高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在煙草庫房中的應(yīng)用前景

鄧 琦（中國煙草總公司合肥設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在煙草庫房中的應(yīng)用前景

鄧 琦（中國煙草總公司合肥設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用始于 20世紀(jì)初，最早用于撲救可燃液體火災(zāi)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是1987年蒙特利爾議定書簽署之后，世界各國開始哈龍?zhí)娲鷾缁鸺夹g(shù)的研究，細(xì)水霧滅火技術(shù)作為替代哈龍的技術(shù)得到關(guān)注和青睞。

細(xì)水霧；煙草；庫房；應(yīng)用

1 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)簡介

1.1 起源與發(fā)展

1993年，美國消防協(xié)會組成了細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)委員會，1996年該委員會編制了用于規(guī)范細(xì)水霧滅火技術(shù)的 NFPA750標(biāo)準(zhǔn)并獲得批準(zhǔn)。其后，NFPA750于2000年、2003年、2006年進(jìn)行了三次修訂。96版NFPA 750被批準(zhǔn)為美國國家規(guī)范。該規(guī)范是世界上第一本細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范，而且是一本性能化的規(guī)范。它的出現(xiàn)進(jìn)一步推動了細(xì)水霧滅火技術(shù)的深入研究，也標(biāo)志著細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)入一個(gè)新階段。

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是利用水作為滅火介質(zhì)，采用特殊的噴頭在特定的工作壓力范圍內(nèi)將水直接或采用氮?dú)獾褥F化介質(zhì)將水分解成細(xì)水霧進(jìn)行滅火的一種固定式滅火系統(tǒng)，具有經(jīng)濟(jì)、高效、適用范圍廣等特點(diǎn)，目前已成為替代哈龍滅火系統(tǒng)的重要手段，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1.2 細(xì)水霧定義與分級

根據(jù)NFPA750標(biāo)準(zhǔn)的定義，在噴頭最小工作壓力下，距離噴頭軸線向下1m的平面進(jìn)行測量，霧滴粒徑Dv0.99小于1000μm的水霧稱為細(xì)水霧。其中霧滴粒徑 Dvf表示霧滴累計(jì)體積與全部體積的比值為 f時(shí)的水滴粒徑，即從直徑為零到這一代表直徑的累計(jì)體積與全部體積的比值等于f時(shí)的水滴粒徑。

由于細(xì)水霧系統(tǒng)的滅火性能與霧滴粒徑密切相關(guān)，因此根據(jù)霧滴粒徑大小又將細(xì)水霧分為三級，如圖1。

其中：

圖1 霧滴粒徑等級劃分示意圖

Ⅰ級細(xì)水霧：Dv0.1≤100μm與Dv0.9≤200μm的水霧。

Ⅱ級細(xì)水霧：Dv0.1≤100μm與Dv0.9≤400μm，且不屬于Ⅰ級的水霧。

Ⅲ級細(xì)水霧：Dv0.1＞400μm與 Dv0.99≤1000 μm的水霧。

1.3 滅火機(jī)理

細(xì)水霧的滅火機(jī)理主要是表面冷卻、窒息、輻射熱阻隔和浸濕作用，除此之外還具有乳化等作用，而在滅火過程中往往會有幾種作用同時(shí)發(fā)生，從而有效滅火。

1.3.1 吸熱冷卻

細(xì)小水滴在受熱后汽化，在氣、液相態(tài)變化過程中從燃燒表面或火災(zāi)區(qū)域吸收大量的熱量。根據(jù)熱力學(xué)，水的汽化潛熱高達(dá) 2257kJ/kg，遠(yuǎn)大于水的溫升吸熱量387kJ/kg。表1列出了霧滴直徑、每升水的表面積、汽化時(shí)間及自由下落速度之間的關(guān)系，從表中可以看出，霧滴直徑越小，比表面積越大，汽化所需要的時(shí)間也越短，吸熱效率越高。

