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城市軌道交通作為公共客運系統(tǒng)已成為城市交通的重要干線，在城市的建設(shè)和發(fā)展中越來越受到重視。由于涉及專業(yè)多，技術(shù)復(fù)雜，系統(tǒng)的安全及可靠性非常重要，尤其是火災(zāi)預(yù)防和救助系統(tǒng)的選型和設(shè)置，對于防止火災(zāi)發(fā)生及蔓延尤為關(guān)鍵。
1自動滅火系統(tǒng)在軌道交通中的應(yīng)用
1.1回顧氣體滅火系統(tǒng)的應(yīng)用
軌道交通是一項綜合交通運輸系統(tǒng)，為確保其安全運營，在地下車站的變電所、通信及信號設(shè)備室、環(huán)控電控室及主變電站等重要區(qū)域（均為忌水的滅火場所），設(shè)置高效、安全、無公害的自動滅火系統(tǒng)。
基于對地球大氣臭氧層的保護(hù)，按照1989年1月1日生效的《蒙特利爾議定書》及我國制定的《哈龍整體淘汰計劃》等相關(guān)規(guī)定，2001年8月1日，國家公安部消防局發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步加強哈龍?zhí)娲芳疤娲夹g(shù)管理的通知》（公消[2001]217號）。該文規(guī)定，在我國可以使用惰性氣體類滅火劑、三氟甲烷、六氟丙烷、七氟丙烷及細(xì)水霧等作為哈朝陽昌華電控龍?zhí)娲贰Ｄ壳?，在國?nèi)軌道交通系統(tǒng)中應(yīng)用較廣的是IG541和七氟丙烷（HFC-227ea）氣體滅火系統(tǒng)。部分城市應(yīng)用情況見表1。
部分城市應(yīng)用情況
兩種滅火系統(tǒng)的應(yīng)用中存在如下現(xiàn)象：
（1）氣體滅火劑鋼瓶貯存壓力過高（IG541滅火系統(tǒng)鋼瓶貯存壓力達(dá)15Mpa），有一定的危險性；同時對系統(tǒng)的配件及施工安裝、調(diào)試、維護(hù)也提出了較高的要求；另鋼瓶配置數(shù)量多，標(biāo)準(zhǔn)地下車站氣瓶間一般為兩個，占用地下空間較多。
（2）由于氣瓶儲存氣量有限，可持續(xù)滅火能力較差。
（3）氣瓶的氣體容易泄露，需定期充裝。另根據(jù)氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程要求，目前兩種系統(tǒng)的氣瓶均列為壓力容器，惰性氣體類檢驗周期為五年，其它氣體檢測周期為三年，每次檢測費用近百萬，至使運營費用增高。
1.2細(xì)水霧的應(yīng)用前景
細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是一項預(yù)防撲救火災(zāi)的新技術(shù)，在國外大型工程項目及軌道交通中應(yīng)用較廣，但在國內(nèi)城市軌道交通中無應(yīng)用業(yè)績。細(xì)水霧相對于氣體，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾方面：
（1）水源容易獲取，滅火的可持續(xù)能力強。
（2）有冷卻作用，可隔絕輻射熱，可以有效避免高溫造成的結(jié)構(gòu)變形。
（3）可承受一定限度的通風(fēng)。
（4）對人體無害，環(huán)保。
（5）用水量少，只有水噴淋系統(tǒng)的10~20%。
（6）該系統(tǒng)即可局部應(yīng)用，保護(hù)獨立的設(shè)備或設(shè)備的某一部分，又可作為全淹沒系統(tǒng)，保護(hù)整個空間。
細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作為一種技術(shù)先進(jìn)、成熟、可靠、環(huán)保的滅火系統(tǒng)，有較好的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景，已形成有利的市場競爭態(tài)勢。因此，有必要對細(xì)水霧的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步地探尋和分析。
2細(xì)水霧滅火原理
2.1定義
