高压细水雾系统在地铁中的应用

【慧聪消防网】摘要：城市轨道交通中的地铁和轻轨等公共客运系统在许多大城市得到建设和发展，其具有运量大、涉及面广的特点。一旦发生火灾，将造成不可挽回的经济损失和社会影响。在国家要求构建和谐社会及提倡科技创新的背景下，需要加大地铁服务质量，提高地铁的安全性。此文除阐述细水雾灭火系统在地铁中的应用所具备的条件和要求外，还根据实践经验做了与其它灭火系统的比较，分析了应用中存在的问题并提出了解决办法，论证了该系统既高效又节能，且适用于地铁发展。

关键词：细水雾；灭火系统；地铁；应用

城市轨道交通中的地铁和轻轨等公共客运系统，由于具有大运量、高效率、低污染等优势，并且随着经济和人口的高速增长，地铁和轻轨在城市的建设和发展中将越来越受到重视。目前国内已经建成或正在建设地铁和轻轨的城市有北京、上海、广州、天津、深圳、南京、武汉、沈阳、哈尔滨等。轨道交通是一项综合交通运输系统，涉及专业多，技术复杂，因此，系统的安全及可靠性非常重要，尤其是设置火灾的预防和扑救系统。防止火灾发生及蔓延尤为重要。

细水雾灭火系统是一项预防扑救火灾的新技术，在国外大型工程项目及地铁中应用较广。在国内上海地铁部分线路也得到应用。但是国内大部分地铁仍然在使用七氟丙烷(HFC一227ea)或者惰性气体(IG541)气体灭火系统保护车站控制室、通信、信号机械室、变配电室等重要电气设备房间。但由于气体灭火剂价格昂贵，容易泄露，工程建设投资和运营费用较高，另外系统误喷后也会对人员和环境产生不利影响。因此，在环保日益受到重视的今天，有必要探寻一种既符合环保要求，又节约投资和水资源的新型灭火系统。

1.细水雾系统及灭火原理

细水雾灭火技术始于20世纪50年代中期。早期的研究主要集中在灭火机理和水滴粒径参数的优化。由于在同一时期高效灭火剂哈龙1211和1301的出现，使得细水雾灭火技术的研究被搁浅了下来。直到80年代，卤代烷灭火剂对大气臭氧层有破坏作用逐渐引起人们的重视。1987年《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》签署之后，细水雾灭火技术作为哈龙的主要替代技术之一，得到各界的广泛关注和青睐，重新成为研究的热点。进入20世纪90年代，细水雾技术得到了飞跃性的发展。目前全世界有近50家机构在研究、开发细水雾灭火技术。已有实践表明，细水雾灭火系统有能力替代哈龙灭火系统，并且为一些传统灭火技术不能应用的场所提供新型的消防保护。

其中，细水雾系统全室应用（total compartment application）方式与气体灭火系统全淹没方式是不同的。对于气体灭火系统，由于气体灭火剂的弥散特性，要求将它充满封闭空间的任何部位，即该空间100%地充满灭火剂。细水雾灭火系统，在这种应用条件下的灭火主要是依靠水蒸发吸热，冷却和惰化火灾环境。随着房间空间尺寸、开口大小和火灾规模的不同，灭火时间会有所不同。

分区应用通常是为了降低全淹没系统的用水量而将室内分区保护，灭火主要是由于气相冷却或将燃料润湿，以及冷却和惰化火灾环境。

局部应用主要针对保护对象个体进行防护的，细水雾直接对保护对象或着火部位喷射。灭火主要是由于表面冷却或将燃料润湿。

2.高压细水雾在地铁中的综合防灾作用

地铁内人员高度集中，保护人员生命安全是地铁防灾的第一要素。地铁灾害对人的危害主要通过四种效应，即烧伤、窒息、中毒和高温热辐射。这就要求地铁综合防灾技术必须具备降温、消毒和抑烟作用，同时能够提高能见度，有利于地铁人员疏散。

高压细水雾技术作为节能、环保、安全的“绿色灭火技术”，获得了国内外广泛共识和应用。已有研究表明，高压细水雾不仅具有高效的灭火降温能力，在除烟、消毒方面也具有很大潜力。基于此，同济安泰工程防灾研发中心针对地铁实际情况，对高压细水雾技术在地铁综合防灾中的应用开展了深入研究。

地铁运营中，一旦列车车厢发生突发灾害，原则上要求列车进入前方或后方站台后进行人员疏散。当列车停靠站台后，一旦打开车厢门以及与之对应的屏蔽门，高温、有害气体即会顺着逃生通道进入毗邻站台区域。在站台通风排烟不畅条件下，易引发灾害规模的迅速扩大，影响地铁人员安全逃生和维生。因此，需要在列车行车区与站台区设置主动防治措施（高压细水雾幕），控制灾害发展，如图1。

