的用量,更适用于需要避免水渍损失的场所;而且细水雾还具有一定的降尘、除烟的作用。（2）采用细水雾扑救油类火灾时,既不会振动液面,使其飞溅,也不容易发生复燃现象,其灭火效果比水喷雾理想。

2)细水雾灭火系统与自动喷水灭火系统相比较,具有以下几个方面的特点：（1）保护对象主要为火灾危险大、扑救难度大、对水渍损失要求高的设施或设备。（2）扩展了水系统灭火的范围,使得水可以扑救固体、液体、气体、电气等场所的火灾。（3）减少了水的用量,提高了灭火效率和水的利用率。（4）扩展了应用领域，细水雾灭火系统不仅可用于灭火，还可以用于控火、防护冷却、洗涤烟雾和毒气。

由于具备以上特点,欧洲等发达国家已开始用细水雾灭火系统替代自动喷水灭火系统和气体灭火系统。

2 系统分类

细水雾系统可按水雾粒径、系统压力、系统介质、系统计算、保护空间、供水方式进行分类。

2.1 按细水粒径分类

根据NFPA750(美国消防协会细水雾消防系统标准),细水雾分为3级(图1):第1级细水雾为DV0.1= 100 μm与DV0.9=200 μm连线的左侧部分,为最细的细水雾;第2级细水雾为第1级细水雾右侧与DV0.1= 200 μm、DV0.9=400 μm连线之间的部分;第3级细水雾为第2级细水雾右侧至DV0.99=1 000 μm之间的部分。根据拟颁布的国家《细水雾灭火系统技术规范》，细水雾的最大雾滴尺寸为喷头轴线向下1.0 m处的平面上形成的雾滴直径DV0.5＜200 μm、DV0.99＜400 μm的水雾。

2.2 按系统压力分类

按系统压力可分为以下几种类型:1)系统压力低于1.21 MPa的为低压细水雾系统;2)系统压力在1.21～3.45 MPa之间的为中压细水雾系统;3)系统压力＞3.45 MPa的为高压细水雾系统。

图1 细水雾粒径分区

2.3 按介质分类

介质分类:1)单介质系统,灭火介质为单一介质水。2)双介质系统,除使用水作为灭火介质外，还使用了空气、氮气等惰性介质作为第二介质。两种介质用分别由不同的管道或在同一根管道内输送到喷头,产生更细的水滴,以达到更好的灭火效果。

2.4 按系统计算分类

按系统计算分类:1)预制系统。该系统的设备配置和管道系统均在工厂中设计和调试好,并通过认证,设计人员根据认证的设计参数,把设备和喷头布置于合适位置。2)工程系统。该系统的设备配置和系统管道经过设计人员具体设计计算得出,并在施工现场具体安装调试。这种系统仅有设备和喷头单体认证,没有经过系统认证,系统的可靠性依据设计和系统设备的可靠性确定。

2.5 按保护空间分类

按保护空间分类:1)全淹没系统为向整个防护区内喷放细水雾,保护其内部所有防护对象。2)局部应用系统为直接向防护对象喷放细水雾,保护空间内某具体防护对象。3)区域应用系统为向防护区局部区域喷放细水雾,保护其内部所有防护对象。

2.6 按供水方式分类

按供水方式分类:1)瓶组式供水系统由储水瓶或罐储水,由惰性压缩气体作为动力把水供应到系统并使水雾化灭火的系统。2)泵组式供水系统以柴油机或电机为动力源,由柱塞泵或离心泵等把水供应到系统并使水雾化灭火的系统。3)联合式供水系统为增加系统的可靠性，采用瓶组式与泵组式系统一用一备双水源。

