低壓細水霧滅火系統(tǒng)在隧道火災中的滅火性能研究

馬志雄 石曉龍

摘 要：本文在云南省安楚公路芹菜塘1號隧道內(nèi)開展了全尺寸現(xiàn)場模擬火災實驗，驗證低壓細水霧滅火系統(tǒng)在公路隧道火災中的控火能力。實驗證實，針對隧道中1×2平方油池火、2×2平方油池火、4×4平方油池火，在隧道的通風良好的情況下，低壓細水霧滅火系統(tǒng)開啟后可以有效降低隧道內(nèi)的環(huán)境溫度以及火源周圍CO濃度。

關(guān)鍵詞：公路隧道；低壓細水霧滅火系統(tǒng)；全尺寸火災模擬實驗

1 研究背景

目前，我國公路隧道快速發(fā)展，由于不斷增長的交通流量和運輸物品的復雜性，火災事故的概率也逐步增多，隧道自動滅火系統(tǒng)通常在火災發(fā)生的初期能有效地發(fā)揮作用，所以及采用適合的自動滅火系統(tǒng)成為有效控制及撲滅隧道火災的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)外應用的隧道自動滅火系統(tǒng)主要包括：水噴霧-泡沫聯(lián)用系統(tǒng)，低壓細水霧系統(tǒng)，高壓細水霧滅火系統(tǒng)，本文重點針對低壓細水霧在隧道火災中的滅火性能進行研究。

2 實驗設(shè)計

2.1 隧道火災功率設(shè)計

前人已對隧道火災功率開展了廣泛的試驗研究，柴油油池火的熱釋放速率與面積正相關(guān)，即油池面積越大，單位熱釋放速率越高，本試驗設(shè)計3種火災工況：設(shè)計一個1m×2m油盤火，火災功率約為3.4 MW，模擬隧道初期火災；設(shè)計2個1m×2m油盆火，火災功率為6 -7MW，模擬1-2輛小貨車起火的火災功率；設(shè)計8個1m×2m油盤，拼接成一個4m×4m的油盤方陣，總功率將超過30MW，模擬一輛油罐車著火的火災功率。

2.2 細水霧滅火系統(tǒng)布置

低壓細水霧滅火系統(tǒng)設(shè)置在隧道中央共40m，每根噴嘴管長10m，設(shè)有30個噴嘴，單個噴嘴的流量系數(shù)K=2.8，額定工作壓力1MPa，噴頭間距為0.33m，水頭損失約0.1 MPa。滅火時40m保護區(qū)同時動作，系統(tǒng)設(shè)計流量為1065L/min。選用多級離心泵，額定流量為64m3/h，額定揚程為163m。系統(tǒng)設(shè)計噴霧時間60min，系統(tǒng)儲水量為70m3，設(shè)體積為70m3的儲水箱。

2.3 實驗方法及測試儀器布置

實驗共設(shè)置12根熱電偶。以火源點為0號熱電偶；據(jù)火源中心4m，高度1.5m為1號；據(jù)火源中心6m為一串熱電偶樹，從頂棚往下分別每米一個熱電偶，共7個；據(jù)火源中心10m，15m，20m分別設(shè)置3個熱電偶，高度1.5m，據(jù)火源中心34m處設(shè)置在線風速和氣體濃度分析儀，高度為1.5m。點燃油盤后，開啟溫度、壓力、圖像、風速、氧濃度采集系統(tǒng)，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 風速測量

據(jù)火源中心34m處設(shè)置在線風速記錄的結(jié)果如下圖，隧道內(nèi)的平均風速約為1-2m/秒。

3.2 4m×4m油盤火實驗結(jié)果

試驗火源采用8個1m×2m油盤組成的16 m2油盤火，0s點燃油盤，預燃時間為1min30s，手動啟動設(shè)備進行滅火。系統(tǒng)噴霧滅火時，最不利點噴頭工作壓力不小于1MPa。每個油盤底部墊水，加入0號柴油，油層高度不小于30 mm（燃燒速度約為3mm/min），另加入汽油進行引燃。細水霧在油盤充分燃燒后啟動，持續(xù)7min48s后，火災被完全撲滅。

3.2.1 溫度控制情況

火源點位置0號和據(jù)火源中心4m的熱電偶在細水霧開啟后，溫度繼續(xù)上升一段時間，然后快速下降；據(jù)火源中心6m為一串熱電偶樹，共5個，在細水霧開啟后，溫度快速下降；據(jù)火源中心10m，15m，20m的三個熱電偶，在細水霧開啟后，溫度快速下降。

3.2.2 細水霧開啟后，CO濃度控制情況

據(jù)火源中心34m處的氣體濃度分析儀記錄的數(shù)據(jù)，細水霧開啟后，CO濃度在短暫升高后，快速下降，恢復到環(huán)境正常值。

3.3 1m×2m油盤火、2m×2m油盤火實驗結(jié)果

試驗火源采用1個和2個1m×2m的油盆分別組成2m2和4 m2油盤火。實驗結(jié)果，2 m2油盤火滅火時間為2min10s，4 m2油盤火滅火時間為3min50s。

細水霧開啟后，火源周圍溫度控制能夠得到很好控制，火源點位置0號和據(jù)火源中心1m的熱電偶樹在細水霧開啟后，溫度略微繼續(xù)上升后，快速下降。

4 結(jié)論

實驗證實低壓細水霧滅火系統(tǒng)可以對隧道火災引起的溫升梯度變化做出快速的抑制（響應時間< 30秒）。當火災功率為30 MW以上，低壓細水霧滅火系統(tǒng)開啟后，距離火源周圍4m、6m、10m，15m，20m左右的溫度均能得到有效控制，CO濃度也能得到有效抑制。當隧道火災功率為3-4MW、6-7 MW時，細水霧滅火系統(tǒng)開啟后，火源周圍1-2m左右，溫度能夠得到有效控制，細水霧滅火時間分別為2min10s、3min50s。

本文通過搭建低壓細水霧系統(tǒng)，開展真實火災實驗，從客觀角度證實了細水霧系統(tǒng)在公路隧道消防中的實際控火、滅火能力（包括細水霧滅火系統(tǒng)啟動后的溫度控制情況，有毒有害氣體濃度的變化，隧道內(nèi)的通風情況等）。因此，筆者認為在實際應用中在危險性較大的特長隧道、城市隧道、水下隧道中可以采用低壓細水霧滅火系統(tǒng)對隧道人員安全以及隧道的結(jié)構(gòu)進行保護。

參考文獻：

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