全氟己酮自動滅火系統(tǒng)在SS4B型電力機(jī)車的應(yīng)用研究

胡婉瑩，曹猛，王晨暉，楊寶珠

（1.國能鐵路裝備有限責(zé)任公司滄州機(jī)車車輛維修分公司，河北 滄州 061000；2.中車大連機(jī)車研究所有限公司，遼寧 大連 116000）

機(jī)車是鐵路運(yùn)輸?shù)臓恳齽恿?，機(jī)車的正常運(yùn)行是運(yùn)輸生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)安全正點(diǎn)的基礎(chǔ)。SS4B型電力機(jī)車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高，通過對各類機(jī)車的火災(zāi)案例分析，得出結(jié)論是由于運(yùn)用時(shí)間長、運(yùn)載壓力大，機(jī)車安全隱患逐年升高，且隨著機(jī)車器件的老化，火災(zāi)的隱患也會逐年上升，因此機(jī)車火災(zāi)防治舉措勢在必行。

通過對SS4B型機(jī)車運(yùn)用特性、火災(zāi)燃燒特性、火災(zāi)探測、滅火劑性能和滅火劑釋放流場分析等方面的研究，使用自動滅火系統(tǒng)解決機(jī)車火災(zāi)，從而提高運(yùn)用的安全性。該系統(tǒng)不僅能解決電力機(jī)車的安全問題，而且能夠填補(bǔ)國家消防標(biāo)準(zhǔn)、鐵路機(jī)車火災(zāi)防治標(biāo)準(zhǔn)的空白，在國內(nèi)消防行業(yè)的理論體系完整性建設(shè)上也具有重要意義。

1 自動滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

機(jī)車自動滅火系統(tǒng)遵循GB50116-2008《火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》；GA61-2010《固定滅火系統(tǒng)驅(qū)動、控制裝置通用技術(shù)條件》等通用技術(shù)條件，還遵循了以下要求。

（1）分區(qū)防火：根據(jù)SS4B型機(jī)車的結(jié)構(gòu)，將機(jī)械間內(nèi)的多個(gè)電氣柜劃分不同滅火區(qū)域，由控制器統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)各電氣柜單獨(dú)探測、報(bào)警及滅火，相互之間不受干擾。（2）滅火的高效性：本系統(tǒng)使用的滅火裝置和全氟己酮滅火劑應(yīng)對機(jī)車火災(zāi)有效、快速，能夠撲滅保護(hù)區(qū)域內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)。（3）二次傷害：采用對電氣環(huán)境無損害，無毒無腐蝕性，符合環(huán)保要求的滅火介質(zhì)，避免對環(huán)境產(chǎn)生污染，對設(shè)備帶來二次傷害。（4）使用期：在機(jī)車較長的使用期限內(nèi)，保證設(shè)備可以運(yùn)行正常且滅火效果良好。

2 滅火技術(shù)選擇

機(jī)車自動滅火系統(tǒng)，設(shè)計(jì)制造的自動滅火系統(tǒng)基于火災(zāi)基礎(chǔ)理論，通過仿真分析計(jì)算等設(shè)計(jì)方法，針對不同火災(zāi)防護(hù)區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的火情分析，采用主動防御、快速響應(yīng)得全淹沒潔凈滅火形式，形成了完整的機(jī)車火災(zāi)解決方案。機(jī)車自動防火系統(tǒng)包括三部分，為火災(zāi)控制系統(tǒng)、探測系統(tǒng)和滅火執(zhí)行系統(tǒng)。該機(jī)車自動滅火系統(tǒng)采用全新一代清潔滅火劑FLDR-0491，針對電力機(jī)車進(jìn)行模塊化的優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有良好的探測準(zhǔn)確度和滅火效果。

2.1 控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用一體式控制器，該控制器集成LED顯示器、控制器機(jī)箱、聲光報(bào)警器、緊急控制按鍵等部件為一體，可安裝在電氣間?？蓪?shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，緊急停啟等功能，具有對接靈活度高，安裝位置靈活，一個(gè)控制器可覆蓋整車的特點(diǎn)。

工作原理：當(dāng)探測裝置發(fā)送探測的異常信號之后，控制器對接收到的信息進(jìn)行邏輯控制判斷。當(dāng)確定為火警信息時(shí)，第一時(shí)間發(fā)出聲/光報(bào)警信息；并且控制相應(yīng)的滅火裝置進(jìn)行工作，消除火情。通過視屏監(jiān)控的屏幕能夠通過簡易圖形高亮顯示正在報(bào)警的位置，司機(jī)可以一目了然的確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生的位置。

其工作流程如圖1所示

圖1 控制器工作流程圖

2.2 探測系統(tǒng)

由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生煙霧的時(shí)間較早，故感煙探測器在火災(zāi)初期有較好的報(bào)警效果，是目前使用最為廣泛的一種探測器。其次火災(zāi)發(fā)展的整個(gè)過程都伴隨著不同程度的溫度變化，尤其在進(jìn)入發(fā)展階段后最為明顯，在火源周圍產(chǎn)生大量的熱氣流，因此對溫度探測得到的信息較為可靠。結(jié)合兩者的特點(diǎn)，采用光散射原理光電感煙探測器與差溫式溫度探測器結(jié)合的煙溫復(fù)合探測器，可以有效地減少火災(zāi)的誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象。在空間較為封閉的車廂、機(jī)械間及電器柜內(nèi)宜采用煙溫復(fù)合探測器。

