細水霧滅火系統(tǒng)應用探討

秦新民

（中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330031）

細水霧滅火系統(tǒng)應用探討

秦新民

（中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330031）

細水霧為鹵代烷滅火劑理想替代物,本文介紹了細水霧滅火系統(tǒng)的現(xiàn)狀、滅火機理、特點、分類、應用范圍及在工程中應用的設計計算。

細水霧滅火系統(tǒng)；滅火機理；應用范圍；設計

由于鹵代烷滅火劑對臭氧層的破壞,2012年在全球范圍內(nèi)已被全面禁用，因而尋找鹵代烷滅火劑理想替代物的工作已是刻不容緩。人們對于新一代滅火劑的要求是：清潔、高效、安全、穩(wěn)定。而細水霧滅火技術以其節(jié)水、高效、對保護區(qū)域損害小的特點,自20世紀90年代開始受到人們的廣泛關注。細水霧為在最小工作壓力下,經(jīng)噴頭噴出并在噴頭軸線向下1.0 m處的平面上形成的霧滴直徑DV0.5＜200 μm、DV0.99＜400 μm的水霧[1-3]。細水霧滅火系統(tǒng)則是一種以水為介質(zhì),采用特殊噴頭在特定的工作壓力下噴灑細水霧進行滅火、抑火和控火的固定式滅火裝置,該系統(tǒng)憑借其滅火高效、適用范圍廣、綠色環(huán)保等優(yōu)點,不僅成為理想的鹵代烷滅火劑替代物，在取代二氧化碳、七氟丙烷等溫室氣體方面也發(fā)揮著日益重要的作用。

1 細水霧的滅火機理和特點

1.1 滅火機理

1)表面冷卻：細水霧霧滴直徑很小,霧滴一般在400 μm以下,比表面積大,有利于吸收熱能,受熱后易于汽化,在氣液相態(tài)變化過程中從燃燒物質(zhì)表面吸收大量的熱量,使火場溫度驟降,達到滅火的目的。

2)窒息作用：細水霧噴入火場后,霧滴在受熱后汽化形成原體積1 700倍的水蒸氣,迅速地排斥火場的空氣,在燃燒物質(zhì)周圍形成一道屏障阻隔新鮮空氣的進入,當火場氧的濃度降低至不能燃燒的程度,火焰被窒息熄滅,達到滅火的目的。

3)阻隔輻射熱：細水霧噴入火場后,細水霧及形成的水蒸氣迅速將燃燒物火焰和煙羽籠罩,有效地阻隔火焰的輻射熱,抑制輻射熱引燃周圍其它物品,達到防止火焰蔓延的目的。

4)浸濕作用：顆粒大的霧滴會沖擊到燃燒物的表面,從而使燃燒物得到浸濕,阻止固體進一步產(chǎn)生揮發(fā)可燃氣體。

1.2 滅火特點

1)細水霧滅火系統(tǒng)的滅火機理與水噴霧滅火系統(tǒng)類似,但兩者還有一定的區(qū)別：（1）細水霧系統(tǒng)高度霧化的結果是提高水的利用率,大幅減少水的用量,更適用于需要避免水漬損失的場所;而且細水霧還具有一定的降塵、除煙的作用。（2）采用細水霧撲救油類火災時,既不會振動液面,使其飛濺,也不容易發(fā)生復燃現(xiàn)象,其滅火效果比水噴霧理想。

2)細水霧滅火系統(tǒng)與自動噴水滅火系統(tǒng)相比較,具有以下幾個方面的特點：（1）保護對象主要為火災危險大、撲救難度大、對水漬損失要求高的設施或設備。（2）擴展了水系統(tǒng)滅火的范圍,使得水可以撲救固體、液體、氣體、電氣等場所的火災。（3）減少了水的用量,提高了滅火效率和水的利用率。（4）擴展了應用領域，細水霧滅火系統(tǒng)不僅可用于滅火，還可以用于控火、防護冷卻、洗滌煙霧和毒氣。

由于具備以上特點,歐洲等發(fā)達國家已開始用細水霧滅火系統(tǒng)替代自動噴水滅火系統(tǒng)和氣體滅火系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)分類

細水霧系統(tǒng)可按水霧粒徑、系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)介質(zhì)、系統(tǒng)計算、保護空間、供水方式進行分類。

