地铁中主变电站、变配电站、通信、信号设备室等一些电气设备用房属于地铁车站的重要部分,这些房间内设备不但价格昂贵,而且与地铁运营密切相关。上述设备一旦发生火灾等意外事故将导致地铁行车中断,影响整个地铁运营的安全性。由于电气设备不能采用水喷淋系统进行灭火,故需在上述电气设备用房内设置自动灭火系统[1]。
基于对地球大气臭氧层的保护,我国政府于1989年及1991年分别签署了《关于保护臭氧层的维也纳公约》、《关于破坏臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,在此基础上也制定了《哈龙整体淘汰计划》等有关文件。哈龙气体灭火剂生产和消费的淘汰计划已经在1998年1月正式在中国开始实施。高压细水雾做为哈龙替代品的灭火剂在地铁自动灭火系统设计中越来越受到重视[2~4]。
2 高压细水雾灭火系统概述及灭火机理
2·1 系统概述
高压细水雾灭火系统是以纯水作为灭火介质,采用特殊的喷头在特定的压力工作下将水流分解成细小水滴进行灭火的一种固定式灭火系统。高压细水雾灭火系统按动力驱动方式可分为泵组式和瓶组式两种系统[5]。地铁车站中一般采用泵组式系统,泵组式系统由细水雾喷头、供水管网、区域控制阀箱、高压细水雾泵组及相关控制装置等组成。
2·2 灭火机理
高压细水雾灭火系统的灭火原理主要是高效吸热冷却和快速排氧窒息[6, 7]。高压细水雾雾滴累积体积分布参数Dv0.9<200μm,具有巨大的比表面积,能被迅速汽化并吸收大量热量,冷却火焰表面温度,提高灭火效率。同时,细水雾雾滴在汽化过程中转换成水蒸气,体积可膨胀1700多倍,使得着火点附近的氧气和其他可燃气体被排斥稀释,从而难以维持燃烧而缺氧窒息[8]。在灭火过程中细水雾同时具有消烟和隔绝热辐射的作用,可阻止火灾扩散,有利于消防救援与人员疏散[9]。
3 高压细水雾灭火系统与气体灭火系统技术经济比较
目前国内地铁项目中气体灭火系统采用IG541气体灭火系统的居多,通过列表对高压细水雾灭火系统与IG541气体灭火系统在地铁工程中应用的技术经济性进行比较。具体比较情况见表1、2。
由表1可知:高压细水雾灭火系统具备冷却、隔绝热辐射、消烟和可持续控火等许多IG541气体灭火系统所不具备的优势。同时,高压细水雾灭火系统介质为水不会对环境造成任何影响,符合国家发展低碳经济的原则。高压细水雾灭火系统应用于地铁工程中替代传统的气体灭火系统技术上是一种可行的、安全的技术。
目前,高压细水雾灭火系统的关键部件喷头和泵组尚未实现国产化,需从国外进口,而喷头和泵组的造价占整个系统投资的很大部分。这个原因导致了整个系统工程造价相对较高,但与采用进口的IG541气体介质相比,高压细水雾灭火系统在经济上仍占有一定的优势。以某一在建地铁车站为例对高压细水雾灭火系统与进口IG541气体灭火系统进行经济比较,具体情况见表2。
(1)气体系统年度检测、维护费用平均每个保护区的检测、维护费用1000元/年,车站气体保护区按10个计。
(2)气体灭火系统每3年要更换一次药剂(未计日常泄露和灭火喷放量),每次充装进口气体按1000元/瓶计,标准车站所有瓶组数按60瓶计(包括备用)。
(3)易耗件主要指高压细水雾系统中过滤器及闭式试验喷头等。
(4)高压细水雾系统寿命周期按25年计,IG541气体灭火系统寿命周期按15年计,土建寿命周期按100年计。
由表2可知,高压细水雾灭火系统在全寿命周期内成本年值小于IG541气体灭火系统全寿命周期内成本年值,故高压细水雾灭火系统在地铁工程经济比较中占优。随着技术的进一步发展和成熟,高压细水雾灭火系统的成本将会进一步降低。综上分析可知:高压细水雾灭火系统在地铁工程中替代传统的气体灭火系统从技术经济上是可行的。
4 地铁工程设计中存在的问题及分析探讨
根据地铁设计实践,对高压细水雾灭火系统应用于地铁工程中主要存在问题做如下分析探讨。