霧滴直徑、表面積、汽化時(shí)間和自由下落速度的關(guān)系 表1

1.3.2 隔氧窒息

霧滴在受熱后汽化形成原體積 1680倍的水蒸氣，最大限度地排斥火場的空氣，使燃燒物質(zhì)周圍的氧含量降低，燃燒即會因缺氧而受抑制或中斷。

1.3.3熱輻射阻隔

細(xì)水霧噴入火場后迅速將燃燒物、火焰籠罩，對火焰的熱輻射具有極佳的阻隔能力，能夠有效抑制輻射熱傳遞，達(dá)到防止火焰蔓延的效果。

1.3.4 浸濕作用

顆粒大、沖量大的霧滴會沖擊到燃燒物表面，從而使燃燒物得到浸濕，阻止固體進(jìn)一步揮發(fā)可燃?xì)怏w。另外系統(tǒng)還可以充分將著火位置以外的燃燒物浸濕，從而抑制火災(zāi)的蔓延和發(fā)展。

1.4 適用范圍

①可燃固體（A類）火災(zāi)；

②可燃液體（B類）火災(zāi)；

③電氣火災(zāi)；

④油脂類（B類）火災(zāi)。

固體火災(zāi)如煙草倉庫、圖書館、檔案館、博物館等火災(zāi)；可燃液體火災(zāi)如柴油發(fā)電機(jī)房、燃?xì)廨啓C(jī)、燃油燃?xì)忮仩t房、直燃機(jī)房等火災(zāi)；電力變壓器火災(zāi)；電氣機(jī)房如配電室、電纜夾層、電纜隧道、計(jì)算機(jī)房、通信機(jī)房、控制室等火災(zāi)。

1.5 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

1.5.1 綠色、環(huán)保、節(jié)能、高效

細(xì)水霧對人體無害，對環(huán)境無影響。由于具有高效的冷卻、窒息作用和明顯的消除煙塵作用，更加有利于火災(zāi)現(xiàn)場人員的逃生與撲救。

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)與其他水滅火系統(tǒng)相比，用水量大大減少。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的用水量僅為常規(guī)水噴淋的10%以下。用水量的減少也大大減少了系統(tǒng)管材、降低了系統(tǒng)能耗，大幅度減小了設(shè)備占地空間。

1.5.2 廣泛適用性

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)十分適用于可燃液體火災(zāi)的撲救，與水噴霧相比，霧滴的動量小，不會造成液體燃料的飛濺、溢出和液面的擾動；由于細(xì)水霧滅火效能高，使其可以有效撲救包括低閃點(diǎn)在內(nèi)的可燃液體火災(zāi)和油脂類火災(zāi)。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的冷卻和窒息能力較強(qiáng)，可以有效地?fù)錅珉姎饣馂?zāi)。

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的用水取用方便、連續(xù)供水能力強(qiáng)、滅火效能高。避免了氣體滅火系統(tǒng)在可持續(xù)性滅火、火災(zāi)復(fù)燃的二次啟動方面存在著的嚴(yán)重缺陷。

1.5.3 良好的電絕緣性

由于細(xì)水霧的滴粒徑更小，噴霧時(shí)水呈不連續(xù)性，具有良好的電絕緣性能。天津消防科研所也委托天津市電力科學(xué)研究院進(jìn)行的細(xì)水霧噴頭噴射霧束的交流耐壓性能試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：霧束在220kV、110kV、35kV三個(gè)電壓等級下不發(fā)生工頻交流閃絡(luò)。

1.5.4 煙氣消除作用

細(xì)水霧的細(xì)小顆粒易與燃燒形成的游離碳結(jié)合，從而對火場環(huán)境起到很強(qiáng)的洗滌、降塵、凈化效果，可以有效消除煙霧中的腐蝕性及有毒物質(zhì)，利于人員疏散和消防員的滅火救援工作。

2 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)組成

2.1 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)構(gòu)成

高壓細(xì)水霧系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)、高效、適用范圍廣的特點(diǎn)，噴頭額定工作壓力為 10MPa，霧滴直徑 Dv0.99＜200μm，Dv0.5＜100μm。目前煙草行業(yè)多應(yīng)用閉式系統(tǒng)及預(yù)作用系統(tǒng)，采用泵組式組合分配系統(tǒng)進(jìn)行庫房的滅火保護(hù)，常用形式的系統(tǒng)原理如下。