2.1 按細水粒徑分類

根據(jù)NFPA750(美國消防協(xié)會細水霧消防系統(tǒng)標準),細水霧分為3級(圖1):第1級細水霧為DV0.1= 100 μm與DV0.9=200 μm連線的左側部分,為最細的細水霧;第2級細水霧為第1級細水霧右側與DV0.1= 200 μm、DV0.9=400 μm連線之間的部分;第3級細水霧為第2級細水霧右側至DV0.99=1 000 μm之間的部分。根據(jù)擬頒布的國家《細水霧滅火系統(tǒng)技術規(guī)范》，細水霧的最大霧滴尺寸為噴頭軸線向下1.0 m處的平面上形成的霧滴直徑DV0.5＜200 μm、DV0.99＜400 μm的水霧。

2.2 按系統(tǒng)壓力分類

按系統(tǒng)壓力可分為以下幾種類型:1)系統(tǒng)壓力低于1.21 MPa的為低壓細水霧系統(tǒng);2)系統(tǒng)壓力在1.21～3.45 MPa之間的為中壓細水霧系統(tǒng);3)系統(tǒng)壓力＞3.45 MPa的為高壓細水霧系統(tǒng)。

圖1 細水霧粒徑分區(qū)

2.3 按介質(zhì)分類

介質(zhì)分類:1)單介質(zhì)系統(tǒng),滅火介質(zhì)為單一介質(zhì)水。2)雙介質(zhì)系統(tǒng),除使用水作為滅火介質(zhì)外，還使用了空氣、氮氣等惰性介質(zhì)作為第二介質(zhì)。兩種介質(zhì)用分別由不同的管道或在同一根管道內(nèi)輸送到噴頭,產(chǎn)生更細的水滴,以達到更好的滅火效果。

2.4 按系統(tǒng)計算分類

按系統(tǒng)計算分類:1)預制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設備配置和管道系統(tǒng)均在工廠中設計和調(diào)試好,并通過認證,設計人員根據(jù)認證的設計參數(shù),把設備和噴頭布置于合適位置。2)工程系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設備配置和系統(tǒng)管道經(jīng)過設計人員具體設計計算得出,并在施工現(xiàn)場具體安裝調(diào)試。這種系統(tǒng)僅有設備和噴頭單體認證,沒有經(jīng)過系統(tǒng)認證,系統(tǒng)的可靠性依據(jù)設計和系統(tǒng)設備的可靠性確定。

2.5 按保護空間分類

按保護空間分類:1)全淹沒系統(tǒng)為向整個防護區(qū)內(nèi)噴放細水霧,保護其內(nèi)部所有防護對象。2)局部應用系統(tǒng)為直接向防護對象噴放細水霧,保護空間內(nèi)某具體防護對象。3)區(qū)域應用系統(tǒng)為向防護區(qū)局部區(qū)域噴放細水霧,保護其內(nèi)部所有防護對象。

2.6 按供水方式分類

按供水方式分類:1)瓶組式供水系統(tǒng)由儲水瓶或罐儲水,由惰性壓縮氣體作為動力把水供應到系統(tǒng)并使水霧化滅火的系統(tǒng)。2)泵組式供水系統(tǒng)以柴油機或電機為動力源,由柱塞泵或離心泵等把水供應到系統(tǒng)并使水霧化滅火的系統(tǒng)。3)聯(lián)合式供水系統(tǒng)為增加系統(tǒng)的可靠性，采用瓶組式與泵組式系統(tǒng)一用一備雙水源。

3 細水霧滅火系統(tǒng)的應用范圍

細水霧滅火系統(tǒng)可用于撲滅固體物質(zhì)火災(A類火災)、液體火災或可熔化固體火災(B類火災)、氣體火災(C類火災)、帶電物體燃燒的火災(E類火災)、人員密集性場所的火災,以及防火隔斷玻璃的冷卻保護,廣泛適用于計算機房、通訊機房、控制室、貴重設備室、圖書館、檔案庫、配電房、發(fā)電機房、油浸變壓器室、變電室、除塵設備、噴漆生產(chǎn)線等場所或設備的消防保護,以及船舶機艙中柴油發(fā)動機、柴油發(fā)電機、燃油鍋爐、燃油裝置等設備的消防保護。但細水霧系統(tǒng)不能應用于有遇水即發(fā)生反應、爆炸或會產(chǎn)生大量有害物質(zhì)的化學反應等材料的場所,如鋰、鈉、鉀、鎂、鈦、鋯、鈾等金屬或其化合物，也不能直接應用于有低溫液化氣體的場合(如液化天然氣)[4-6]。

