关于地铁车辆加装细水雾灭火系统的思考与设计

范志超

（太原中车轨道交通装备有限公司，山西 太原 030027）

随着经济、人口的高速增长，地铁、轻轨等城市轨道车辆飞速发展。轨道车辆系统的安全及可靠性非常重要，尤其是在地铁车辆上设置火灾预防报警及处理救助系统，对于防止火灾发生及蔓延的效果尤为突出，高压细水雾灭火系统成为新兴的集探测、报警、抑制等功能的轨道车辆安全保障系统。

目前，国内的城市轨道车辆系统主要采用七氟丙烷或惰性气体等气体灭火系统来保护车站控制、通信、信号、变电室等线路电气设备房间，由于灭火剂比较昂贵，容易泄露，投资和运营的费用相对较高，而且喷出的废气还会对环境产生影响。此外，对于车上火灾的控制还仅仅停留在手持灭火器的基础阶段。因此，在环境保护尤为重视的今天，有必要探索一种既符合环保要求，又节约成本和资源的新型灭火系统[1]。

高压细水雾灭火系统作为一种高效、环保、经济的灭火系统得到了世人关注，在欧美发达国家已经得到了大量的应用。国内的沈阳地铁（4 条新造线路）、常州地铁（仅1 列试装）共计5 条新造线路也同样进行了应用。目前，只有沈阳地铁1 号线首批车辆进行了改造加装项目。沈阳地铁的新造车辆及改造加装项目均采用瓶组式细水雾灭火系统，常州地铁项目采用的是泵组式细水雾灭火系统。本文介绍的是某大修车辆改造加装的，采用瓶组式细水雾灭火系统。

1 细水雾灭火系统原理

高压细水雾灭火系统采用细水雾技术控火、灭火，细水雾具有非常强的热交换能力，可以破坏火焰燃烧的温度条件，使火场的温度迅速下降。在灭火的同时，细小的水雾滴吸收了大量的热量迅速汽化，使其体积迅速膨胀至原体积的1 700 多倍，从而降低了空气中的氧气浓度，阻止了火焰燃烧的氧化反应条件，起到了窒息的作用。这种窒息只发生在高温火源上，火源之外人群周围的氧气浓度不会降低，更不会产生人员窒息[2]。

高压细水雾的主要工作原理为冷却效应、惰化效应和附件效应。细水雾较传统的灭火技术有更大的作用面积和热交换表面积，每升水从液态到气态能吸收2 257 kJ 的热量，产生的细水雾覆盖面积大，直径小，使得水滴单位面积吸热大，有足够的动能穿过火焰到达燃料表面，因水雾传热效率高，所以冷却效果明显。水雾到达后迅速地蒸发，形成高强度的吸热屏障，隔断热辐射的传递，降低对燃料的热反馈，火场能量和温度被迅速高效地降低，避免车辆受热变形、损坏，保证了乘客的安全。

细水雾是在冷却、窒息和隔绝热辐射的三重作用下达到抑制火灾或扑灭火灾的目的，避免了水喷淋和气体灭火方式的不足和弊端，无污染符合城市轨道交通车辆的消防要求。经实验证明，高压细水雾比二氧化碳的吸热能力还要强30 倍。对火源有很好的冷却效果，抑制了火源的温度。

2 细水雾灭火系统设计

细水雾灭火系统由火灾报警系统和细水雾灭火系统两部分构成。火灾报警系统包含远程并联控制面板（控制器）、操作按钮（集成到远程并联控制面板上）、元件衬板、点式探测器、吸气式探测器及探测管路等部件。细水雾灭火系统包含细水雾部件集成装配、气瓶细水雾部件集成装配、分配阀、管路及喷嘴等部件构成。

系统工作原理：一个50 L 水罐和一个50 L 氮气瓶（20 MPa）提供细水雾灭火系统需要的水源和动力气体，通过一套气水混合装置和一套压力保护装置形成气水混合物，通过若干管路，到达指定灭火区域管路，再经过分区阀门开启通道，到达指定区域喷头处，形成水雾，进行释放，释放时间可达6 min 以上。管路压力为0.8 MPa～1.2 MPa。

2.1 火灾报警系统

2.1.1 远程并联控制面板

全车共计2 台控制器，安装在每个司机室上部内装板上，布置在此处是考虑到司机可以更方便地对细水雾灭火系统进行监控及操作。

控制器可以显示系统运行状态（火警/故障/启动/反馈）、历史记录查询、逻辑分析，单台控制器可连接4 个控制回路，每个回路最多252 个地址，全车2 台控制单元之间采用SAFEDLINK 通信，以环网形式互为扩展视野。

2.1.2 电气元件衬板

全车共计5 套电气元件衬板安装于各车厢电控柜内，其中1 车1 套（小衬板），2 车1 套（小衬板），3 车2 套（大衬板+小衬板），4 车1 套（小衬板）。各车小衬板用于控制各车厢分区电动阀门，大衬板用于控制车下细水雾部件集成装配，3 车大衬板内部设有电源模块，将列车供电电源转换为直流24 V 后为全车细水雾灭火系统部件供电。