2.2 閉式系統(tǒng)

高壓細(xì)水霧閉式系統(tǒng)是準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)整個(gè)系統(tǒng)管網(wǎng)均充滿低壓壓力水，在閉式噴頭動作后，管網(wǎng)壓力下降，穩(wěn)壓泵啟動運(yùn)行超過規(guī)定時(shí)間后仍不能達(dá)到設(shè)計(jì)穩(wěn)壓壓力，即啟動高壓主泵進(jìn)行噴霧滅火的系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由閉式細(xì)水霧噴頭、分區(qū)控制閥、末端試水裝置、不銹鋼管道管件、泵組、泵組控制柜、水箱及火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)等組成，其工作原理如下。

2.3 預(yù)作用系統(tǒng)

高壓細(xì)水霧預(yù)作用系統(tǒng)是準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)分區(qū)控制閥后管道內(nèi)不充水，火災(zāi)時(shí)由火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動開啟或現(xiàn)場緊急啟動分區(qū)控制閥，使閥后管道充滿壓力水而轉(zhuǎn)化為濕式系統(tǒng)的閉式滅火系統(tǒng)。系統(tǒng)由閉式細(xì)水霧噴頭、分區(qū)控制閥、自動排氣閥、流量開關(guān)、末端試水裝置、不銹鋼管道管件、泵組、泵組控制柜、水箱及火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)等組成，其工作原理如下。

泵組式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)由高壓主泵、備用泵、穩(wěn)壓泵、電磁閥、過濾器、泵控制柜、調(diào)劑水箱（自動補(bǔ)水裝置）、供水管網(wǎng)、區(qū)域閥箱組件、高壓細(xì)水霧噴頭（包括開式、閉式）及火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)及增壓泵等部件組成。

泵組式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)圖

3 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在煙草庫房的應(yīng)用

煙草倉庫肩負(fù)著煙葉的儲存、運(yùn)輸?shù)裙ぷ魅蝿?wù)，以及與之相配套的輔料物資為易燃或可燃物，一旦發(fā)生火災(zāi)，短時(shí)間內(nèi)就會造成嚴(yán)重后果，給國家和企業(yè)帶來巨大的財(cái)產(chǎn)損失。因此必須加強(qiáng)煙草倉庫的防火管理工作，完善防火工作的對策和措施。

3.1 煙草庫房滅火的幾大難題

①煙草價(jià)值昂貴，成品卷煙倉庫內(nèi)可燃物大量集中，火災(zāi)載荷高，一旦發(fā)生火災(zāi)，由于儲存物資的特殊性，不易撲救，損失巨大，因此滅火系統(tǒng)應(yīng)具備早探測、早滅火的功能。

②煙草屬于食品級物質(zhì)，對滅火劑要求高，應(yīng)避免滅火方式不當(dāng)造成的損失擴(kuò)大。

③煙草倉庫內(nèi)空氣中含有腐蝕性氣體，如磷化鋁熏蒸后帶有的少量磷化氫氣體等，對安裝在庫內(nèi)的設(shè)施有防腐蝕要求。

3.2 高壓細(xì)水霧與常規(guī)自動滅火產(chǎn)品的技術(shù)對比

3.2.1 高壓細(xì)水霧與水噴淋系統(tǒng)的比較

①高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)與水噴淋系統(tǒng)的最大區(qū)別是兩者的設(shè)計(jì)理念不同。高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)重在“控火、滅火”，水噴淋系統(tǒng)意在“滅火”。水噴淋系統(tǒng)重在保護(hù)建筑物的結(jié)構(gòu)，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)重在撲滅火災(zāi)并控制火勢的蔓延，使火災(zāi)的影響范圍盡可能的控制在最小范圍內(nèi)。

②用水量少，系統(tǒng)更加節(jié)能。高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)與水噴淋系統(tǒng)的滅火介質(zhì)相同，應(yīng)重視節(jié)約水資源，在消防用水方面宜應(yīng)如此。