在安裝煙溫復(fù)合探測器時(shí)應(yīng)根據(jù)煙氣的流動規(guī)律，布置在高溫?zé)煔馊菀拙奂牟课?，且要合理?jì)算探頭的覆蓋范圍，在滿足探測需求的情況下盡量減少探頭的使用。

2.3 執(zhí)行系統(tǒng)

分布式管路噴射系統(tǒng)由儲存滅火劑的壓力鋼瓶、噴射管路和電磁閥組成，對于空間跨度較大的保護(hù)區(qū)域，將其分為各個(gè)滅火子系統(tǒng)，分別布置一套鋼瓶和管路。各子系統(tǒng)間依靠電信號和控制系統(tǒng)連接，各子系統(tǒng)只采用一組滅火器瓶組提供滅火劑，管路分布在整個(gè)保護(hù)區(qū)域內(nèi)，各分區(qū)之間使用電磁閥進(jìn)行隔離，實(shí)現(xiàn)單元獨(dú)立，由控制系統(tǒng)集中進(jìn)行控制，當(dāng)某一區(qū)域著火后，該區(qū)域的探測器將火災(zāi)信號傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)開啟著火區(qū)域沿途管路的電磁閥，實(shí)現(xiàn)滅火劑精準(zhǔn)釋放。

分布式管路噴射系統(tǒng)在安裝時(shí)結(jié)合空間對管路布置的影響，考慮管路的沿程阻力損失，合理設(shè)計(jì)管路，使其通過多個(gè)噴頭釋放時(shí)，能夠使每個(gè)分區(qū)內(nèi)都有足夠的滅火劑釋放量。在布置管路時(shí)因盡量減少拐彎，避免產(chǎn)生過大的局部阻力。

3 滅火劑介紹、鋼瓶用量計(jì)算

機(jī)車內(nèi)布置有柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)等部件，需要采用全淹沒氣體火災(zāi)防控系統(tǒng)/局部火災(zāi)防控系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，現(xiàn)設(shè)計(jì)方案采用全氟己酮?dú)怏w火災(zāi)防控系統(tǒng)對其進(jìn)行保護(hù)。全氟己酮是一種透明、無色、無味、絕緣的液體，釋放后無殘留，綠色環(huán)保的清潔液體滅火劑。已被列入ISO14520-2006《氣體火災(zāi)防控系統(tǒng)物理特性和系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、NFPA2001《潔凈氣體火災(zāi)防控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)性文件中，該產(chǎn)品的應(yīng)用設(shè)計(jì)已得到規(guī)范說明。

全氟己酮滅火劑主要是從火災(zāi)現(xiàn)場去除熱量，滅火劑/空氣混合物吸收充足的熱量以破壞燃燒四面體?；饒霏h(huán)境中消耗的熱量值會隨著該滅火劑的增加而增加。這會導(dǎo)致燃燒區(qū)冷卻下，并將低到火焰熄滅的溫度點(diǎn)。其在相對密閉的空間內(nèi)釋放能夠稀釋空氣中的氧氣，起到窒息作用，從而達(dá)到更好的滅火效果。在實(shí)際應(yīng)用過程中滅火效率高，速度快，而且不復(fù)燃，滅火所要的藥劑量較少，便于儲存。另一方面，其滅火劑量范圍內(nèi)無毒性的特點(diǎn)適用于有人員出入的機(jī)車內(nèi)部環(huán)境是良好的機(jī)車火災(zāi)滅火劑。

全氟己酮清潔液體滅火劑具有優(yōu)異的滅火性能，其滅火濃度A類火的滅火濃度為3.5%，B類火的滅火濃度為4.5%，最為接近哈龍滅火劑的性能，安全系數(shù)高。全氟己酮清潔液體滅火劑能撲救A、B、C、E類火災(zāi)，不導(dǎo)電，噴射后迅速氣化，無殘留。與哈龍滅火劑及其替代品滅火性能的對比如下表1所示。全氟己酮清潔液體滅火劑與哈龍1301及部分替代品的滅火濃度比較。

表1 滅火劑滅火濃度對比

（1）確定保護(hù)區(qū)的容積。根據(jù)模型測量估算保護(hù)區(qū)域容積為電氣間尺寸為15m(長)×2.9m(寬)×2.2m(高)。（2）確定滅火劑設(shè)計(jì)濃度。根據(jù)整車情況，按照A類和E類火災(zāi)計(jì)算，滅火濃度取5.9%。（3）設(shè)計(jì)滅火劑噴放時(shí)間和抑制時(shí)間。依據(jù)有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，管網(wǎng)噴射時(shí)間應(yīng)小于10s，計(jì)算時(shí)按照6～8s將全氟己酮噴凈，抑制時(shí)間大于10min，設(shè)計(jì)壓力為3.45MPa。（4）保護(hù)區(qū)域全部施加滅火一次所需的滅火劑鋼瓶規(guī)格及數(shù)量。滅火劑的最大充裝密度取0.816kg/L；貯液瓶為24.5L，選用兩個(gè)鋼瓶，每瓶充裝量為23kg，總劑量為46kg。

4 結(jié)語

該項(xiàng)目實(shí)施后，不但可滿足人們對于機(jī)車火災(zāi)消防安全需求，并且該項(xiàng)目通過對SS4B電力機(jī)車安全的實(shí)時(shí)防控，實(shí)現(xiàn)對機(jī)車消防安全的預(yù)警、預(yù)報(bào)和自動滅火，大大提升機(jī)車消防安全保障能力，有效預(yù)防機(jī)車火災(zāi)安全隱患，降低火災(zāi)發(fā)生的概率，減少火災(zāi)事故帶來的危害，具有良好的安全效益，進(jìn)而達(dá)到降低管理成本的目的。