細(xì)水霧是指在最小設(shè)計工作壓力下、距噴頭1.0m處的平面上,霧滴累計體積分布霧粒徑Dv0.99小于1000μm或Dv0.5小于300μm的水霧。根據(jù)其霧珠直徑的大?。?～1000μm）被劃分為三個等級，Ⅰ級細(xì)水霧-Dv0.1≤100μm，Dv0.9≤200μm，代表最細(xì)的水霧。Ⅱ級細(xì)水霧-Dv0.1≤200μm，Dv0.9≤400μm。Ⅲ級細(xì)水霧-Dv0.1＞400μm，Dv0.99≤1000μm。
細(xì)水霧自動滅火系統(tǒng)可以有以下幾種分類方式：
（1）按系統(tǒng)壓力可分為：
①高壓系統(tǒng)（≥3.45MPa）；
②中壓系統(tǒng)（1.2～3.45MPa）；
③低壓系統(tǒng)（≤1.2MPa）。
（2）按介質(zhì)成霧原理可分為：水相流單流體系統(tǒng)、水氣混流雙流體系統(tǒng)。
（3）按照系統(tǒng)應(yīng)用可分為：開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)（包括干式系統(tǒng)、濕式系統(tǒng)和預(yù)作用系統(tǒng)）。
（4）按系統(tǒng)形式可分為：全淹沒系統(tǒng)、局部應(yīng)用系統(tǒng)和分區(qū)保護(hù)系統(tǒng)。
（5）按照動力驅(qū)動方式分為：泵組式（由水泵、水箱、管道、噴頭等組成）、瓶組式（由氣瓶、儲水瓶及相應(yīng)的附件如瓶頭閥、高壓軟管、集流管、管道、噴頭等組成）。
2.2滅火機(jī)理
“細(xì)水霧”(watermist)是相對于“水噴霧”(waterspray)的概念，是使用特殊噴嘴、通過高壓噴水產(chǎn)生水微粒。細(xì)水霧滅火主要是通過高效率的冷卻與缺氧窒息的雙重作用。即使同樣體積的水，也可使總表面積增大，而表面積的增大，更容易進(jìn)行熱吸收、冷卻燃燒反應(yīng)。吸收熱的水微粒容易汽化，體積可增大1700倍。由于水蒸汽的產(chǎn)生，既稀釋了火焰附近氧氣的濃度，窒息了燃燒反應(yīng)，又有效地控制了熱輻射。對于電氣設(shè)備的早期火災(zāi)，還會將設(shè)備內(nèi)塑料制件產(chǎn)生的大量氣體和煙霧吸附在細(xì)水霧霧滴表面，因此，細(xì)水霧還具有一定的消煙功能。
3系統(tǒng)選型
3.1設(shè)備火災(zāi)特征及影響
地下車站及主變電所電氣設(shè)備房以各種設(shè)備、車廂、裝飾材料、電纜等靜態(tài)物質(zhì)為主，設(shè)備房內(nèi)的設(shè)備火災(zāi)特征及影響具體見表2。
設(shè)備房內(nèi)的設(shè)備火災(zāi)特征及影響
從設(shè)備火災(zāi)特征分析，地下車站各類保護(hù)對象的火災(zāi)類型主要為E類，主變電站為B類和E類。其中車站控制室雖然有A類，但屬于有人值班，火災(zāi)危險性與其它弱電類防護(hù)空間相同；低壓、高壓電氣類防護(hù)空間和油浸式電力變壓器室火災(zāi)危險性大。
從系統(tǒng)安全和可靠性分析，當(dāng)信號設(shè)備室、1500V直流開關(guān)柜室、0.4kV開關(guān)柜室和環(huán)控電控室發(fā)生火災(zāi)時，如果不能及時控制火勢或細(xì)水霧噴放后對設(shè)備造成二次水漬損失影響，將直接影響軌道交通系統(tǒng)的行車運營的安全。所以，應(yīng)針對不同的保護(hù)對象，進(jìn)行合理的系統(tǒng)選型。
3.2選型分析
下面從系統(tǒng)的滅火性能及電氣絕緣性等方面進(jìn)行選型分析。
3.2.1滅火性能
美國海軍實驗室（NavalResearchLaboratory）曾經(jīng)對單流體低壓系統(tǒng)（Single-FluidLow-PressureSystems）、單流體高壓系統(tǒng)（Single-FluidHigh-PressureSystems）和雙流體系統(tǒng)（Twin-FluidSystems）做了一系列試驗，單流體低壓系統(tǒng)產(chǎn)生較大的水微粒，在撲滅深層的A類火災(zāi)時，表現(xiàn)出良好的效果，這是由于其相對較大的流量(是單流高壓系統(tǒng)的3~4倍)，產(chǎn)生了表面的浸濕作用，但減弱了系統(tǒng)撲滅受遮擋的火災(zāi)的能力。而單流體高壓系統(tǒng)由于較小的水微粒直徑，提高了撲滅受遮擋火災(zāi)的能力，但減弱了撲滅深層的A類火災(zāi)時的滅火效果。試驗顯示，大空間內(nèi)受阻擋的火災(zāi)，當(dāng)火災(zāi)處的氧氣濃度降到18%以下時，火焰即可熄滅。由此可見，單流體高壓系統(tǒng)更適合撲滅受遮擋火災(zāi)。
