高壓細水霧在地鐵設備用房滅火中的應用

胡清華

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,湖北武漢 430063)

1 概述

隨著城市化進程的發(fā)展,城市規(guī)模越來越大,交通成為影響城市發(fā)展的重要因素。地鐵作為緩解城市交通緊張的有效工具,具有運量大、準時、快速、污染少、耗能低以及舒適便利等優(yōu)點,正逐漸成為我國城市公共交通的重要組成部分。地鐵是典型的地下公共建筑空間,是各種災害易發(fā)、控制極其困難、災害損失重大的公共場所。在國際地鐵發(fā)展歷程中,火災已成為比例最高的災害,而因人員密集、難以疏散、排煙困難、常規(guī)消防力量難以施救等特點,包括地鐵在內的城市軌道交通網絡的防火防災技術得到國際消防界的高度重視[1]。

對地下車站重要的電氣設備用房自動滅火方式的選擇也成為地鐵建設者和設計者反復研究和討論的問題。

2 系統(tǒng)選擇

目前國內地鐵使用較多的滅火劑為IG541和七氟丙烷(FM-200),細水霧系統(tǒng)作為一種清潔、環(huán)保、高效的新型滅火系統(tǒng),國外地鐵與輕軌中已有大量的應用。該三種滅火劑亦為國際上認可的潔凈滅火劑,下面就該三種滅火劑從幾個方面做比較。

2.1 對環(huán)境影響

FM-200是人工合成的藥劑,雖然其ODP值為零,但是其GWP值與惰性氣體相比比較高,大氣存活壽命也較長。

IG451滅火劑是大自然中存在的物質,所以對環(huán)境沒有影響。

細水霧滅火劑就是普通清水,對環(huán)境無影響。

2.2 在滅火過程中藥劑與火焰的反應

IG451是靠物理窒息滅火,在與火焰接觸時無伴隨物產生。

細水霧滅火原理是通過冷卻、窒息、阻隔熱輻射、浸潤等綜合作用,在與火焰接觸時無伴隨物產生,但細水霧滅火系統(tǒng)對滅遮擋火有一定的難度,不能完全等同全淹沒系統(tǒng)。

2.3 占地面積比較

FM-200在鋼瓶內為液體狀態(tài),設計滅火濃度8%,而IG451滅火劑儲存在鋼瓶內為氣體狀態(tài),設計滅火濃度在40%左右,所以在撲滅同樣體積的室內火災時,FM-200所使用的鋼瓶數要比IG541小,氣瓶間面積也較小。細水霧滅火系統(tǒng)需設置消防高壓泵房。自動滅火系統(tǒng)占地面積比較如表1所示。

表1 自動滅火系統(tǒng)占地面積比較

注：高壓細水霧泵房與消防泵房合設，可節(jié)約2～3 m2。

2.4 綜合投資及運營比較

初投資方面IG541較貴,FM-200最便宜,細水霧最貴；但FM-200及IG541屬高壓鋼瓶,需進行6年期檢驗,FM-200充裝費用遠比IG541高。細水霧滅火系統(tǒng)采用高壓水泵加儲水箱，一般為2～3月更換一次清水,當采用二路水源時可不設水箱。筆者對一標準車站均采用國外同檔次進口產品進行造價比較,結果如表2所示。

表2 自動滅火綜合造價比較

2.5 輸送距離

FM-200(4.2 MPa)輸送距離在50 m以內；IG541和細水霧滅火系統(tǒng)輸送距離均比FM-200遠得多,因此IG541和細水霧滅火系統(tǒng)在設計上可以更靈活。

三種滅火劑均可滅A、B、C類及電氣火災,但細水霧滅火系統(tǒng)對人無傷害,適用于有人的場所。三種滅火劑的其他性能比較見表3。

表3 自動滅火系統(tǒng)綜合比較

根據上述條件，選用了三種滅火藥劑作比較,鹵代烴氣體類和惰性氣體類及高壓細水霧自動滅火系統(tǒng)在功能上都能滿足地鐵工程的使用要求[2],細水霧滅火系統(tǒng)也有一定的優(yōu)勢。且在實際實施中設備房間需要設置泄壓口,高壓鋼瓶也存在一定的安全隱患。高壓細水霧系統(tǒng)作為一種新型的自動滅火方式,在上海地鐵十一號線的公共區(qū)和設備房、十號線的軌行區(qū)、6號線的控制大廳、廣州地鐵的珠江新城旅客自動輸送系統(tǒng)的設備房均成功應用。目前在杭州地鐵、無錫地鐵、長沙地鐵的建設中也擬采用高壓細水霧系統(tǒng)。公安部的相關文件也推薦在地鐵火災防治中采用高壓細水霧系統(tǒng)[3]。