水噴淋滅火系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)噴頭多是流量系數(shù)K=80或 115的灑水噴頭，水噴淋系統(tǒng)的持續(xù)噴水時(shí)間按1～2h計(jì)算，工作壓力按0.1MPa計(jì)算。高壓細(xì)水霧開式系統(tǒng)的噴頭為 K=2.0的開式噴頭，持續(xù)噴放時(shí)間30min。水噴淋系統(tǒng)單位時(shí)間的用水量是高壓細(xì)水霧系統(tǒng)用水量的數(shù)十倍。

③水漬損失小，對設(shè)備的損害小。高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的霧滴直徑小，易蒸發(fā)，因而水漬損失小，噴放之后對環(huán)境及設(shè)備的影響極小。國內(nèi)外的權(quán)威研究機(jī)構(gòu)做了大量的試驗(yàn)研究，表明其電氣絕緣性好，噴放之后不影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

④綜合防災(zāi)性能更優(yōu)。高壓細(xì)水霧系統(tǒng)噴放后，能均勻降低火場的溫度，吸附火災(zāi)產(chǎn)生的有毒氣體，增加能見度，因而能有利于人員的逃生。

3.2.2 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)與干粉滅火系統(tǒng)的比較

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)具有環(huán)保、安全、高效、經(jīng)濟(jì)、適用面廣等特點(diǎn)，是替代哈龍氣體滅火系統(tǒng)及傳統(tǒng)水噴淋系統(tǒng)的主要手段。其主要技術(shù)特點(diǎn)如下。

①滅火介質(zhì)為純水，綠色環(huán)保，對環(huán)境無污染，對煙草不會造成損害。②滅火機(jī)理包括冷卻降溫、窒息和隔絕輻射熱的三重作用，滅火快速高效，用量少，并能有效防止固體可燃物的復(fù)燃。

高壓細(xì)水霧水噴淋滅火性能 冷卻與窒息雙重滅火作用，滅火快速有效 依靠水的冷卻、浸濕作用滅火，滅火速度慢，起到控制抑制火勢作用用水量　高壓細(xì)水霧用水量僅為自動噴淋的十分之一管材 干管DN50，支管DN25采用316不銹鋼管道、使用壽命長，不腐蝕，節(jié)約管材80%　干管DN200，支管DN50，熱鍍鋅鋼管，使用壽命短，易腐蝕設(shè)備占用空間 泵組構(gòu)造精巧，占用空間僅需2m2泵組體積龐大，所需檢修空間大，一般超過40m2施工、安裝 工廠化預(yù)制、易于管路綜合、節(jié)省安裝空間 管道粗大笨重、需特殊考慮安裝空間和支撐要求維保 泵組水自潤滑，免維護(hù)；主要管道和噴頭均為不銹鋼材質(zhì)，使用壽命50年，質(zhì)量可靠，少維保定期對水泵進(jìn)行全面維護(hù)，管道為鍍鋅鋼管，易腐蝕，使用壽命10年，需要定期檢測、更換配套工程 無 需要額外考慮給水和排水工程

③對防護(hù)空間無特殊要求，發(fā)生火災(zāi)時(shí)可立即釋放，人員無須即刻撤離，有利于人員的現(xiàn)場處置。

④系統(tǒng)可重復(fù)開啟、持續(xù)性發(fā)揮滅火作用，有利于固體火災(zāi)的撲救。

⑤系統(tǒng)組件和管道均采用不銹鋼材質(zhì)，耐磷化氫氣體腐蝕，系統(tǒng)使用周期長達(dá)50年。

⑥系統(tǒng)采用柱塞高壓泵，高壓建立迅速，輸出壓力平滑。泵體靠水自行潤滑，免維保。系統(tǒng)設(shè)備立式安裝，占用空間小，泵組面積僅為2m2，安裝靈活方便。

⑦系統(tǒng)提供的最大壓力高達(dá)16MPa，可用泵組通過組合分配的方式保護(hù)大面積的庫區(qū)，節(jié)省設(shè)備投資，減少設(shè)備維護(hù)成本。

超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)是以化學(xué)粉體作為滅火介質(zhì)，通過儲壓氣體驅(qū)動滅火劑的滅火裝置。其主要技術(shù)特點(diǎn)如下。