3 细水雾灭火系统的应用范围

细水雾灭火系统可用于扑灭固体物质火灾(A类火灾)、液体火灾或可熔化固体火灾(B类火灾)、气体火灾(C类火灾)、带电物体燃烧的火灾(E类火灾)、人员密集性场所的火灾,以及防火隔断玻璃的冷却保护,广泛适用于计算机房、通讯机房、控制室、贵重设备室、图书馆、档案库、配电房、发电机房、油浸变压器室、变电室、除尘设备、喷漆生产线等场所或设备的消防保护,以及船舶机舱中柴油发动机、柴油发电机、燃油锅炉、燃油装置等设备的消防保护。但细水雾系统不能应用于有遇水即发生反应、爆炸或会产生大量有害物质的化学反应等材料的场所,如锂、钠、钾、镁、钛、锆、铀等金属或其化合物，也不能直接应用于有低温液化气体的场合(如液化天然气)[4-6]。

4 系统设计

4.1 系统选择

细水雾系统与水喷淋、水喷雾系统不同,迄今还没有统一的产品标准,也没有通用的设计方法,设计时首先应对系统进行正确的选择,选择依据参考表1。

表1 系统选择

4.2 设计参数

1)闭式系统的设计参数应根据实体火灾模拟试验结果（表2）确定。

2)开式全淹没系统和区域应用系统的设计参数应根据实体火灾模拟试验结果确定,可以根据表3、表4确定。

表2 闭式系统设计参数

表3 开式全淹没（区域）系统设计参数（中、低压系统）

表4 开式全淹没（区域）系统设计参数（高压系统）

两个或两个以上的防护区应采用组合分配系统,系统的储水量应不小于最大一个防护区或保护对象所需的用水量;瓶组式系统的防护区或保护对象不应超过8个,当超过8个时应增设系统;泵组式系统可不受8个防护区的限制[6]。

4.3 水力计算

1)低压管道水头损失应按下式计算：

式中：Q为管段的设计流量,L/min;Pf为管道的总水头损失,MPa;C为管道摩阻系数;L为管道计算长度(含当量长度),m;d为管道内径,mm。

2)中、高压细水雾灭火系统的管道水头损失应按下式计算：

式中：f为摩阻系数,MPa/m;ρ为水的密度,kg/m3;Re为雷诺数;μ为水的绝对粘度系数;Δ为管道相对粗糙度;ε为管道粗糙度,mm。

3)喷头的设计流量

式中：q为喷头设计流量,L/min;K为喷头的流量系数,L/(min·MPa1/2);P为喷头的工作压力,MPa。

4)系统水箱或贮水容器的设计所需有效容积：

V=QS·t

式中：V为水箱或贮水容器的设计所需有效容积,L;t为系统的设计喷雾时间,min。

5 结束语

作为一种新型环保、安全的灭火系统,细水雾灭火系统有待于不断发展和完善,需要不断引进和开发新技术、新材料、新设备,将成熟、先进的相关产品应用到系统中。随着细水雾灭火技术的日益成熟和国家《细水雾灭火系统技术规范》的颁布,该技术将广泛应用于工程实际之中。

[1] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司,中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施：给水排水[M].北京:中国计划出版社,2009.

[2] 中国建筑设计研究院.建筑给水排水设计手册:上册[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,2008.

[3] 核工业部第二设计研究院.给水排水设计手册:第2册建筑给水排水[M].3版.北京:中国建筑工业出版社,2012.

[4]GB 50016-2006,建筑设计防火规范[S].

[5]GB 50219-95,水喷雾灭火系统设计规范[S].

[6]DA/T45-2009,档案馆高压细水雾灭火系统技术规范[S].

Discussion on Application of Water Mist Fire Extinguishing System

QIN Xinmin
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Water mist is an ideal halon extinguishing agent replacement;the paper introduces present situation,fire extinguishing mechanism,characteristic,classification and application range of water mist fire extinguishing system and design calculation applied in engineering.

water mist fire extinguishing system;fire extinguishing mechanism;application range;design

TU998.13+2

B

1004-4345(2015)01-0044-04

2014-10-11

秦新民(1965—),男,教授级高级工程师,主要从事给排水设计研究工作。