3 高壓細水霧對電氣類火災的適應性分析

目前國內對高壓細水霧對帶電電氣用房可能出現跳閘、漏電、集水等狀況存在一定的疑慮,這是導致高壓細水霧系統(tǒng)不能迅速推廣的主要因數。國內外很多研究機構針對細水霧撲救電氣類火災做過大量研究工作。

作為浪卡子縣食品藥品監(jiān)管局主要負責人，白瑪群宗時刻把人民群眾的飲食用藥安全記在心上。她主持開展全縣創(chuàng)建藥品安全示范縣相關工作，從縣政府爭取資金為98個村衛(wèi)生室和10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院藥庫、藥房配備了設施設備，積極開展藥品安全示范縣創(chuàng)建和相關培訓。2013年浪卡子縣獲評“西藏自治區(qū)級藥品安全示范縣”。白瑪群宗并沒有就此滿足，再次從縣政府爭取資金，為10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院配備了電腦、打印機等設施設備和藥品不良反應上報網絡經費，并開展了相關培訓，填補了藥品不良反應報告從鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級上報到縣一級的網絡聯動空白。

ABB Stromberg研究中心的帶電噴放細水霧試驗表明,一部分細水霧霧滴會快速氣化,一部分細水霧霧滴長時間地懸停在空中,只有極少部分的細水霧滴落到電子電氣設備的表面。高壓細水霧對帶設備的正常工作無影響。

美國約翰霍普金斯大學進行的設備機房細水霧試驗證明,這類場所的火災通常較小且生長緩慢,對財產和設備的最大威脅是腐蝕性煙氣在設備中的蔓延傳播。細水霧應用于這些場所,不會對控制面板或者控制設備造成漏電。

從這些研究表明,高壓細水霧系統(tǒng)在電氣設備用房的滅火中存在較高的安全性和保障性。

4 地鐵設備用房應用方案

在高壓細水霧系統(tǒng)中主要有三種形式：開式系統(tǒng)、閉式系統(tǒng)、預作用系統(tǒng)。開式和預作用系統(tǒng)在分區(qū)控制閥至噴頭前全無水,電氣房間內的管道是干式的,比較適合在地鐵車站設備用房中使用。閉式系統(tǒng)因管道常年有壓充水,不宜在設備房間中使用。國外諸如馬德里地鐵、國內上海地鐵十一號線、廣州地鐵的珠江新城旅客自動輸送系統(tǒng)均采用開式系統(tǒng)為主的系統(tǒng)形式。

弱電和低壓房間推薦采用開式系統(tǒng)；開式系統(tǒng)反應較快,采用類似淹沒式的滅火方式,有較好的滅火效果,從多個廠家的滅火試驗來看,均能短期快速有效的滅火。

變電所的高壓房間推薦采用預作用系統(tǒng),預作用系統(tǒng)與開式系統(tǒng)的主要區(qū)別在于采用了閉式噴頭,單個噴頭流量較大,但進一步了提高系統(tǒng)的安全性。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和滅火效果應選用快速相應噴頭,采用開啟溫度為57 ℃,RTI≤50(m·s)0.5的閉式噴頭。但是預作用系統(tǒng)設計需注意的是對于大于140 m2(或80 m2,根據不同廠家的噴頭K值而異)會引起流量過大,需增加泵組數量,引起整體投資增加等問題。

參考歐洲標準CEA4001《水噴淋系統(tǒng)：設計與安裝》5.4條規(guī)定：“吊頂或架空地板等隱蔽區(qū)域的高度超過0.8 m時,應設置水噴淋系統(tǒng)保護。如果吊頂或地板隱蔽區(qū)域的高度不大于0.8 m,除非內部有可燃物或者吊頂(或地板)由可燃材料制作,否則不需水噴淋系統(tǒng)保護[8]。地鐵車站吊頂以上高度一般為1 200 mm左右,且吊頂內一般有風管,各種電器的橋架,電纜等,故推薦采用開式系統(tǒng)保護[9]。而靜電底板下一般高度為0.3 m或0.45 m,且電纜等數量較少,故可采用不保護,以節(jié)約投資。

