低压细水雾灭火系统在地铁消防中的应用分析

齐航

【摘要】低压细水雾灭火系统作为一种新型的水雾消防灭火技术，具有气体灭火和水灭火的双重优点，能够实现高效吸热冷却，隔离氧气窒息火焰，阻隔辐射热作用，浸润稀释洗涤烟雾和废气，具有经济、节能、绿色环保特性，在国外已被广泛应用，因此也引起国内越来越多业内人士的关注。为此，本文章从低压细水雾灭火系统技术性、可行性、安全性方面就在应用于地铁消防领域进行全面细致的分析，并与国内传统灭火器、高压灭火系统、中压灭火器等灭火设备进行比较，以及借鉴国外低压细水雾灭火技术应用研究成果，为其应用至地铁消防提供广泛参考。

【关键词】低压细水雾灭火系统；地铁消防。

0前言

我国随着经济的飞速发展，城市化进程的快速推进，对轨道交通的需求不断提高，火灾防控难度逐渐加大。但由于我国消防技术老旧，基础设备薄弱，传统系列灭火器都存在污染严重、损坏精密仪器、产生毒气、使人窒息等缺陷，逐渐被市场淘汰，因此大量消防保护场所亟待新型的灭火系统予以保护。低压细水雾灭火系统作为一种新型的水雾消防灭火器，具备气体灭火和水灭火的双重优点以及经济、节约水资源、绿色环保等方面的优越性，发展前景广阔。

1 低压细水雾灭火系统

1.1 低压细水雾灭火系统的定义

低压细水雾灭火系统是以水为介质，利用雾化技术和压缩空气动能，采用特殊喷头在特定的工作压力下创造出极端优良的微细水雾进行灭火冷却的一种快速反应移动式灭火系统。

1.2 低压细水雾灭火系统的作用

低压细水雾灭火系统的作用主要是：①高效吸热冷却作用：由于超细水雾的雾滴直径很小，约为100-150μm，相对表面积较一般水滴大5000倍，其在汽化的过程中从燃烧物表面或火灾区域吸收大量的热量，由于直径越小，水雾单位面积的吸热量就越大，热传速率就越高，吸热冷却效果越好，数据显示低压细水雾灭火系统形成的100-150μm水雾冷却效果是5000 μm普通水流冷却效果的40倍。②隔离氧气窒息火焰：100-150μm的超细水雾喷入火场后，迅速蒸发形成蒸汽，体积急剧膨胀1640倍，由于雾滴直径小，密集紧凑，间隙狭小，在燃烧物周围形成一道屏障阻挡新鲜空气的吸入，降低氧体积分数，使得氧含量在火源周围空间迅速减小，火焰将被窒息。另外火场外非燃烧区域雾滴不汽化，空气中氧气含量不改变，不会危害人员生命。③阻隔辐射热作用：超细水雾喷入火场后，蒸发形成的蒸汽迅速将燃烧物、火焰和烟羽笼罩，对火焰的辐射热具有极佳的阻隔能力，能够有效抑制辐射熱引燃周围其它物品，达到防止火焰蔓延的效果。水雾对辐射热的衰减作用还可以用来保护操作员的生命。④浸润稀释作用：大量的水雾滴冲击到燃烧物表面后，使燃烧物得到浸湿，阻止固体挥发可燃气体的进一步产生，达到灭火和防止火灾蔓延的目的。另外，细水雾还具有洗涤和稀释烟雾、废气的作用。

1.3 低压细水雾灭火系统与其他灭火系统的比较

综上，细水雾灭火系统相对干粉灭火器、惰性气体灭火器、泡沫灭火器等传统灭火器而言，更具有安全性和使用性，尤其在封闭空间和有电气构件场所。同时上表也对高、中、低压细水雾灭火系统进行了比较分析，三种细水雾灭火系统灭火效果大致相同，有所区别的是高压细水雾灭火系统为固定式，设备尺寸巨大，安装配置费用和后期维修费用高昂，为全覆盖式灭火系统；中压细水雾灭火系统和低压细水雾灭火系统同为移动式，为局部灭火系统，一般有背负式、推车式、车载式三种形式，其在火灾发生时可快速移动反应。中压细水雾灭火系统由于操作压力较大，对操作人员要求较高，操作时产生的后座力容易将人向后弹出，存在较大危险性，而低压细水雾灭火系统的操作压力为中压的1/5，具有高安全性，灭火效果与中压系统相当，具有高效灭火能力。因此通过比较可知，低压细水雾灭火系统更具优越性。

