高压细水雾灭火系统在柴油发电机房的应用研究

刘刚 陈铁利

作者简介：

刘刚（1971- ），男，汉族，吉林梨树人，本科，研究方向：给排水工程。

摘要：

分析柴油发电机房的火灾特性，对现有的气体灭火系统、水喷雾灭火系统和高压细水雾灭火系统进行比较。以某工程为例，介绍高压细水雾在柴油发电机房的应用。

关键词：柴油发电机房；气体灭火系统；水喷雾灭火系统；高压细水雾灭火系统

引言

现代超高层建筑内可燃物多，火灾危险性大，疏散困难，设有火灾自动报警系统、水灭火系统、防排烟系统、消防电梯等诸多与消防有关的电气设备。为了确保消防系统在火灾状态下能够可靠运作，需要有可靠的电源，除规范规定的市政供电外，一般均设有柴油发电机作为备用电源。柴油是闪点为65℃的丙类液体，具有较大的火灾危险性，一旦发生火灾，将会对大楼消防应急供电产生严重影响，因而迅速扑灭发电机房的初期火灾尤为重要。柴油发电机房的火灾主要是柴油火灾，其次是发电机和电缆火灾，兼有液体火灾和电气火灾的特点。因此，应选择可扑灭液体火灾和电气火灾的自动灭火系统。

一、高压细水雾灭火系统的防火特点

高压细水雾灭火系统是目前较为先进、常见的灭火技术之一，在感应到火灾后会快速输出一定的雾化水液体，高速喷洒、降温，可以在短时间内控制火势演变，阻止火苗扩散。高压细水雾灭火系统采用高速喷射的雾化水流，能够将水分子喷射至火源中去，形成细水，在微小尺度上吸收热量，从而迅速灭火。与传统蒸发灭火相比，高压细雾灭火法消耗少量水源，不会破坏房内重要设备，防止二次爆炸的发生[1]。因此，在柴油发电机房的防火中，采用高压细水雾灭火系统可以大幅度提高灭火效率，减少火灾损失，同时可显著提高柴油发电机房环境安全的可控性，保证机房运行与日常管理安全、可靠。

二、柴油发电机房自动灭火系统选用基本要求

根据柴油发电机房的火灾特点和保护对象特性，选用的自动灭火系统应具有以下特点。

（一）灭火可靠及时性

柴油发电机是建筑的消防应急电源，如果其出现了火灾事故，大楼内的消防应急供电将会受到很大不利影响，因此在初期及时将发电机房火灾扑灭至关重要。为达到这一目标，灭火系统一定要具备及时性和可靠性特征。

（二）良好的电气绝缘性

在柴油发电机房中，柴油火灾是最主要的类型，其次为发电机失火和电缆失火。因此要求灭火系统具有良好的电气绝缘性，喷放后不影响电气设备的正常运行。

（三）对电气设备的安全性

柴油发电机房内电气设备价格昂贵，对水渍较敏感，应尽量选用水渍小、无腐蚀性的灭火剂[2]。

三、柴油发电机房自动灭火系统比选

根据《建筑设计防火规范》GB 50016-2014（2018版）第5.4.13条的条文说明：在柴油发电机房中，其灭火系统需要按发电机组的实际规格、数量及其用途等来进行合理选择，一般可采用细水雾系统、水喷雾系统以及气体灭火系统等，这些均为自动化灭火系统。

（一）气体灭火系统

气体灭火系统种类繁多，目前最常用的是FM200和IG541气体灭火系统，可以有效控制发电机房内的油类和电气类火灾。气体灭火系统对防护区的密闭性要求很高，否则容易引起灭火失败。根据美国FM公司的气体灭火研究发现，在通过CO2以及HALON等系统对汽轮机实施气体灭火时，其失效概率可达到49%，而其中37%的灭火失效原因是门窗等孔洞导致灭火介质泄漏。柴油发电机房必须有进风口、排风口，不能保证防护区的密闭性。此外，气体灭火系统不能重复启动，无法应对复燃火。

（二）水喷雾灭火系统

目前，柴油发电机房应用最多的自动灭火系统是水喷雾系统。水喷雾灭火系统是一种局部灭火系统，该系统主要使水雾喷头喷出1mm以内粒径的雾滴，以此来达到灭火效果。其灭火机理主要表现为表面冷却、窒息、乳化和稀释。此种灭火系统的主要优势包括灭火效率高、安全可靠和经济实用等。凭借着这些优势，该系统在柴油发电机房中已经得到了广泛应用。虽然该系统对机组的控火、灭火有效，但是水喷雾喷头只安装于机组部位，对发生的流淌火或者电气类火灾，则无能为力[3]。