5 關于幾點爭議的看法和對策

現階段國內對于高壓細水霧的滅火效果、隔離輻射、降低火災場溫度、凈化空氣、防止火災和煙氣蔓延等主要效果都能取得廣泛的認同,主要存在漏電、誤噴、滅火后次生災害的影響、400 V開關柜室極低概率跳閘等現象存在的爭議。

5.1 關于次生災害的分析

關于次生災害指的主要就是滅火后,能迅速的恢復使用,國內外的權威的消防部門和消防研究中心做過大量的驗證性的試驗均得到較好的效果。

公安部天津消防所進行的交流耐壓性能試驗表明,在額定電壓110～220 kV的條件下,高壓細水霧噴射一分鐘不會發(fā)生閃絡。試驗布置如圖1所示。

圖1 交流耐壓性能試驗布置

高壓細水霧在地鐵設備用房安全性試驗表明,高壓細水霧作用于35 kV等級交流耐壓試驗、帶電直流牽引電氣設備(防護等級為零),直接噴放試驗時均未發(fā)生設備短路或故障現象。高壓細水霧作用于帶電狀態(tài)下的直流牽引設備后,柜體對地絕緣經簡易處理后,能夠10 min內迅速恢復[3～4]。

整流器(防護等級為零)帶電噴放后人工恢復絕緣試驗記錄如表4所示。

表4 整流器帶電噴放后人工恢復絕緣試驗

5.2 關于誤噴的分析

對于氣體滅火和高壓細水霧都存在極小概率的誤噴可能性,在設計中應采取措施盡量避免誤噴現象的發(fā)生,對于高壓細水霧系統(tǒng)主要采用了以下措施：

①采用雙路報警,一路煙感、一路溫感以提高報警的可靠性。

②控制系統(tǒng)一般采用自動控制、手動控制和緊急控制三種模式,而且一般設置0～30 s(時間可調)的延遲時間,可通過人工或視頻確認后緊急止動。

③對于負責牽引、消防供電的主要變電所房間采用預作用系統(tǒng)閉式噴頭,進一步降低了系統(tǒng)誤噴的可能性。

5.3 關于400 V開關柜室極低概率跳閘的對策

國外類似工程中有觀察到400 V開關柜室在滅火中存在極低概率(低于5%)跳閘現象,國內現未觀察到類似現象。因地鐵車站的消防部分采用雙電源、雙回路供電,可考慮將400 V開關柜房間拆分(或隔離)成二個房間,在考慮一處著火情況下,不會同時對二個房間產生噴射滅火。無錫地鐵二號線現采用此種方案,在合理的布置設備和檢修門的情況下,對土建面積影響很小。

6 結論

通過分析和比較,提出了高壓細水霧在地鐵設備管理用房中應用的合理性和可靠性,提出了一些指導設計的思路和依據。根據細水霧系統(tǒng)技術水平的發(fā)展和應用前景,可以說這必然是今后地鐵自動滅火系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。細水霧滅火系統(tǒng)作為一種既高效又節(jié)能的滅火方式,應將其用于替代氣體滅火在地鐵的設備管理用房使用。

[1]金 磊.城市安全之道[M].北京：機械工業(yè)出版社,2007

[2]公消[2008]449 關于印發(fā)《高壓細水霧在地鐵火災防治中的應用技術交流會會議紀要》的通知[Z]

[3]同濟安泰工程防災研發(fā)中心.高壓細水霧保護弱電及低壓電氣防護空間應用試驗報告[R].上海：同濟安泰工程防災研發(fā)中心，2008

[4]同濟安泰工程防災研發(fā)中心.地鐵電氣場所高壓細水霧保護應用試驗報告[R].上海：同濟安泰工程防災研發(fā)中心，2009

[5]劉 鈞.高壓細水霧滅火系統(tǒng)在地鐵消防中的適用性分析[J].21世紀：理論實踐探索，2010(5)：231-233

[6]DGJ32/J 09—2005 細水霧滅火系統(tǒng)設計、施工及驗收規(guī)程[S]

[7]GB 50490—2009 城市軌道交通技術規(guī)范[S]

[8]CEA 4001—2009 Sprinkler Systems： Planning and Installation

[9]Marioff HI-FOG? Test Report No.RTE3884/03, VTT Building and Transport,December 2003 (Vds approval)