高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在柴油發(fā)電機(jī)房的應(yīng)用研究

劉剛 陳鐵利

作者簡(jiǎn)介：

劉剛（1971- ），男，漢族，吉林梨樹人，本科，研究方向：給排水工程。

摘要：

分析柴油發(fā)電機(jī)房的火災(zāi)特性，對(duì)現(xiàn)有的氣體滅火系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)和高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)進(jìn)行比較。以某工程為例，介紹高壓細(xì)水霧在柴油發(fā)電機(jī)房的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)電機(jī)房；氣體滅火系統(tǒng)；水噴霧滅火系統(tǒng)；高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

引言

現(xiàn)代超高層建筑內(nèi)可燃物多，火災(zāi)危險(xiǎn)性大，疏散困難，設(shè)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、水滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、消防電梯等諸多與消防有關(guān)的電氣設(shè)備。為了確保消防系統(tǒng)在火災(zāi)狀態(tài)下能夠可靠運(yùn)作，需要有可靠的電源，除規(guī)范規(guī)定的市政供電外，一般均設(shè)有柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源。柴油是閃點(diǎn)為65℃的丙類液體，具有較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性，一旦發(fā)生火災(zāi)，將會(huì)對(duì)大樓消防應(yīng)急供電產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因而迅速撲滅發(fā)電機(jī)房的初期火災(zāi)尤為重要。柴油發(fā)電機(jī)房的火災(zāi)主要是柴油火災(zāi)，其次是發(fā)電機(jī)和電纜火災(zāi)，兼有液體火災(zāi)和電氣火災(zāi)的特點(diǎn)。因此，應(yīng)選擇可撲滅液體火災(zāi)和電氣火災(zāi)的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

一、高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的防火特點(diǎn)

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是目前較為先進(jìn)、常見的滅火技術(shù)之一，在感應(yīng)到火災(zāi)后會(huì)快速輸出一定的霧化水液體，高速噴灑、降溫，可以在短時(shí)間內(nèi)控制火勢(shì)演變，阻止火苗擴(kuò)散。高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)采用高速噴射的霧化水流，能夠?qū)⑺肿訃娚渲粱鹪粗腥?，形成?xì)水，在微小尺度上吸收熱量，從而迅速滅火。與傳統(tǒng)蒸發(fā)滅火相比，高壓細(xì)霧滅火法消耗少量水源，不會(huì)破壞房?jī)?nèi)重要設(shè)備，防止二次爆炸的發(fā)生[1]。因此，在柴油發(fā)電機(jī)房的防火中，采用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)可以大幅度提高滅火效率，減少火災(zāi)損失，同時(shí)可顯著提高柴油發(fā)電機(jī)房環(huán)境安全的可控性，保證機(jī)房運(yùn)行與日常管理安全、可靠。

二、柴油發(fā)電機(jī)房自動(dòng)滅火系統(tǒng)選用基本要求

根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)房的火災(zāi)特點(diǎn)和保護(hù)對(duì)象特性，選用的自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點(diǎn)。

（一）滅火可靠及時(shí)性

柴油發(fā)電機(jī)是建筑的消防應(yīng)急電源，如果其出現(xiàn)了火災(zāi)事故，大樓內(nèi)的消防應(yīng)急供電將會(huì)受到很大不利影響，因此在初期及時(shí)將發(fā)電機(jī)房火災(zāi)撲滅至關(guān)重要。為達(dá)到這一目標(biāo)，滅火系統(tǒng)一定要具備及時(shí)性和可靠性特征。

（二）良好的電氣絕緣性

在柴油發(fā)電機(jī)房中，柴油火災(zāi)是最主要的類型，其次為發(fā)電機(jī)失火和電纜失火。因此要求滅火系統(tǒng)具有良好的電氣絕緣性，噴放后不影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

（三）對(duì)電氣設(shè)備的安全性

柴油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)電氣設(shè)備價(jià)格昂貴，對(duì)水漬較敏感，應(yīng)盡量選用水漬小、無(wú)腐蝕性的滅火劑[2]。

三、柴油發(fā)電機(jī)房自動(dòng)滅火系統(tǒng)比選

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016-2014（2018版）第5.4.13條的條文說(shuō)明：在柴油發(fā)電機(jī)房中，其滅火系統(tǒng)需要按發(fā)電機(jī)組的實(shí)際規(guī)格、數(shù)量及其用途等來(lái)進(jìn)行合理選擇，一般可采用細(xì)水霧系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)以及氣體滅火系統(tǒng)等，這些均為自動(dòng)化滅火系統(tǒng)。