①滅火劑一般分為BC干粉滅火劑和ABC干粉兩大類。滅火過程中細(xì)微粉體會感染人體呼吸道系統(tǒng)肺部，導(dǎo)致人員中毒，對人員不安全。粉體散布到煙草上，破壞煙草的可食性。

②滅火機(jī)理為化學(xué)滅火作用，即粉末落在可燃物表面外，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在高溫作用下形成一層玻璃狀覆蓋層，不具備冷卻降溫功能，因此撲救固體深位火災(zāi)困難，易復(fù)燃。

③對防護(hù)空間無特殊要求，發(fā)生火災(zāi)時(shí)必須人員立刻撤離后再進(jìn)行滅火。

④采用懸掛式滅火裝置，滅火劑量有限，只能實(shí)現(xiàn)單次噴放，沒有重復(fù)滅火功能。

⑤系統(tǒng)的報(bào)警線路在技術(shù)上難以做到防腐，電線老化難以克服。

⑥滅火藥劑需定期更換（通常為5年），更換費(fèi)用等同于首次投資，需定期進(jìn)行干粉罐的檢測。

通過大量試驗(yàn)證明高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)能夠迅速有效的撲滅煙草庫房火災(zāi)，滅火水漬損失較小，是一種既節(jié)約投資又環(huán)保的滅火方式，并且具有良好的消煙除塵效果，提高能見度，利于消防人員進(jìn)入庫區(qū)撲救，最大程度減少火災(zāi)損失確保煙草業(yè)健康安全地發(fā)展。

高壓細(xì)水霧與超細(xì)干粉在煙草庫房的對比表

4 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在煙草庫房的應(yīng)用中需要注意的幾點(diǎn)問題

①煙草庫區(qū)一般面積較大，占地面積從幾十畝至數(shù)百畝，采用組合分配系統(tǒng)時(shí)應(yīng)結(jié)合制造商設(shè)備性能，詳細(xì)核算設(shè)備最大保護(hù)距離是否滿足要求，不能滿足時(shí)應(yīng)增設(shè)泵組。由于距離較遠(yuǎn)，應(yīng)參照高壓系統(tǒng)的管道沿程損失計(jì)算公式，核算泵組設(shè)備提供的揚(yáng)程壓力。

②按照最新國家標(biāo)準(zhǔn)以及各地方標(biāo)準(zhǔn)，一套泵組所能保護(hù)防護(hù)區(qū)域（對象）或噴頭數(shù)均有要求，煙草庫房從單層至多層甚至高層立體倉庫形式不一，如不能保證在一套泵組保護(hù)數(shù)量范圍內(nèi)則應(yīng)增設(shè)泵組；但當(dāng)庫房面積很大，需增設(shè)泵組數(shù)量很多而無法實(shí)施時(shí)，可會商當(dāng)?shù)叵乐鞴懿块T進(jìn)行建筑消防性能化設(shè)計(jì)或組織專家論證。

③由于煙草庫房內(nèi)儲存的煙葉屬于貴重物資，為避免誤噴造成水漬損失，盡量采用預(yù)作用系統(tǒng)，保證閥箱至噴頭這一段管道平時(shí)充氣，滅火時(shí)排氣充水。

④由于煙葉庫房一般需要進(jìn)行殺蟲作業(yè)或者干燥地區(qū)需要增濕調(diào)溫，殺蟲或噴霧除濕管道較大，雖然細(xì)水霧管徑較小，但噴頭多為下噴型，同殺蟲或噴霧除濕管道均布置在樓板梁下，應(yīng)著重處理好兩者標(biāo)高關(guān)系，既要保證庫房倉儲高度空間又要保證噴頭噴霧范圍內(nèi)無遮擋，如不能保證則應(yīng)增補(bǔ)噴頭彌補(bǔ)噴霧強(qiáng)度的損失。

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TU249；TU976+.5

B

1007-7359（2016）02-0219-05

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.077

鄧琦（1982-），男，安徽合肥人，畢業(yè)于安徽建筑大學(xué)，學(xué)士，工程師。