为验证上述地铁主动防灾概念设计，同济安泰工程防灾研发中心开展了实体地铁防灾试验，给出了两种试验工况下高压细水雾喷放前后地铁不同位置处的温度、有毒气体浓度及能见度的变化。对于工况1的准稳态试验条件，火源起火燃烧3min后，车厢门内、外烟气平均温度分别达到47.95℃和30.06℃，有毒烟气CO气体浓度为340.21ppm和130.5ppm，站台层2.0m高度处的能见度下降到14.491/km,已对车厢人员利用屏蔽门通道进行逃生构成了不利影响。高压细水雾喷放后，在站台靠近屏蔽门的通道位置处，2－3min内烟气温度即在细水雾的冷却作用下下降至环境温度，同时通过屏蔽门通道进入站台的烟气量大量减少，黑雾逐渐转变为白雾，平均能见度提高至2.591/km，烟气的毒性也得到大幅降低，有毒CO气体浓度约为29.22ppm，对人员逃生不构成威胁。在屏蔽门内的车厢一侧，尽管细水雾喷放后未对火源采用灭火措施，但在3－4min内车厢内的烟气温度在细水雾及其卷吸的外部环境空气的冷却作用下明显下降，尽管烟气量的生成量没有明显减少，但烟气中的有害颗粒物在雾滴的吸附作用下大幅度降低，黑雾逐渐转变为白雾，烟气的毒性也得到大幅降低，有毒CO气体浓度最大约为88.04ppm，提高了列车车厢内人员维生条件。

工况2考虑了实际地铁火灾的发生条件。试验假设列车在刚驶出前方站台后发生火灾，经过2-3min的区间运行段后驶入下一站台进行人员疏散，对应着不利疏散条件。高压细水雾系统则在列车进站同时打开，在列车厢与站台间形成一道水雾幕，分隔火灾烟气，降低火场温度。由于火源起火燃烧3min内，列车厢近似密闭空间，因此车厢内整体温度比试验1高，平均温度达到54.95℃，同时燃烧更加不充分，有毒烟气CO气体浓度达到1221.15ppm，车厢内维生条件恶劣。3min后打开车厢门，大量烟气立即通过屏蔽门通道进入到站台区，站台层温度迅速上升至31.19℃，有毒烟气CO气体浓度达到473.65ppm，同时站台能见度很快下降至15.001/km，整个试验区黑烟笼罩，对人员逃生构成极大威胁。高压细水雾喷放后，在站台靠近屏蔽门的通道位置处，2－3min内烟气温度即在细水雾的冷却作用下下降至环境温度，同时通过屏蔽门通道进入站台的烟气量也大量减少，黑雾逐渐转变为白雾，平均能见度提高至4.211/km，烟气的毒性也得到大幅降低，有毒CO气体浓度约为39.13ppm，对地铁人员安全逃生构成有力条件。在屏蔽门内的车厢一侧，尽管细水雾喷放后同样未对火源采用灭火措施，但在3－4min内车厢内的烟气温度在细水雾及其卷吸的外部环境空气的冷却作用下明显下降，尽管烟气量的生成量没有明显减少，但烟气中的有害颗粒物在雾滴的吸附作用下大幅度降低，黑雾逐渐转变为白雾，烟气的毒性也得到大幅降低，有毒CO气体浓度最大约为166.04ppm，大幅度程度上提高了列车车厢内人员维生能力。

综合以上研究结果，安装在地铁轨行区靠近屏蔽门一侧的高压细水雾系统具有良好的抑烟、防毒与降温功效。高压细水雾喷放形成的喷雾水幕，通过卷吸与吸附作用有效降低了地铁人员逃生路径上的有毒气体浓度与烟气温度，提高了站台能见度和火场氧浓度，增强了人员的维生条件和逃生能力，对灾害事故条件下保障地铁人员安全疏散具有重要的积极作用。

3.高压细水雾灭火系统与气体灭火系统的技术比较

在地铁的电气设备用房设置合适的灭火系统应达到控火或灭火的目的。系统的选择不仅应从安全角度考虑，还应追求以人为本的目的；既要灭火效率高，又要经济且对环境无影响。

(1)系统构成及灭火效果比较

细水雾灭火系统是由连接供水部件或同时供水及雾化介质的部件，并配备1个或多个喷头，能够喷放细水雾来控火、抑火和灭火的配水系统。可分为高、中、低压系统，开式、闭式系统，全淹没、分区保护或局部应用系统，泵组式或瓶组式系统。灭火介质为水，对保护对象通过高效吸热作用、窒息作用或阻隔辐射热作用，达到实施灭火、抑制及控制火灾、控温和降尘的多种方式保护。

