地铁高压细水雾自动灭火系统的研究

陈宏涛

（辽宁省交通高等专科学校，辽宁 沈阳 110122）

1 概论

目前我国有42个大城市开通了地铁，截至2020年11月，全国地铁总通车里程高达6 979 km，地铁交通运输在城市中占据越来越重要的地位。随着运营里程的不断增加，开通地铁的城市越来越多，轨道交通安全性至关重要，容易引发运营安全事故包括大客流量的拥挤、电梯扶梯故障等，但是火灾对于运营的影响、人的安全要远大于以上各种事故。

车站内的各种电气设备室、站厅站台、通信信号设备室及BAS电控室等，均是地铁运营过程中的重要组成部分，任何地方出现火灾，都将对列车的运营、乘客的安全产生严重的影响。同样，地铁列车运行在地下深度40～100 m，一旦发生火灾，乘客的恐慌情绪、自救方式方法、灭火的难度都远大于地面上正常的火灾事故。

地铁运营过程中，引起火灾的原因较多，但是大多数集中在设备故障引起火灾、人为纵火，偶尔因为电气设备的短路引起事故火灾。

2 地铁常用自动灭火系统的对比

目前地铁车站自动灭火系统主要分为惰性气体、七氟丙烷和高压细水雾自动灭火系统。IG-541和IG-100是自动灭火系统常用的两种惰性气体灭火介质，能够有效扑灭地铁车站的通信信号设备、BAS环控设备，且不会对贵重的设备造成二次伤害，对环境和人体危害也较小，但是该惰性气体需要贮存在高压力瓶中，需要的气瓶数量较多，存储困难，一旦产生误动作，危害较大，并且后期维护成本高。七氟丙烷自动灭火系统是一种高效的灭火系统，其灭火剂具有无色、无味、绝缘性好等优点，适用于计算机机房、车站通信信号设备房、配电站等场所，但是其灭火剂充装费用较高，在灭火过程中和高温条件下会裂解产生少量的热腐蚀产物。高压细水雾自动灭火系统是能够大幅度提升水的压力，使其达到10 MPa以上，通过喷嘴将水雾化，雾化后水的总表面积变大，能够更快地降低可燃物的温度，稀释空气中氧气的含量，使火焰能够在短时间内窒息，由于水的雾化，在灭火的同时也清洁了空气，高压细水雾自动灭火系统是一种高效环保的新型灭火系统。

3 高压细水雾自动灭火系统

高压细水雾自动灭火系统的灭火介质是淡水，其在特制的喷头特定的压力下喷洒出细水雾进行灭火，压力能够达到10 MPa以上，相对比于水喷淋系统，相同体积的水产生的灭火效果远好于水喷淋系统。目前，高压细水雾自动灭火系统已经广泛应用于舰船、军事装备、大型交通车辆、商用厨房等领域。

西班牙马德里地铁在1996年开始应用高压细水雾自动灭火系统，地铁站内的保护对象主要包括车控室、通信信号设备机房、BAS系统设备室、售票亭、低压配电室、综合监控系统设备机房等。目前，在我国南京地铁、苏州地铁以及上海地铁等均有车辆或设备房应用了高压细水雾自动灭火系统。

3.1 高压细水雾灭火系统的原理

高压细水雾能扑灭A类和B类及电气火灾。A类火灾指固体物质火灾，这种物质具有有机物性质，一般在燃烧时产生灼热余烬，如木材、煤、棉、毛、麻、纸张等。B类火灾指液体火灾和可融化的固体物质火灾，如汽油、煤油、柴油、原油等。

（1）蒸发降热。

液体发生火灾时，其燃烧速度较快，选择高压细水雾自动灭火系统能够对其进行有效扑灭。高压细水雾的压力可以达到10 MPa，水经过通过喷头的释放，转化为水雾状态，遇到火焰时转化为较细小的水雾滴直接气化。喷头每秒钟出水量越大、喷头产生的水雾直径越小，细水雾降热的能力就越强。细水雾瞬间充满着火空间，降低燃烧液体和物质产生的温度，当降低的温度低于燃烧物质的可燃点时，细水雾将扑灭火灾。

（2）窒息作用。

水滴吸收热量后迅速气化变为水蒸气，空气中的氧气占比迅速下降，同时水雾附着在燃烧物表面，使燃烧物接触不到氧气。当燃烧区域的含氧量降低到一定程度时，燃烧因缺少氧气而停止。窒息作用主要用于B类和电气火灾，对于A类火灾效果欠佳。