3.2.2電氣絕緣性
關(guān)于細(xì)水霧的電氣絕緣性，國外某公司曾用SecuripexFire-Scope2000細(xì)水霧滅火系統(tǒng)做過試驗，將該系統(tǒng)噴入設(shè)有電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和配電盤的封閉房間內(nèi)，上述設(shè)備內(nèi)部的電壓為220~440V。結(jié)果顯示，電阻讀數(shù)明顯下降，但設(shè)備運轉(zhuǎn)正常。在一般情況下，隨著設(shè)備變得干燥，電阻值會恢復(fù)到正常值。細(xì)水霧系統(tǒng)能否用于電器設(shè)備，關(guān)鍵在于水霧微粒的大小。
水霧霧化的程度越高，水霧的電氣絕緣性能就越優(yōu)。高壓細(xì)水霧產(chǎn)生的水霧霧滴遠(yuǎn)小于中低壓系統(tǒng)，電氣絕緣性能優(yōu)于中低壓系統(tǒng)。
3.3結(jié)論
從火災(zāi)特征、系統(tǒng)滅火性能、電氣絕緣性等各項研究和實驗分析得出，電氣設(shè)備場所適于設(shè)置單流體高壓系統(tǒng)；而油浸變壓器室適于設(shè)置單流體高壓系統(tǒng)、中壓系統(tǒng)。英國航空公司IT中心、德國拜耳制藥公司的電力隧道、西班牙12條地鐵線路的電氣設(shè)備房均采用了高壓細(xì)水霧，國外的應(yīng)用實例再次說明了高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)適用于電氣設(shè)備房。
4系統(tǒng)設(shè)計實例
4.1設(shè)計原則
4.1.1保護(hù)范圍
廣州市軌道交通APM系統(tǒng)線路長3.94km，全部采用地下線路。車站及停車場設(shè)備房保護(hù)范圍為弱電系統(tǒng)電源室及設(shè)備室、站務(wù)室、屏蔽門控制室、0.6kV開關(guān)柜室、0.4kV開關(guān)柜室、AFC終端設(shè)備室、牽引變壓器室、車場牽引變電所、控制室、綜合監(jiān)控設(shè)備室。需說明的是每個車站均設(shè)置了兩個0.4kV開關(guān)柜室，內(nèi)有低壓及環(huán)控設(shè)備，為最大限度減少誤噴的水漬損失，其主用柜和備用柜組及兩組干式變壓器分開設(shè)置在兩個獨立的房間。
4.1.2設(shè)計參數(shù)
（1）泵組式單流體高壓細(xì)水霧，系統(tǒng)管網(wǎng)工作壓力≮3.45MPa，泵組出口壓力≮10MPa，最低噴霧強度為1.5L/min·m2。
（2）有效工作霧滴體積直徑Dv0.9不大于200μm，直徑Dv0.99不大于400μm。
（3）閉式系統(tǒng)作用面積不大于150m2，開啟溫度為57℃，RTI≤36（m·s）0.5。開式系統(tǒng)采用全淹沒滅火系統(tǒng)，響應(yīng)時間不大于30s。
（4）儲水箱按不小于10min系統(tǒng)用水量設(shè)置，并設(shè)置快速補水裝置。
（5）系統(tǒng)最短持續(xù)噴霧時間為30min。
（6）為最大限度降低誤噴的可能性，牽引變壓器室為預(yù)作用系統(tǒng)，其余為開式系統(tǒng)（根據(jù)上海地鐵11號線設(shè)計依據(jù)設(shè)置）。
4.2系統(tǒng)組成
細(xì)水霧自動滅火系統(tǒng)由控制子系統(tǒng)和管網(wǎng)子系統(tǒng)兩部分組成。
（1）控制子系統(tǒng)由自動滅火系統(tǒng)集中報警控制盤及現(xiàn)場設(shè)備分區(qū)滅火控制盤、火災(zāi)探測器、警鈴、聲光報警器、水泵控制箱、區(qū)域控制閥箱、聯(lián)動控制設(shè)備等組成。
（2）管網(wǎng)子系統(tǒng)包括高壓泵組、穩(wěn)壓裝置、儲水箱、補水裝置、過濾器、噴頭、輸送管道及其它附件組成。
4.3系統(tǒng)功能
4.3.1系統(tǒng)滅火過程
（1）預(yù)作用滅火系統(tǒng)