1.4 低压细水雾灭火系统优越性分析

低压细水雾灭火系统具有以下优势：①工作压力低。7.5bar，是高压细水雾灭火系统的1/10，是中压细水雾灭火系统的1/5，操作无后座力，因此就操作员安全性考虑，其更具高安全性和高可靠性。②具备移动功能，能够快速反应到达火源处实现迅速灭火，有针对性的点对点灭火战略部署，有效避免火势扩大，实现以最少的水量达到灭火、控火，降低火灾损失率。③压缩空气驱动，无需电动或燃料驱动，对储存环境无特殊要求，具备高安全性、环保性和可靠性。④可灭电气火。形成的水雾颗粒在100-150μm之间，直径非常小，且有间隙不连续，因此具有良好的电绝缘性能，可用来保护电气构件场所。⑤以水为介质，形成最佳水雾颗粒，能够高效吸热汽化冷却，体积膨胀至1640倍，有效隔离氧气窒息火焰，阻隔辐射热作用，浸润稀释洗涤烟雾和废气，灭火效果为常规灭火水枪的50倍，有效节约水资源，以最小的用水量，达到最大的使用效率，具有经济、节能、绿色环保无污染特性。⑥设备占地空间小，无需安装，价格便宜。相对占地面积较大的高压细水雾灭火系统而言，低压细水雾灭火系统占地约0.1-0.4平米之间，配置储存方便，无安装费、施工费、改造费等，后续维修费用低，寿命长，价格便宜。

2 国内外细水雾灭火系统的应用研究

2.1 国外细水雾灭火系统应用研究

2.2 国内细水雾灭火系统的应用研究

为了尽快缩短与世界先进水平的差距和满足我国消防部门的需要，国内也开展了大量的细水雾灭火技术的研究工作，并已将其应用于轮船、电厂、图书馆、通信机房等场所。其中四川绵阳依斯特气动消防器材有限公司研制出移动式气雾灭火装置，利用压缩空气作动力源将水雾化，形成中压细水雾灭火系统，已成功用于机场灭火；浙江大学流体传动及控制国家重点实验室研制的一种移动式直接高压水雾化的灭火装置，汽油发动机经减速器与高压水泵连接，高压水泵一端与水箱连通，另一端与喷枪连接，喷枪上装有细水雾喷嘴，形成细水雾喷射装置；华中科技大学对高压细水雾喷头、高压单流细水雾灭火系统进行了深入的研究，已经初步研制出固定式高压水雾灭火系统样机；从北华等对含灭火添加剂的细水雾与油池火相互作用过程研究发现，向细水雾中添加灭火添加剂显著影响其灭火性能，细水雾的灭火时间与加入的质量分数间呈现出“W”形，况凯蓦等对铁基细水雾添加剂灭火性能的实验研究表明，添加氯化亚铁的细水雾，其灭火性能发生了显著变化，且存在一个最佳灭火浓度，其对应的灭火时间最短，耗水量最小，灭火效率最高。

通过对技术上的研究分析以及借鉴国外，我国对细水雾灭火系统具有基础性的了解，但从设备制造上还无法达到国外的先进水平，尤其是低压细水雾灭火系统，制造要求的精密程度、技术设计更为严苛，国内还无法达到并超越。

3 地铁火灾特征及防控难度

3.1 地铁火灾特征

3.2 地铁火灾防控难度

目前，我国有22个城市开通地铁和轻轨，用于经营的地下建筑面积达2466万平方米、结构复杂、空间密闭，同时整体电气构件种类多，车厢内易燃物体繁多，一旦发生火灾，后果不堪设想。同时由于我国人口密集，尤其在发达城市，高峰时间段时人挤人，载重量极大，逃生几率极小。另外，我国目前处于经济转型的关键期，各种利益矛盾突出，容易以突发公共安全性事件以及群体性事件表現出来，乘坐地铁安检防控力量薄弱，因此我国地铁消防在防灾减灾方面，承受着比其他国家更巨大的压力，防控难度极大。因此，有效快速的跟进地铁消防迫在眉睫。

4 低压细水雾灭火系统在地铁消防中应用分析

由3.1章地铁火灾特征可知，地铁电气构件繁多，其配置的消防设备首先必须具备扑灭A、B、电气火灾功能。另外，地铁火灾分地铁车厢火灾和地铁车站火灾两类。车厢火灾相对比车站火灾更为严峻。火灾一经发生，由于地铁整体环境内热释放、温度分布、烟气浓度、辐射热迅速爆发，因此地铁消防设备除必须具备扑灭A、B、电气火灾功能以外，还必须具备降低辐射热、稀释毒气与废气、迅速降低温度，减少热释放的作用，为乘车人员、工作人员疏散逃生提供条件，尤其在地下场所。