(1)设备国产化问题。高压细水雾系统的关键部件喷头和泵组目前需要进口,是导致整个系统造价较高的原因之一。高压细水雾系统采用柱塞泵,特点是小流量、高扬程,压力及流量以正弦波方式随着活塞的每个冲程变化。细水雾喷头工作压力高,多在8.0MPa以上,可产生小于150μm的水雾,流量系数在0.1~0.2L/min/(kPa)1/2。故从事细水雾技术研究及产品开发的人员要加大研发力度,争取早日实现喷头和泵组的国产化,降低系统成本。
(2)高压细水雾泵组电源问题。高压细水雾泵组需要通过低压开关柜室供电,而低压开关柜室又是需要高压细水雾系统保护的房间。所以在考虑高压细水雾泵组供电时两路电源应分开布置在不同的房间或采取其他措施,保证在给高压细水雾泵组供电的变电所发生火灾时,仍有电源可供到泵组启动系统进行灭火。地铁车站降压变电所均按照双电源两台变压器低压母线分段设计,供电可靠性很高,一般地铁车站在两端分别设置降压变电所或跟随变电所,其供电电源只要从两端各引一路电源可满足要求,当车站仅设一个降压变电所时,可以考虑两台变压器分房设置分案解决。
(3)防静电地板下设置喷头问题。通信、信号设备室等一些需要进行自动灭火系统保护的房间通常设有防静电地板,防静电地板下部空间敷设有电缆,因此需要进行保护,防静电地板下部净空有时过低不能满足喷头安装要求,降低了系统的可靠性。在设计中可考虑在地板下设置专用电缆沟,在电缆沟内装设小型喷头来解决这个问题。
(4)水源水质问题。高压细水雾系统对水源水质要求较高,在实际应用中应能保证水源水质至少达到饮用水标准,且水源中不宜有游离态的氯分子。同时要采取措施防止贮水箱内水源产生藻类。贮水箱容积一般较小,设计时可考虑设置循环管路或定期清洗换水来避免水源产生藻类。
(5)系统误喷对电气设备影响问题。由于高压细水雾雾化粒径较小,基本上是以气化状态喷出。地铁中采用的配电设备及弱电设备,密闭性较好, 正常运行时是一种发热状态,即使系统误喷,在短时间内也不会对其运行产生影响。在实际系统设计时,只要对系统喷放时间进行合理设置,是可以减小误喷对设备影响的。
(6)系统形式选择问题。高压细水雾灭火系统有闭式、开式和预作用系统。在实际工程中应根据各防护区特点来选择确定合适的系统,这样才可以使高压细水雾优势发挥的同时避免一些不必要的问题。
(7)系统扩展性问题。高压细水雾系统的应用体现了一种综合防灾的理念,在灭火的同时可以降温、消烟、抑制有毒有害气体扩散。在地铁车站轨行区设置高压细水雾系统时可避免当列车发生火灾时,列车上烟雾窜入车站,有利于车站消防救援与人员疏散。但设计时,需注意与其他专业尤其是屏蔽门专业接口协调的问题。系统亦可应用于车站安防系统中,可以有效降低恐怖分子利用毒气进行恐怖活动的危害。
参考文献:
[1] 欧阳卫华·地铁中的自动灭火系统[J].城市轨道交通研究, 2007(12): 55-59.
[2] 吴洪有·哈龙替代灭火剂环境影响分析及其灭火系统的研究[D].天津大学, 2006.
[3] 刘锋·高压细水雾灭火系统在苏州地铁中应用的可行性研究[J].铁道标准设计, 2007(增刊): 114-115.
[4] 王君·高压细水雾系统在地铁设备用房中的应用[J].中外建筑, 2010(3): 187-188.
[5] DBJ/T15-41-2005,细水雾灭火系统设计、施工及验收规范[S].广东:广东省建设厅1-4.
[6] 袁明,梁军·细水雾灭火系统的原理及其应用[J].广东公安科技, 2003(3): 76-77.
[7] 崔玉周·细水雾灭火技术的研究现状及其在地铁消防中应用前景分析[J].水利与建筑工程学报, 2009, 7(1): 100-103.
[8] 陈浩,梅棋,张宇明,等·高压细水雾灭火系统在地铁车站的应用[J].都市快轨交通, 2008, 21(2): 86-89.
[9] 潘爱霞·简析高压细水雾灭火系统在地铁车站中的应用[J].现代城市轨道交通, 2010(4): 75-76.
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