（3）减弱热辐射。

在灭火过程中，高压细水雾蒸汽在燃烧区周围形成高强度的吸热屏障，吸收大量的热辐射，降低周围物质的温度，阻止火焰的蔓延与扩散。

（4）降尘、乳化、浸润。

燃烧物燃烧后，空气中会出现燃烧后的有害微粒，并飘浮在空中，引起人的窒息。据统计，火灾发生时，大多数人也是因为烟雾的窒息而死亡。高压细水雾的产生，能够有效将空气中的有害微粒及烟雾降落，具有空气清洗的作用。残余颗粒随着细水雾流到达燃烧物表面时使得液体类燃烧物表面出现乳化现象，阻碍进一步的燃烧。

3.2 高压细水雾自动灭火系统的结构

高压细水雾自动灭火系统主要由高压细水雾控制器、消防高压水泵，电控阀、开式区域阀、喷头、喷枪柜、变频器、压力调节阀和安全阀组成。细水雾控制器与地铁FAS系统相连，通过CAN总线协议完成通信，细水雾控制器将自动灭火系统的故障信息反馈给FAS系统，FAS系统可以完成远程灭火控制。本系统中水泵采用额定流量大于等于60 L/min，泵组额定功率不小于16 kW，出口压力为10～12 MPa，灭火介质采用淡水，电控阀和区域阀均采用直流DC24 V电压控制，并且具有开到位、关到位和压力状态信号反馈。电机功率应与泵组功率相一致，不小于16 kW。

正常情况下，高压细水雾自动灭火系统处于待命状态，泵组不启动，管网没有水，当发生火灾时，系统自动启动，判断电控阀是否打开，在打开状态下，打开区域阀组，自动启动电机，15 s内，自动灭火系统完成细水雾喷洒，在系统进、出口的过滤器将会滤除灭火用水中的杂质，压力表和流量计用于检测吸水泵出口处的压力和流量。当管路压力过高时，安全阀启动，将多余压力迅速卸载，灭火用水经过调压阀的调节，达到系统设定压力，流过开式区域阀后经过细水雾喷头的作用，向保护区域进行喷雾。

3.3 高压细水雾的喷头设计

高压细水雾自动灭火系统喷头在系统中至关重要，压力水从接头处进入，经过过滤器与分流器，通过喷嘴组件中的螺座与旋流体配合形成的旋流槽，由各个螺座的通孔处喷出散形的均匀水雾。细水雾喷头主要由喷嘴组件、分流罩、过滤网组件、垫圈及接头组成。

喷嘴组件是将压力水转换为水雾喷出的部件，主要由螺座、垫圈和堵头组成。螺座内部设计直径为Φ的直通孔径（Φ可以通过Reyleigh-Taylor不稳定性公式计算），孔内端是120°的锥面，锥端为精加工圆孔，螺座外部设计成上部圆台，圆台端设计成均布六边形，方便安装。

旋流体设有两个螺旋状的旋流槽，将旋流槽放入螺旋座内，将垫圈套入螺座，形成喷嘴组件，喷嘴组件通过螺座上的外螺纹与分流罩连接。

分流罩的作用是将压力水分流至各个喷嘴组件中；过滤网组件的作用是过滤压力水中的杂质，保证喷头不会堵塞，能够正常喷雾，过滤网组件主要由挡板、滤网和压圈组成。

接头的作用是有效连接喷头其他部件与细水雾管网。

3.4 高压细水雾灭火控制器的设计

高压细水雾灭火控制器主要由可编程逻辑控制器、触摸屏、按钮、指示灯和蜂鸣报警器、开关电源等组成，高压细水雾控制器与FAS系统之间采用CAN总线协议通信。细水雾控制器主要用于完成传感器数据采集，包括开式区域阀和电控阀的开、关到位信号、管道水压力开关状态，水舱液位高度以及液位高低液位报警。在灭火状态下，水舱液位即使超过高液位报警，电机继续工作，只有在细水雾灭火系统待机状态下，水舱高液位报警产生停机信号。主管路压力传感器信号，本系统压力传感器采用4～20 mA电流压力传感器，其抗干扰性能优异，控制器在接收到压力值大于11 MPa时，停止水泵工作。细水雾控制器控制蜂鸣报警器、区域阀和水舱阀动作，细水雾控制器上设置本地控制/远程控制旋转开关，就地级控制优先级高于远程控制，FAS系统与控制器有通信故障时，可以完成就地极细水雾自动灭火系统的控制。触摸屏用于显示液位高度、区域阀开到位、关到位信号。电控阀开到位、关到位信号。电机工作状态包括电机的工作电流、转速、工作电压以及显示各故障报警具体信息。

4 结语

高压细水雾自动灭火系统可以作为地铁电气设备房和地铁列车的灭火系统，其具有安全可靠、环保等优点，误动作产生的危害远小于二氧化碳和卤代烷系统，同时其维护成本低，适用于人流量大、密闭的空间内使用。在未来的自动灭火控制系统领域，在轨道车辆方面、轨道交通设备机房方面都具有非常好的发展前景。