地铁火灾分车厢火灾和车站火灾两种情况。

就车厢火灾而言，分为车厢内和车头控制室。目前车厢内座椅底层主要配置灭火器以干粉灭火剂为主，其具有存储空间小，移动迅速特点，但也具有污染、腐蚀的缺陷。就车厢内乘车人员多、空间有限的环境特点，通过模拟演练分析，车厢内采取“小型灭火器+灭火毯”模式配置，能大大改善灭火效果，减少灭火时间，提高逃生几率。灭火毯作为一种具有覆盖火源隔离氧气窒息火焰和披覆逃生双重功能的消防装备，其国家标准GA 1205-2014《灭火毯》于2015年3月1日正式实施。其接触火源灭火时耐高温，无毒性气体产生，不延燃且无熔融滴落物产生，环保无污染，同时存储空间小，操作简单方便，可与车厢内小型灭火器一同配置，大大提高防灾减灾能力。而车头控制室由于电子设备较多，使用干粉灭火器灭火会损坏精密设备，因此可配置背负式低压细水雾灭火系统替代干粉灭火器。

就车站火灾而言，目前我国地铁车站主要采用混合惰性（IG 541）气体灭火系统来保护通信、信号、变电所等重要电气设备房间。而在欧洲等发达国家，细水雾灭火技术在地铁消防方面已有成熟的实用案例（如米兰、马德里、伦敦等），而且还被用来保护地铁车站的其它区域，包括行车道电缆、售票亭、扶梯下部、商铺等场所。

从设备可行性可知，混合惰性气体灭火系统以窒息作用为主，设计浓度高，气瓶数量多。在喷放后的一段时间内混合气体以设计浓度和空气混合，可以在较长时间内保持灭火浓度。但一旦失压，由于各气体分子量不同，有可能产生各气体分离现象，即失去了混合气体的本性，从而影响灭火效果，并且地铁火灾发生时如果没有及时疏散人群，采用惰性气体灭火很有可能引起人为窒息。而低压细水雾灭火系统主要是通过高效率的冷却与使火焰缺氧窒息的双重作用。水微粒子化以后吸热汽化，体积会增大约1640倍，从而稀释了火焰附近氧气的浓度，窒息了燃烧反应，又有效地控制了热辐射，冷却环境，稀释燃烧产生的CO、CO2，清洗烟雾中有毒成份、降尘及消烟，在风速小于3m/s的火灾场合可保持良好的控火效果，比前者有更好的控火能力和为乘车人员、工作人员疏散逃生提供条件。而且细水雾雾滴直径极小，有间隙不连续，具有良好的电绝缘性能，能够保护地铁电气设备房间，这些优点是惰性气体灭火系统所不具备的。

从设备安全性可知，混合惰性气体灭火系统储气瓶长期处于高压状态（20℃，压力15MPa），对系统各产品部件的性能、制造工艺及承压标准都有较高的要求，安全防范要求较高。如果系统设计不当，喷放时还会因管道中的IG541气体流速达到音速而产生音障，流动受到很大的阻力；超过音速时所产生的爆震还会使系统遭到破坏。而低压细水雾灭火系统由于压力低，操作压力7.5bar，使用后座力小，同时采用压缩空气瓶压力驱动，不会易燃并防爆，对存储环境无特殊要求，具有高安全性和可靠性。

从设备建筑用地可知，混合惰性气体灭火系统的气瓶间面积较大，一般一个地铁车站的气瓶间在（20～30）㎡，土建部分投资较高。同时输气管线管径较大，数量较多，一般需10～15跟DN40～125的输气管线，这些输气管线占据大量空间，给管线综合带来一些问题。而低压细水雾灭火系统的设备占用空间小，一般为（0.1～0.4）㎡，仅为气体灭火系统1/20～1/30，并且可与车站消防泵房合建，节约宝贵的地下建筑空间。同时管线少，对管线多且复杂的地铁车站的管线综合工作有着重要意义。

从系统维护及性价比可知，混合惰性气体灭火系统喷放后系统恢复需要重装储气瓶，耗时较长，同时需要经过培训的专业人员进行维护管理，运营管理复杂，维修费用高昂。而低压细水雾灭火系统以水为灭火剂，取材换气方便低廉，环保，系统日常维护简单，运营费用低。

由上可知，低压细水雾灭火系统从可行性、安全性、存储性、性价比方面都优于混合惰性气体灭火系统，可替代混合惰性气体灭火系统，应用于地铁消防中。