陳宏濤

（遼寧省交通高等?？茖W(xué)校，遼寧 沈陽(yáng) 110122）

1 概論

目前我國(guó)有42個(gè)大城市開通了地鐵，截至2020年11月，全國(guó)地鐵總通車?yán)锍谈哌_(dá)6 979 km，地鐵交通運(yùn)輸在城市中占據(jù)越來越重要的地位。隨著運(yùn)營(yíng)里程的不斷增加，開通地鐵的城市越來越多，軌道交通安全性至關(guān)重要，容易引發(fā)運(yùn)營(yíng)安全事故包括大客流量的擁擠、電梯扶梯故障等，但是火災(zāi)對(duì)于運(yùn)營(yíng)的影響、人的安全要遠(yuǎn)大于以上各種事故。

車站內(nèi)的各種電氣設(shè)備室、站廳站臺(tái)、通信信號(hào)設(shè)備室及BAS電控室等，均是地鐵運(yùn)營(yíng)過程中的重要組成部分，任何地方出現(xiàn)火災(zāi)，都將對(duì)列車的運(yùn)營(yíng)、乘客的安全產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。同樣，地鐵列車運(yùn)行在地下深度40～100 m，一旦發(fā)生火災(zāi)，乘客的恐慌情緒、自救方式方法、滅火的難度都遠(yuǎn)大于地面上正常的火災(zāi)事故。

地鐵運(yùn)營(yíng)過程中，引起火災(zāi)的原因較多，但是大多數(shù)集中在設(shè)備故障引起火災(zāi)、人為縱火，偶爾因?yàn)殡姎庠O(shè)備的短路引起事故火災(zāi)。

2 地鐵常用自動(dòng)滅火系統(tǒng)的對(duì)比

目前地鐵車站自動(dòng)滅火系統(tǒng)主要分為惰性氣體、七氟丙烷和高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)。IG-541和IG-100是自動(dòng)滅火系統(tǒng)常用的兩種惰性氣體滅火介質(zhì)，能夠有效撲滅地鐵車站的通信信號(hào)設(shè)備、BAS環(huán)控設(shè)備，且不會(huì)對(duì)貴重的設(shè)備造成二次傷害，對(duì)環(huán)境和人體危害也較小，但是該惰性氣體需要貯存在高壓力瓶中，需要的氣瓶數(shù)量較多，存儲(chǔ)困難，一旦產(chǎn)生誤動(dòng)作，危害較大，并且后期維護(hù)成本高。七氟丙烷自動(dòng)滅火系統(tǒng)是一種高效的滅火系統(tǒng)，其滅火劑具有無色、無味、絕緣性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于計(jì)算機(jī)機(jī)房、車站通信信號(hào)設(shè)備房、配電站等場(chǎng)所，但是其滅火劑充裝費(fèi)用較高，在滅火過程中和高溫條件下會(huì)裂解產(chǎn)生少量的熱腐蝕產(chǎn)物。高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)是能夠大幅度提升水的壓力，使其達(dá)到10 MPa以上，通過噴嘴將水霧化，霧化后水的總表面積變大，能夠更快地降低可燃物的溫度，稀釋空氣中氧氣的含量，使火焰能夠在短時(shí)間內(nèi)窒息，由于水的霧化，在滅火的同時(shí)也清潔了空氣，高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)是一種高效環(huán)保的新型滅火系統(tǒng)。

3 高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)

高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)的滅火介質(zhì)是淡水，其在特制的噴頭特定的壓力下噴灑出細(xì)水霧進(jìn)行滅火，壓力能夠達(dá)到10 MPa以上，相對(duì)比于水噴淋系統(tǒng)，相同體積的水產(chǎn)生的滅火效果遠(yuǎn)好于水噴淋系統(tǒng)。目前，高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于艦船、軍事裝備、大型交通車輛、商用廚房等領(lǐng)域。

西班牙馬德里地鐵在1996年開始應(yīng)用高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)，地鐵站內(nèi)的保護(hù)對(duì)象主要包括車控室、通信信號(hào)設(shè)備機(jī)房、BAS系統(tǒng)設(shè)備室、售票亭、低壓配電室、綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備機(jī)房等。目前，在我國(guó)南京地鐵、蘇州地鐵以及上海地鐵等均有車輛或設(shè)備房應(yīng)用了高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