4 系統(tǒng)設計

4.1 系統(tǒng)選擇

細水霧系統(tǒng)與水噴淋、水噴霧系統(tǒng)不同,迄今還沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品標準,也沒有通用的設計方法,設計時首先應對系統(tǒng)進行正確的選擇,選擇依據(jù)參考表1。

表1 系統(tǒng)選擇

4.2 設計參數(shù)

1)閉式系統(tǒng)的設計參數(shù)應根據(jù)實體火災模擬試驗結果（表2）確定。

2)開式全淹沒系統(tǒng)和區(qū)域應用系統(tǒng)的設計參數(shù)應根據(jù)實體火災模擬試驗結果確定,可以根據(jù)表3、表4確定。

表2 閉式系統(tǒng)設計參數(shù)

表3 開式全淹沒（區(qū)域）系統(tǒng)設計參數(shù)（中、低壓系統(tǒng)）

表4 開式全淹沒（區(qū)域）系統(tǒng)設計參數(shù)（高壓系統(tǒng)）

兩個或兩個以上的防護區(qū)應采用組合分配系統(tǒng),系統(tǒng)的儲水量應不小于最大一個防護區(qū)或保護對象所需的用水量;瓶組式系統(tǒng)的防護區(qū)或保護對象不應超過8個,當超過8個時應增設系統(tǒng);泵組式系統(tǒng)可不受8個防護區(qū)的限制[6]。

4.3 水力計算

1)低壓管道水頭損失應按下式計算：

式中：Q為管段的設計流量,L/min;Pf為管道的總水頭損失,MPa;C為管道摩阻系數(shù);L為管道計算長度(含當量長度),m;d為管道內(nèi)徑,mm。

2)中、高壓細水霧滅火系統(tǒng)的管道水頭損失應按下式計算：

式中：f為摩阻系數(shù),MPa/m;ρ為水的密度,kg/m3;Re為雷諾數(shù);μ為水的絕對粘度系數(shù);Δ為管道相對粗糙度;ε為管道粗糙度,mm。

3)噴頭的設計流量

式中：q為噴頭設計流量,L/min;K為噴頭的流量系數(shù),L/(min·MPa1/2);P為噴頭的工作壓力,MPa。

4)系統(tǒng)水箱或貯水容器的設計所需有效容積：

V=QS·t

式中：V為水箱或貯水容器的設計所需有效容積,L;t為系統(tǒng)的設計噴霧時間,min。

5 結束語

作為一種新型環(huán)保、安全的滅火系統(tǒng),細水霧滅火系統(tǒng)有待于不斷發(fā)展和完善,需要不斷引進和開發(fā)新技術、新材料、新設備,將成熟、先進的相關產(chǎn)品應用到系統(tǒng)中。隨著細水霧滅火技術的日益成熟和國家《細水霧滅火系統(tǒng)技術規(guī)范》的頒布,該技術將廣泛應用于工程實際之中。

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司,中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施：給水排水[M].北京:中國計劃出版社,2009.

[2] 中國建筑設計研究院.建筑給水排水設計手冊:上冊[M].2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[3] 核工業(yè)部第二設計研究院.給水排水設計手冊:第2冊建筑給水排水[M].3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[4]GB 50016-2006,建筑設計防火規(guī)范[S].

[5]GB 50219-95,水噴霧滅火系統(tǒng)設計規(guī)范[S].

[6]DA/T45-2009,檔案館高壓細水霧滅火系統(tǒng)技術規(guī)范[S].

Discussion on Application of Water Mist Fire Extinguishing System

QIN Xinmin
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Water mist is an ideal halon extinguishing agent replacement;the paper introduces present situation,fire extinguishing mechanism,characteristic,classification and application range of water mist fire extinguishing system and design calculation applied in engineering.

water mist fire extinguishing system;fire extinguishing mechanism;application range;design

TU998.13+2

B

1004-4345(2015)01-0044-04

2014-10-11

秦新民(1965—),男,教授級高級工程師,主要從事給排水設計研究工作。