（三）高压细水雾灭火系统

该系统主要将水用作灭火介质，借助于特定压力作用使特殊喷头将细小的水滴喷出，以此来达到灭火效果。此种灭火系统具有经济、高效、适用面广等特点，在地铁轨行区、电气设备用房、烟草库房、档案库房、图书馆、变电站、数据中心等场所获得广泛应用。自七氟丙烷以及IG514稀有气体灭火系统应用以来，该系统属于另一种高效的新型自动化灭火系统，同时也是目前国际上比较先进的一种绿色化灭火系统。根据相关规定，此种灭火系统在柴油发电机房采用开式全淹没系统或局部应用系统，因此可以对区域内的发电机组、电缆等所有设施进行保护。

1.汽化吸热降温作用。因雾滴具有较小粒径、较大表面积和表面换热系数，所以在环境升温时，雾滴将会立即汽化。因水在汽化过程中具有很大潜热，通常可达2257kJ/kg，较水升温吸热量（384kJ/kg）高很多，所以这一过程可将大量热量吸收，从而实现火灾现场温度快速降低，使现场人员和设备得到良好保护[4]。

2.隔绝氧气窒息作用。水雾吸热后体积迅速膨脹，可扩大1700多倍。据计算，在空间为30m2的条件下，如果5L水全部汽化，便可形成2.78*104Pa的蒸汽压力，其氧气压力将会降低至1.48*104Pa，氧气含量将会从21%下降到15.05%。这样便可使氧气得到良好隔离，从而达到良好的灭火效果。

3.隔绝热辐射作用。具体应用时，细水雾可将辐射热屏蔽，降低周边物体温度，并阻止火灾进一步扩散，对火灾起遮挡作用。高压细水雾灭火隔绝热辐射机理，在于系统可将水雾化成微小且分散的离子，这些离子可快速吸收周围环境中的热量，形成了一层以水雾“隔热罩”，从而有效隔绝热辐射，进一步阻止火灾蔓延，使火势得到控制。

4.高压细水雾的技术优势。灭火性能高：高压细水雾可以高效吸热、稀释含氧量、快速降温、隔绝辐射热，比水喷雾灭火系统的灭火性能更好，比气体灭火系统的可靠性更高。用水量少：高压细水雾灭火系统用水量（1L/min·m2）为水喷雾灭火系统（20L/min·m2）用水量的1/20，减少消防用水量。有良好的电气绝缘性：高压细水雾的雾滴直径小，质量轻，因而可长期悬浮在空气中，绝大部分雾滴受热蒸发，洒落到设备上的水滴少而且不连续，因此具有良好的电气绝缘性，不会影响电气设备的正常运行。绿色环保、节能减排、占地面积小：高压细水雾灭火系统的管径细，重量轻，易于敷设，占用空间少；其灭火介质为水，无污染，也无温室效应等环境问题，灭火后现场易于清理；多个保护系统可以共用一套高压细水雾泵组，泵组占地面积小[5]。

5.柴油发电机房自动灭火系统技术对比。通过前文描述，总结气体灭火系统、水喷雾灭火系统、高压细水雾灭火系统应用于柴油发电机房的技术性能比较如下：

比较项目IG541水喷雾高压细水雾

灭火可靠性低高高

电气绝缘性好一般好

水渍无稍大极小

通过该表可以看出，高压细水雾灭火系统是三者之中应用于柴油发电机房最为理想的自动灭火系统。

四、柴油发电机房工程应用案例

（一）工程概况

某图书馆用地面积约3公顷，总建筑面积6万平方米，藏书容量约200万册。分为地下两层和地上六层，建筑总高36m，柴油发电机房位于地下一層。

（二）系统选型

在柴油发电机房的防火工作中，高压细水雾灭火系统是一种十分有效的措施，但不同系统选型会对灭火效果和设备使用情况产生影响。在细水雾灭火系统选型上，主要有以下几种类型。开式单喷头式系统：适用于局部应用。安装方便，价格便宜，可以在较小空间内有效控制火势，但达不到全面淹没区域的控制效果。开式多喷头式系统：适用于中等火场。具有较高的敏感度和精确度，在较大区域内均可以实现深度灭火，但需要更多的水源和管线分配，成本较高。密闭式多喷头式系统：适用于较大火场，既能够有效控制火焰蔓延，同时也可以解决有毒气体，具有固定灭火剂贮存和防爆措施等优点。开式全淹没式：适用于大型火场。可以在不停电的情况下投入使用，整体装置结构紧凑，操作简单灵活，能够全面控制火势，对室内空气不会产生影响，同时可以降低设备损害和维护成本，并且能够最大程度上减少水的使用量。由于其效果好，操作简易，因此在柴油发电机房的选型中被广泛采用。