本系統(tǒng)在每個保護(hù)區(qū)域內(nèi)設(shè)有兩個獨立的報警回路，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，其中單一回路預(yù)報警后，設(shè)在該保護(hù)區(qū)域內(nèi)的警鈴將動作，而當(dāng)兩個回路都報警后，設(shè)在該保護(hù)區(qū)域內(nèi)外的聲光報警器將動作，在延時階段分區(qū)滅火系統(tǒng)控制盤將完成關(guān)閉防火閥、啟動聲光報警器等相關(guān)設(shè)備的聯(lián)動。經(jīng)過30s延時，分區(qū)滅火系統(tǒng)控制盤將啟動該區(qū)域的控制閥，啟動高壓泵組，當(dāng)部分噴頭受熱開啟后，管網(wǎng)上的壓力開關(guān)動作，將滅火劑釋放信號反饋給分區(qū)滅火系統(tǒng)控制盤和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)控制盤，此時高壓水沿管道和噴頭輸送到對應(yīng)的保護(hù)區(qū)域滅火。
如值班室人員先于火災(zāi)探測器系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)火情，當(dāng)用手提式滅火器或其它移動式滅火設(shè)備無法撲滅火災(zāi)時，可直接拉動保護(hù)區(qū)門外閥箱內(nèi)的區(qū)域控制閥，或緊急機(jī)械啟動器及主泵啟動按鈕直接啟動系統(tǒng)滅火。系統(tǒng)工作流程圖見圖1。
2）開式系統(tǒng)
系統(tǒng)工作流程與預(yù)作用系統(tǒng)類似，系統(tǒng)工作流程圖見圖1。
系統(tǒng)工作流程
4.3.2控制方式
系統(tǒng)設(shè)自動操作、手動操作和應(yīng)急手動操作方式三種控制方式，系統(tǒng)控制原理見圖2。
系統(tǒng)控制原理
4.4補充說明
（1）廣東省細(xì)水霧標(biāo)準(zhǔn)第3.1.8條要求“一套泵組式細(xì)水霧組合分配系統(tǒng)保護(hù)的防護(hù)區(qū)和保護(hù)對象數(shù)量不應(yīng)超過8個，當(dāng)超過8個時應(yīng)設(shè)置備用儲水量和儲氣量”。本系統(tǒng)考慮到系統(tǒng)用水由消火栓給水系統(tǒng)補水，而消火栓給水系統(tǒng)有多路可靠的外部水源，故所有工點均未設(shè)置備用儲水量。
（2）廣東省細(xì)水霧標(biāo)準(zhǔn)第3.1.10條要求“閉式細(xì)水霧噴頭應(yīng)能在一定火場溫度下動作開放，且在作用面積內(nèi)的所有噴頭應(yīng)同時開放”。此條屬于個性化條款，故沒有按照“所有噴頭應(yīng)同時開放”執(zhí)行。
（3）該系統(tǒng)目前正在設(shè)備招標(biāo)階段，由于在我國目前尚未頒布統(tǒng)一的設(shè)計、安裝和驗收的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，只有地方規(guī)范頒布參考，建議在設(shè)備招標(biāo)及今后的設(shè)計聯(lián)絡(luò)中對系統(tǒng)配置尚需進(jìn)行如下優(yōu)化和細(xì)化，完善設(shè)計方案。
①高壓細(xì)水霧噴頭的選型應(yīng)符合電氣設(shè)備用房的要求，具有良好的電氣絕緣性能。其技術(shù)資料應(yīng)經(jīng)過國家有關(guān)消防產(chǎn)品檢測機(jī)構(gòu)檢測認(rèn)可的產(chǎn)品。同時還應(yīng)提供噴頭在最不利情況或最大防護(hù)區(qū)尺寸下?lián)渚韧惢馂?zāi)的相關(guān)證明材料（實體火災(zāi)實驗）。
②細(xì)水霧控制系統(tǒng)應(yīng)有防誤噴的有效措施，其中滅火指令控制回路應(yīng)具有防止誤動作功能，緊急釋放裝置應(yīng)具有防誤操作措施，以最大限度減少誤噴的水漬損損失。
③高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)各設(shè)備供應(yīng)商標(biāo)準(zhǔn)不一，關(guān)鍵部件參數(shù)難以統(tǒng)一，因?qū)I(yè)性強，設(shè)計及施工應(yīng)由專門資質(zhì)的單位承擔(dān)。
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