2.1.3 点式烟温复合探测器

全车共计2 台点式烟温复合探测器，安装于1车及4 车司机室中顶板处，便于探测器发挥作用，以减少其他干扰项对探测结果造成影响。

点式烟温复合探测器对黑烟、白烟或无烟均能早期探测，具备自动补偿功能，可减少灰尘对灵敏度的影响，补偿失效时自动报警。探测器感烟灵敏度分为两级：标准（3.5obs%/m）、灵敏（2.5obs%/m），感温灵敏度分为两种模式：差温报警（基准温度＞10 ℃，升温速率＞10 K/min，温差大于25 ℃时报警）、定温报警（60 ℃）。

点式烟温复合探测器工作时无需单独供电，通过总线与控制器进行通信。单台探测器由底座及探头两部分组成，底座设有安装孔及总线接线端子，探头与底座旋紧卡接即可。

2.1.4 吸气式探测器及探测管路

全车共计8 套吸气式探测器及探测管路，每节车厢分为2 个区域，每个区域布置一套吸气式探测器及探测管路，探测器组件安装于客室两端侧顶板内部横梁上，探测管路沿侧顶板向探测区域延伸，在探测区域内的侧顶板上间隔设置4 个φ5 mm 的采样孔。

吸气式探测器通过采样管路主动抽取被探测区域的空气进行分析，具备自动补偿功能，减少灰尘对灵敏度的影响，补偿失效时自动报警，探测器灵敏度分为10 个等级，在被测环境自适应后根据需要调节报警阈值。吸气式探测器工作时需单独直流24 V供电，同时与控制器通过总线通信。控制器自身具备气流标定、烟雾标定及自检等功能，方便日常维护。

探测管路主要由吸气式探测器、过滤器、探测座、PMA 软管、硬管组成。

2.2 细水雾灭火系统

某快轨细水雾灭火系统主要由细水雾部件集成装配、气瓶细水雾部件集成装配、分配阀、管路及喷嘴等部件组成。

2.2.1 细水雾部件集成装配

细水雾部件集成装配由一个50 L 水罐、一套气水混合阀、2 个电动阀及框架等部件组成。长宽高为：806 mm×661 mm×660 mm，质量约为180 kg。细水雾部件集成装配示意见图1。

图1 细水雾部件集成装配示意图

2.2.2 气瓶细水雾部件集成装配

气瓶细水雾部件集成装配由一个50 L 氮气瓶（20 MPa）和框架等部件组成。长宽高为：1 800 mm×500 mm×415 mm，质量约为120 kg。气瓶细水雾部件集成装配示意见图2。

图2 气瓶细水雾部件集成装配示意图

2.2.3 细水雾集成装配布置

由于细水雾部件集成装配及气瓶细水雾部件集成装配较重，且整体占据空间较大，因此，考虑将其吊装在车辆底架下方。本项目为大修车辆改造项目，底架设备原有位置不可以更改，经实车现场测量并对原有设计图纸加以比对校核，最终确定了集成装配的布置位置。

2.2.4 喷头及管路布置

全车共计32 个喷头。每列车以车辆横向中心线为界分为2 个区域，每个区域布置4 个喷头。根据实车测量并比对原有设计图纸后，将喷头位置确定在中顶板出风格栅处，需要对中顶出风格栅叶片进行处理，将以喷头为中心φ45 mm 区域内的叶片全部磨平，再将其中心区域开φ22 mm 的孔，用来安装喷头。

喷头喷雾的覆盖范围为4 000 mm，而车宽为2 800 mm，垂直放置的喷头可以覆盖整个地板宽度。但这里也只是理论覆盖面积，实际上因为喷头喷出的是水雾，所以在喷放过程中，所在分区的整个车厢从上到下将全部覆盖水雾。

2.2.5 分配阀

在细水雾管路中安装电动阀，由控制器控制阀门的开关，使灭火介质到达指定区域喷头处，形成水雾，进行释放。

2.3 细水雾灭火系统性能及作用方式

1）当列车上发生火灾时，探测系统可以在60 s内探测到火灾并报警。

2）当乘客区发生火灾时，细水雾灭火系统不会主动进行水雾喷洒，而是探测系统迅速将火灾信号发送到司机室内的控制面板上并向司机发出警告，驾驶员需要进行观察并决定按下启动按钮启动细水雾灭火系统。这种需要驾驶员干预的启动形式能够进一步避免因粉尘或颗粒物导致细水雾灭火系统误开，影响列车的正常运营和乘客的乘坐体验，也可以降低不必要的维护成本。另外，驾驶员干预这种形式能够促使其快速判断火势、准确地作出反应，不会浪费时间导致火势蔓延。

3 结束语

大修车辆加装细水雾灭火系统设计应充分考虑运营过程中的可靠性、维修和维护的便利性、节能环保性、产品功能性等各种性能。在投入使用之后可以增加列车对于火灾等突发事件的应急响应、处理能力，降低事故风险，增强抗干扰性能，完善乘坐体验。

高压细水雾灭火系统替代传统灭火形式，在不改变列车整体设计的基础上，且在系统后期运营维护管理及经济性层面上，细水雾灭火系统具有明显的优势。

在未来轨道车辆的设计研发过程中，应考虑增加高压细水雾灭火系统，在满足技术安全可靠的前提下，降低系统投入、维护保养成本是大势所趋，应从前期试装线路上总结经验，为后期线路的应用做好经验总结。从国家角度考虑，应鼓励研究新技术，积极促进出台、完善和修订规范，为“智能运维”“智慧地铁”等新技术政策打好基础。