（一）氣體滅火系統(tǒng)

氣體滅火系統(tǒng)種類繁多，目前最常用的是FM200和IG541氣體滅火系統(tǒng)，可以有效控制發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)的油類和電氣類火災(zāi)。氣體滅火系統(tǒng)對(duì)防護(hù)區(qū)的密閉性要求很高，否則容易引起滅火失敗。根據(jù)美國(guó)FM公司的氣體滅火研究發(fā)現(xiàn)，在通過(guò)CO2以及HALON等系統(tǒng)對(duì)汽輪機(jī)實(shí)施氣體滅火時(shí)，其失效概率可達(dá)到49%，而其中37%的滅火失效原因是門窗等孔洞導(dǎo)致滅火介質(zhì)泄漏。柴油發(fā)電機(jī)房必須有進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口，不能保證防護(hù)區(qū)的密閉性。此外，氣體滅火系統(tǒng)不能重復(fù)啟動(dòng)，無(wú)法應(yīng)對(duì)復(fù)燃火。

（二）水噴霧滅火系統(tǒng)

目前，柴油發(fā)電機(jī)房應(yīng)用最多的自動(dòng)滅火系統(tǒng)是水噴霧系統(tǒng)。水噴霧滅火系統(tǒng)是一種局部滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要使水霧噴頭噴出1mm以內(nèi)粒徑的霧滴，以此來(lái)達(dá)到滅火效果。其滅火機(jī)理主要表現(xiàn)為表面冷卻、窒息、乳化和稀釋。此種滅火系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)包括滅火效率高、安全可靠和經(jīng)濟(jì)實(shí)用等。憑借著這些優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)在柴油發(fā)電機(jī)房中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。雖然該系統(tǒng)對(duì)機(jī)組的控火、滅火有效，但是水噴霧噴頭只安裝于機(jī)組部位，對(duì)發(fā)生的流淌火或者電氣類火災(zāi)，則無(wú)能為力[3]。

（三）高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要將水用作滅火介質(zhì)，借助于特定壓力作用使特殊噴頭將細(xì)小的水滴噴出，以此來(lái)達(dá)到滅火效果。此種滅火系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)、高效、適用面廣等特點(diǎn)，在地鐵軌行區(qū)、電氣設(shè)備用房、煙草庫(kù)房、檔案庫(kù)房、圖書館、變電站、數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)所獲得廣泛應(yīng)用。自七氟丙烷以及IG514稀有氣體滅火系統(tǒng)應(yīng)用以來(lái)，該系統(tǒng)屬于另一種高效的新型自動(dòng)化滅火系統(tǒng)，同時(shí)也是目前國(guó)際上比較先進(jìn)的一種綠色化滅火系統(tǒng)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，此種滅火系統(tǒng)在柴油發(fā)電機(jī)房采用開式全淹沒(méi)系統(tǒng)或局部應(yīng)用系統(tǒng)，因此可以對(duì)區(qū)域內(nèi)的發(fā)電機(jī)組、電纜等所有設(shè)施進(jìn)行保護(hù)。

1.汽化吸熱降溫作用。因霧滴具有較小粒徑、較大表面積和表面換熱系數(shù)，所以在環(huán)境升溫時(shí)，霧滴將會(huì)立即汽化。因水在汽化過(guò)程中具有很大潛熱，通常可達(dá)2257kJ/kg，較水升溫吸熱量（384kJ/kg）高很多，所以這一過(guò)程可將大量熱量吸收，從而實(shí)現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度快速降低，使現(xiàn)場(chǎng)人員和設(shè)備得到良好保護(hù)[4]。

2.隔絕氧氣窒息作用。水霧吸熱后體積迅速膨脹，可擴(kuò)大1700多倍。據(jù)計(jì)算，在空間為30m2的條件下，如果5L水全部汽化，便可形成2.78*104Pa的蒸汽壓力，其氧氣壓力將會(huì)降低至1.48*104Pa，氧氣含量將會(huì)從21%下降到15.05%。這樣便可使氧氣得到良好隔離，從而達(dá)到良好的滅火效果。