气体灭火系统主要由灭火剂储瓶、驱动钢瓶、控制阀门、管网和喷嘴等部件组成。七氟丙烷灭火系统主要以化学抑制达到对保护对象的灭火目的；惰性气体(IG541)气体灭火系统对保护对象是以物理窒息灭火机理实施保护目的。惰性气体(IG541)灭火系统以惰性混合气体为灭火剂，七氟丙烷灭火系统以化学物质(CF2-CHF-CF3)为灭火剂，2种系统均为中高压系统。

细水雾灭火系统由于以水为灭火剂，所以取材方便、低廉，而其它气体灭火剂需要专业厂家的生产、采购，因此采购费用较高。另外，由于细水雾以冷却为主要灭火机理．灭火后不会复燃，在水源保证情况下，在尽可能短的时间内，可恢复补水，能够达到再次使用的目的：而其它气体灭火系统由于灭火剂都是由钢瓶储存的，所以只能要求一次扑灭火灾。

(2)环境保护方面的影响比较

七氟丙烷为卤代烷替代物，灭火过程中产生的分解物是弱酸性气体，排放到大气中会造成环境影响，产生温室效应。虽然惰性气体(IG541)气体由大气中自然存在的气体组成，无毒、无腐蚀性分解物产生，但是火灾时产生的烟气会对环境产生影响。

细水雾灭火技术作为哈龙主要替代技术之一，以水为灭火剂．是绝对的绿色环保产品，对人体和环境没有任何危害，另外还具有清洗烟雾中有毒成份及降尘的功能，有利于人员逃生，因此可以实现以人为本的设计理念。

(3)与相关专业接口的影响比较

地铁中与自动灭火系统关系密切的主要是防灾报警和环控通风专业，不论是细水雾还是其它气体灭火系统均要求设置完善的感温探测报警控制。

由于地铁的防护区设在地下，气体灭火系统在灭火后，防护区内会有有毒、有害气体存留，不能自动排出，必须打开排烟风机排出。另外，由于有害气体较重。一般集中在防护区下部，排烟风口也应该设在下部．这可能会影响到防护区的使用，从而必须增加建筑面积．细水雾灭火系统灭火后不会产生有害气体．因而不需火灾模式下单独排烟，但需在泵房设备房间内设置排水措施，一般情况下可充分利用地铁内的排水系统。

(4)营运管理方面的影响比较

4.气体灭火系统需要经过培训的专业人员进行维护管理

每月应对系统检查2次，每年应对系统进行2次全面检查，要定期对储气瓶进行称重，如果灭火剂净重小于设计的95％应再充装，运营管理费用比较高。细水雾灭火系统日常维护简单，费用较低。另外，气体灭火系统误喷后，可能造成人员伤亡．防护清理较慢，系统恢复需要重装储气瓶；细水雾灭火系统误喷后，误喷损失将大大降低，而且防护区容易清理，电气设备能很快恢复使用。

由上可见：

(1)、高压细水雾灭火系统设备间比气体设备间节省面积。

(2)、高压细水灭火系统管径小，系统设备、管道管件等部件为不锈钢材质，寿命可达至少50年且系统维护成本较低。而烟烙尽气体灭火系统管径大、药剂有效期一般为10年，生命周期内除需更新管道、管件外，高压气体如有泄漏还需重新充装药剂且系统维护成本较高。

(3)、高压细水雾灭火系统总投资要小于气体灭火系统总投资。

因此，从长期使用的角度看，与气体灭火系统相比高压细水雾灭火系统具有更高的使用价值和更低的年均成本。

5.高压细水雾系统在国内外地铁中的应用

从1996年开始，西班牙马德里地铁先后在6－10号线的82个地铁车站和集中了12条线的控制中心，75辆列车采用了高压细水雾灭火系统。

高压细水雾灭火系统在马德里地铁车站的保护对象主要包括：车控室、电气设备房、售票亭、扶梯下部、商铺等。根据被保护对象的不同，分别采用了开式系统和闭式系统。

6.结论

地铁作为人员高度密集的地下公共场所，运营安全关系国计民生。地铁现有消防设施防御突发灾害能力相对薄弱，迫切需要设置安全可靠、节能环保的消防系统应对各类突发灾害。高压细水雾灭火系统是继七氟丙烷、惰性气体(IG541)灭火系统之后的又一种新型高效的灭火系统，是一种既节约投资又环保的灭火系统，可以替代其它气体灭火系统在地铁的电气设备房间应用。高压细水雾具有良好的除烟、防毒与降温作用，能有效降低人员逃生路径上的有毒烟气浓度与温度，提高能见度，增强人员的维生条件和逃生能力，对保障地铁人员安全疏散具有重要的作用。高压细水雾用于地铁重要场所的保护已得到普遍认可和应用，它代表着地铁消防与防灾技术的发展方向。