因本工程地下一层的柴油发电机房和日用油箱间保护空间层高低、体积小，采用开式全淹没应用系统。同时，开式全淹没应用系统在设计时采用了先进的技术，拥有独特的淹没式设计，将雾化水液体塑造为整体，对于地下柴油发电机房火场中的空间可进行全面淹没，形成了高度完整的灭火保护罩层，能够快速降温火焰源，中和燃烧产生的有毒气体，从根源上防止火势发展，有效保护机房设备[6]。

（三）喷头选型

根据《细水雾灭火系统技术规范》GB50898-2013表3.4.4要求，喷头的工作压力为10MPa，柴油发电机房最小喷雾强度为1.0L/min.m2，喷头的最大布置间距为3m，选择流量系数k=0.95，流量q=9.5L/min的高压细水雾开式喷头。开式喷头贴天花板布置，布置间距不大于3m，不小于1.5m。

（四）系统组成

该系统的主要组成部分包括细水雾泵组、开式高压细水雾喷头、开式高压细水雾分区控制阀组、火灾报警联动系统以及连接管道等。其中细水雾高压泵组最为重要，主要组成部分包括稳压泵、主泵、过滤器、调节水箱、泵控制柜以及补水装置等。

（五）控制方式

在平时工况下，泵组出口至分区控制阀管网内有水，利用稳压泵维持最不利点处1.2MPa压力，分区控制阀至喷头的管网内无水，保护区内管网无水压力。当管网内压力低于稳压泵的设定启动压力时，稳压泵启动，在稳压泵运行时间达到10s以上后，如果其压力依然达不到稳定状态，此时稳压泵将会停止，主泵将会启动，该系统的主要控制模式有三种。自动控制：在灭火分区里的一路探测器发出报警之后，PAS系统会将警铃联动开启；在两路探测器对火灾做出确认后，PAS系统会将声光报警器联动开启，并将相应分区内的控制阀打开，将水及时供给区域内的配水管。压力开关会对系统中的喷放信号做出反馈，并将喷雾指示灯联动开启。手动控制：若现场人员确认发生火灾但是自动控制并未做出动作，现场人员可将火灾区域控制阀上的手动开启按钮按下，以此来控制系统启动。应急操作：在自动和手动控制同时失效的情况下，现场人员可操作控制阀上的手柄，从而将控制阀打开，使系统启动[7]。

结语

柴油发电机是现代建筑中最常用的消防备用电源，是市政供电断电后维持建筑中消防设施可靠运行的保障，关系到建筑内人员生命和财产安全[8]。高压细水雾具有灭火可靠性高、电气绝缘性好、用水量少、水渍小等特点，相比气体灭火系统和水喷雾灭火系统具有明显的技术优势，是柴油发电机房理想的自动灭火系统。

参考文献

[1]

杨柄航，朱杰.高压细水雾系统在高速列车上的数值模拟及验证[J].工业安全与环保，2022，48（07）：26-29.

[2]苏昶明，邹丽，丛北华，等.高压细水雾灭火系统应用于博物馆展厅的试验研究[J].给水排水，2022，58（06）：92-98.

[3]柳明，马力，王子阳，等.高压细水雾灭火系统在通信设备用房适用性研究[J].现代城市轨道交通，2021（S1）：105-108.

[4]龚丽虹.高压细水雾系统在工程中的应用[J].有色冶金设计与研究，2021，42（05）：45-48.

[5]褚新颖.高压细水雾系统在地铁中的应用研究[J].山西建筑，2021，47（21）：160-161.

[6]戴晶.高压细水雾灭火系统在数据中心机房中的应用探讨[J].建筑施工，2021，43（08）：1676-1679.

[7]武玉美.高压细水雾在某档案馆的应用分析[J].安徽建筑，2021，28（08）：149-150.

[8]王波.高压细水雾灭火系统在轨道交通工程中的应用探讨[J].中国设备工程，2021（11）：262-263.