3.1 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的原理

高壓細(xì)水霧能撲滅A類和B類及電氣火災(zāi)。A類火災(zāi)指固體物質(zhì)火災(zāi)，這種物質(zhì)具有有機(jī)物性質(zhì)，一般在燃燒時(shí)產(chǎn)生灼熱余燼，如木材、煤、棉、毛、麻、紙張等。B類火災(zāi)指液體火災(zāi)和可融化的固體物質(zhì)火災(zāi)，如汽油、煤油、柴油、原油等。

（1）蒸發(fā)降熱。

液體發(fā)生火災(zāi)時(shí)，其燃燒速度較快，選擇高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效撲滅。高壓細(xì)水霧的壓力可以達(dá)到10 MPa，水經(jīng)過通過噴頭的釋放，轉(zhuǎn)化為水霧狀態(tài)，遇到火焰時(shí)轉(zhuǎn)化為較細(xì)小的水霧滴直接氣化。噴頭每秒鐘出水量越大、噴頭產(chǎn)生的水霧直徑越小，細(xì)水霧降熱的能力就越強(qiáng)。細(xì)水霧瞬間充滿著火空間，降低燃燒液體和物質(zhì)產(chǎn)生的溫度，當(dāng)降低的溫度低于燃燒物質(zhì)的可燃點(diǎn)時(shí)，細(xì)水霧將撲滅火災(zāi)。

（2）窒息作用。

水滴吸收熱量后迅速氣化變?yōu)樗魵?，空氣中的氧氣占比迅速下降，同時(shí)水霧附著在燃燒物表面，使燃燒物接觸不到氧氣。當(dāng)燃燒區(qū)域的含氧量降低到一定程度時(shí)，燃燒因缺少氧氣而停止。窒息作用主要用于B類和電氣火災(zāi)，對(duì)于A類火災(zāi)效果欠佳。

（3）減弱熱輻射。

在滅火過程中，高壓細(xì)水霧蒸汽在燃燒區(qū)周圍形成高強(qiáng)度的吸熱屏障，吸收大量的熱輻射，降低周圍物質(zhì)的溫度，阻止火焰的蔓延與擴(kuò)散。

（4）降塵、乳化、浸潤(rùn)。

燃燒物燃燒后，空氣中會(huì)出現(xiàn)燃燒后的有害微粒，并飄浮在空中，引起人的窒息。據(jù)統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，大多數(shù)人也是因?yàn)闊熿F的窒息而死亡。高壓細(xì)水霧的產(chǎn)生，能夠有效將空氣中的有害微粒及煙霧降落，具有空氣清洗的作用。殘余顆粒隨著細(xì)水霧流到達(dá)燃燒物表面時(shí)使得液體類燃燒物表面出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，阻礙進(jìn)一步的燃燒。

3.2 高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)主要由高壓細(xì)水霧控制器、消防高壓水泵，電控閥、開式區(qū)域閥、噴頭、噴槍柜、變頻器、壓力調(diào)節(jié)閥和安全閥組成。細(xì)水霧控制器與地鐵FAS系統(tǒng)相連，通過CAN總線協(xié)議完成通信，細(xì)水霧控制器將自動(dòng)滅火系統(tǒng)的故障信息反饋給FAS系統(tǒng)，F(xiàn)AS系統(tǒng)可以完成遠(yuǎn)程滅火控制。本系統(tǒng)中水泵采用額定流量大于等于60 L/min，泵組額定功率不小于16 kW，出口壓力為10～12 MPa，滅火介質(zhì)采用淡水，電控閥和區(qū)域閥均采用直流DC24 V電壓控制，并且具有開到位、關(guān)到位和壓力狀態(tài)信號(hào)反饋。電機(jī)功率應(yīng)與泵組功率相一致，不小于16 kW。

正常情況下，高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)處于待命狀態(tài)，泵組不啟動(dòng)，管網(wǎng)沒有水，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，判斷電控閥是否打開，在打開狀態(tài)下，打開區(qū)域閥組，自動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)，15 s內(nèi)，自動(dòng)滅火系統(tǒng)完成細(xì)水霧噴灑，在系統(tǒng)進(jìn)、出口的過濾器將會(huì)濾除滅火用水中的雜質(zhì)，壓力表和流量計(jì)用于檢測(cè)吸水泵出口處的壓力和流量。當(dāng)管路壓力過高時(shí)，安全閥啟動(dòng)，將多余壓力迅速卸載，滅火用水經(jīng)過調(diào)壓閥的調(diào)節(jié)，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定壓力，流過開式區(qū)域閥后經(jīng)過細(xì)水霧噴頭的作用，向保護(hù)區(qū)域進(jìn)行噴霧。