3.隔絕熱輻射作用。具體應(yīng)用時(shí)，細(xì)水霧可將輻射熱屏蔽，降低周邊物體溫度，并阻止火災(zāi)進(jìn)一步擴(kuò)散，對(duì)火災(zāi)起遮擋作用。高壓細(xì)水霧滅火隔絕熱輻射機(jī)理，在于系統(tǒng)可將水霧化成微小且分散的離子，這些離子可快速吸收周圍環(huán)境中的熱量，形成了一層以水霧“隔熱罩”，從而有效隔絕熱輻射，進(jìn)一步阻止火災(zāi)蔓延，使火勢(shì)得到控制。

4.高壓細(xì)水霧的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。滅火性能高：高壓細(xì)水霧可以高效吸熱、稀釋含氧量、快速降溫、隔絕輻射熱，比水噴霧滅火系統(tǒng)的滅火性能更好，比氣體滅火系統(tǒng)的可靠性更高。用水量少：高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)用水量（1L/min·m2）為水噴霧滅火系統(tǒng)（20L/min·m2）用水量的1/20，減少消防用水量。有良好的電氣絕緣性：高壓細(xì)水霧的霧滴直徑小，質(zhì)量輕，因而可長(zhǎng)期懸浮在空氣中，絕大部分霧滴受熱蒸發(fā)，灑落到設(shè)備上的水滴少而且不連續(xù)，因此具有良好的電氣絕緣性，不會(huì)影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。綠色環(huán)保、節(jié)能減排、占地面積?。焊邏杭?xì)水霧滅火系統(tǒng)的管徑細(xì)，重量輕，易于敷設(shè)，占用空間少；其滅火介質(zhì)為水，無(wú)污染，也無(wú)溫室效應(yīng)等環(huán)境問(wèn)題，滅火后現(xiàn)場(chǎng)易于清理；多個(gè)保護(hù)系統(tǒng)可以共用一套高壓細(xì)水霧泵組，泵組占地面積小[5]。

5.柴油發(fā)電機(jī)房自動(dòng)滅火系統(tǒng)技術(shù)對(duì)比。通過(guò)前文描述，總結(jié)氣體滅火系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)、高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)應(yīng)用于柴油發(fā)電機(jī)房的技術(shù)性能比較如下：

比較項(xiàng)目IG541水噴霧高壓細(xì)水霧

滅火可靠性低高高

電氣絕緣性好一般好

水漬無(wú)稍大極小

通過(guò)該表可以看出，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是三者之中應(yīng)用于柴油發(fā)電機(jī)房最為理想的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

四、柴油發(fā)電機(jī)房工程應(yīng)用案例

（一）工程概況

某圖書館用地面積約3公頃，總建筑面積6萬(wàn)平方米，藏書容量約200萬(wàn)冊(cè)。分為地下兩層和地上六層，建筑總高36m，柴油發(fā)電機(jī)房位于地下一層。

（二）系統(tǒng)選型

在柴油發(fā)電機(jī)房的防火工作中，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是一種十分有效的措施，但不同系統(tǒng)選型會(huì)對(duì)滅火效果和設(shè)備使用情況產(chǎn)生影響。在細(xì)水霧滅火系統(tǒng)選型上，主要有以下幾種類型。開式單噴頭式系統(tǒng)：適用于局部應(yīng)用。安裝方便，價(jià)格便宜，可以在較小空間內(nèi)有效控制火勢(shì)，但達(dá)不到全面淹沒(méi)區(qū)域的控制效果。開式多噴頭式系統(tǒng)：適用于中等火場(chǎng)。具有較高的敏感度和精確度，在較大區(qū)域內(nèi)均可以實(shí)現(xiàn)深度滅火，但需要更多的水源和管線分配，成本較高。密閉式多噴頭式系統(tǒng)：適用于較大火場(chǎng)，既能夠有效控制火焰蔓延，同時(shí)也可以解決有毒氣體，具有固定滅火劑貯存和防爆措施等優(yōu)點(diǎn)。開式全淹沒(méi)式：適用于大型火場(chǎng)。可以在不停電的情況下投入使用，整體裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單靈活，能夠全面控制火勢(shì)，對(duì)室內(nèi)空氣不會(huì)產(chǎn)生影響，同時(shí)可以降低設(shè)備損害和維護(hù)成本，并且能夠最大程度上減少水的使用量。由于其效果好，操作簡(jiǎn)易，因此在柴油發(fā)電機(jī)房的選型中被廣泛采用。