3.3 高壓細(xì)水霧的噴頭設(shè)計(jì)

高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)噴頭在系統(tǒng)中至關(guān)重要，壓力水從接頭處進(jìn)入，經(jīng)過過濾器與分流器，通過噴嘴組件中的螺座與旋流體配合形成的旋流槽，由各個(gè)螺座的通孔處噴出散形的均勻水霧。細(xì)水霧噴頭主要由噴嘴組件、分流罩、過濾網(wǎng)組件、墊圈及接頭組成。

噴嘴組件是將壓力水轉(zhuǎn)換為水霧噴出的部件，主要由螺座、墊圈和堵頭組成。螺座內(nèi)部設(shè)計(jì)直徑為Φ的直通孔徑（Φ可以通過Reyleigh-Taylor不穩(wěn)定性公式計(jì)算），孔內(nèi)端是120°的錐面，錐端為精加工圓孔，螺座外部設(shè)計(jì)成上部圓臺(tái)，圓臺(tái)端設(shè)計(jì)成均布六邊形，方便安裝。

旋流體設(shè)有兩個(gè)螺旋狀的旋流槽，將旋流槽放入螺旋座內(nèi)，將墊圈套入螺座，形成噴嘴組件，噴嘴組件通過螺座上的外螺紋與分流罩連接。

分流罩的作用是將壓力水分流至各個(gè)噴嘴組件中；過濾網(wǎng)組件的作用是過濾壓力水中的雜質(zhì)，保證噴頭不會(huì)堵塞，能夠正常噴霧，過濾網(wǎng)組件主要由擋板、濾網(wǎng)和壓圈組成。

接頭的作用是有效連接噴頭其他部件與細(xì)水霧管網(wǎng)。

3.4 高壓細(xì)水霧滅火控制器的設(shè)計(jì)

高壓細(xì)水霧滅火控制器主要由可編程邏輯控制器、觸摸屏、按鈕、指示燈和蜂鳴報(bào)警器、開關(guān)電源等組成，高壓細(xì)水霧控制器與FAS系統(tǒng)之間采用CAN總線協(xié)議通信。細(xì)水霧控制器主要用于完成傳感器數(shù)據(jù)采集，包括開式區(qū)域閥和電控閥的開、關(guān)到位信號(hào)、管道水壓力開關(guān)狀態(tài)，水艙液位高度以及液位高低液位報(bào)警。在滅火狀態(tài)下，水艙液位即使超過高液位報(bào)警，電機(jī)繼續(xù)工作，只有在細(xì)水霧滅火系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài)下，水艙高液位報(bào)警產(chǎn)生停機(jī)信號(hào)。主管路壓力傳感器信號(hào)，本系統(tǒng)壓力傳感器采用4～20 mA電流壓力傳感器，其抗干擾性能優(yōu)異，控制器在接收到壓力值大于11 MPa時(shí)，停止水泵工作。細(xì)水霧控制器控制蜂鳴報(bào)警器、區(qū)域閥和水艙閥動(dòng)作，細(xì)水霧控制器上設(shè)置本地控制/遠(yuǎn)程控制旋轉(zhuǎn)開關(guān)，就地級(jí)控制優(yōu)先級(jí)高于遠(yuǎn)程控制，F(xiàn)AS系統(tǒng)與控制器有通信故障時(shí)，可以完成就地極細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)的控制。觸摸屏用于顯示液位高度、區(qū)域閥開到位、關(guān)到位信號(hào)。電控閥開到位、關(guān)到位信號(hào)。電機(jī)工作狀態(tài)包括電機(jī)的工作電流、轉(zhuǎn)速、工作電壓以及顯示各故障報(bào)警具體信息。

4 結(jié)語(yǔ)

高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)可以作為地鐵電氣設(shè)備房和地鐵列車的滅火系統(tǒng)，其具有安全可靠、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，誤動(dòng)作產(chǎn)生的危害遠(yuǎn)小于二氧化碳和鹵代烷系統(tǒng)，同時(shí)其維護(hù)成本低，適用于人流量大、密閉的空間內(nèi)使用。在未來的自動(dòng)滅火控制系統(tǒng)領(lǐng)域，在軌道車輛方面、軌道交通設(shè)備機(jī)房方面都具有非常好的發(fā)展前景。