因本工程地下一層的柴油發(fā)電機(jī)房和日用油箱間保護(hù)空間層高低、體積小，采用開式全淹沒(méi)應(yīng)用系統(tǒng)。同時(shí)，開式全淹沒(méi)應(yīng)用系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用了先進(jìn)的技術(shù)，擁有獨(dú)特的淹沒(méi)式設(shè)計(jì)，將霧化水液體塑造為整體，對(duì)于地下柴油發(fā)電機(jī)房火場(chǎng)中的空間可進(jìn)行全面淹沒(méi)，形成了高度完整的滅火保護(hù)罩層，能夠快速降溫火焰源，中和燃燒產(chǎn)生的有毒氣體，從根源上防止火勢(shì)發(fā)展，有效保護(hù)機(jī)房設(shè)備[6]。

（三）噴頭選型

根據(jù)《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB50898-2013表3.4.4要求，噴頭的工作壓力為10MPa，柴油發(fā)電機(jī)房最小噴霧強(qiáng)度為1.0L/min.m2，噴頭的最大布置間距為3m，選擇流量系數(shù)k=0.95，流量q=9.5L/min的高壓細(xì)水霧開式噴頭。開式噴頭貼天花板布置，布置間距不大于3m，不小于1.5m。

（四）系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)的主要組成部分包括細(xì)水霧泵組、開式高壓細(xì)水霧噴頭、開式高壓細(xì)水霧分區(qū)控制閥組、火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)以及連接管道等。其中細(xì)水霧高壓泵組最為重要，主要組成部分包括穩(wěn)壓泵、主泵、過(guò)濾器、調(diào)節(jié)水箱、泵控制柜以及補(bǔ)水裝置等。

（五）控制方式

在平時(shí)工況下，泵組出口至分區(qū)控制閥管網(wǎng)內(nèi)有水，利用穩(wěn)壓泵維持最不利點(diǎn)處1.2MPa壓力，分區(qū)控制閥至噴頭的管網(wǎng)內(nèi)無(wú)水，保護(hù)區(qū)內(nèi)管網(wǎng)無(wú)水壓力。當(dāng)管網(wǎng)內(nèi)壓力低于穩(wěn)壓泵的設(shè)定啟動(dòng)壓力時(shí)，穩(wěn)壓泵啟動(dòng)，在穩(wěn)壓泵運(yùn)行時(shí)間達(dá)到10s以上后，如果其壓力依然達(dá)不到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)穩(wěn)壓泵將會(huì)停止，主泵將會(huì)啟動(dòng)，該系統(tǒng)的主要控制模式有三種。自動(dòng)控制：在滅火分區(qū)里的一路探測(cè)器發(fā)出報(bào)警之后，PAS系統(tǒng)會(huì)將警鈴聯(lián)動(dòng)開啟；在兩路探測(cè)器對(duì)火災(zāi)做出確認(rèn)后，PAS系統(tǒng)會(huì)將聲光報(bào)警器聯(lián)動(dòng)開啟，并將相應(yīng)分區(qū)內(nèi)的控制閥打開，將水及時(shí)供給區(qū)域內(nèi)的配水管。壓力開關(guān)會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的噴放信號(hào)做出反饋，并將噴霧指示燈聯(lián)動(dòng)開啟。手動(dòng)控制：若現(xiàn)場(chǎng)人員確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)但是自動(dòng)控制并未做出動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)人員可將火災(zāi)區(qū)域控制閥上的手動(dòng)開啟按鈕按下，以此來(lái)控制系統(tǒng)啟動(dòng)。應(yīng)急操作：在自動(dòng)和手動(dòng)控制同時(shí)失效的情況下，現(xiàn)場(chǎng)人員可操作控制閥上的手柄，從而將控制閥打開，使系統(tǒng)啟動(dòng)[7]。

結(jié)語(yǔ)

柴油發(fā)電機(jī)是現(xiàn)代建筑中最常用的消防備用電源，是市政供電斷電后維持建筑中消防設(shè)施可靠運(yùn)行的保障，關(guān)系到建筑內(nèi)人員生命和財(cái)產(chǎn)安全[8]。高壓細(xì)水霧具有滅火可靠性高、電氣絕緣性好、用水量少、水漬小等特點(diǎn)，相比氣體滅火系統(tǒng)和水噴霧滅火系統(tǒng)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是柴油發(fā)電機(jī)房理想的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

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