秦新民

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)應(yīng)用探討

秦新民

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

細(xì)水霧為鹵代烷滅火劑理想替代物,本文介紹了細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的現(xiàn)狀、滅火機(jī)理、特點(diǎn)、分類、應(yīng)用范圍及在工程中應(yīng)用的設(shè)計計算。

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)；滅火機(jī)理；應(yīng)用范圍；設(shè)計

由于鹵代烷滅火劑對臭氧層的破壞,2012年在全球范圍內(nèi)已被全面禁用，因而尋找鹵代烷滅火劑理想替代物的工作已是刻不容緩。人們對于新一代滅火劑的要求是：清潔、高效、安全、穩(wěn)定。而細(xì)水霧滅火技術(shù)以其節(jié)水、高效、對保護(hù)區(qū)域損害小的特點(diǎn),自20世紀(jì)90年代開始受到人們的廣泛關(guān)注。細(xì)水霧為在最小工作壓力下,經(jīng)噴頭噴出并在噴頭軸線向下1.0 m處的平面上形成的霧滴直徑DV0.5＜200 μm、DV0.99＜400 μm的水霧[1-3]。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)則是一種以水為介質(zhì),采用特殊噴頭在特定的工作壓力下噴灑細(xì)水霧進(jìn)行滅火、抑火和控火的固定式滅火裝置,該系統(tǒng)憑借其滅火高效、適用范圍廣、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),不僅成為理想的鹵代烷滅火劑替代物，在取代二氧化碳、七氟丙烷等溫室氣體方面也發(fā)揮著日益重要的作用。

1 細(xì)水霧的滅火機(jī)理和特點(diǎn)

1.1 滅火機(jī)理

1)表面冷卻：細(xì)水霧霧滴直徑很小,霧滴一般在400 μm以下,比表面積大,有利于吸收熱能,受熱后易于汽化,在氣液相態(tài)變化過程中從燃燒物質(zhì)表面吸收大量的熱量,使火場溫度驟降,達(dá)到滅火的目的。

2)窒息作用：細(xì)水霧噴入火場后,霧滴在受熱后汽化形成原體積1 700倍的水蒸氣,迅速地排斥火場的空氣,在燃燒物質(zhì)周圍形成一道屏障阻隔新鮮空氣的進(jìn)入,當(dāng)火場氧的濃度降低至不能燃燒的程度,火焰被窒息熄滅,達(dá)到滅火的目的。

3)阻隔輻射熱：細(xì)水霧噴入火場后,細(xì)水霧及形成的水蒸氣迅速將燃燒物火焰和煙羽籠罩,有效地阻隔火焰的輻射熱,抑制輻射熱引燃周圍其它物品,達(dá)到防止火焰蔓延的目的。

4)浸濕作用：顆粒大的霧滴會沖擊到燃燒物的表面,從而使燃燒物得到浸濕,阻止固體進(jìn)一步產(chǎn)生揮發(fā)可燃?xì)怏w。

1.2 滅火特點(diǎn)

1)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的滅火機(jī)理與水噴霧滅火系統(tǒng)類似,但兩者還有一定的區(qū)別：（1）細(xì)水霧系統(tǒng)高度霧化的結(jié)果是提高水的利用率,大幅減少水的用量,更適用于需要避免水漬損失的場所;而且細(xì)水霧還具有一定的降塵、除煙的作用。（2）采用細(xì)水霧撲救油類火災(zāi)時,既不會振動液面,使其飛濺,也不容易發(fā)生復(fù)燃現(xiàn)象,其滅火效果比水噴霧理想。

2)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)與自動噴水滅火系統(tǒng)相比較,具有以下幾個方面的特點(diǎn)：（1）保護(hù)對象主要為火災(zāi)危險大、撲救難度大、對水漬損失要求高的設(shè)施或設(shè)備。（2）擴(kuò)展了水系統(tǒng)滅火的范圍,使得水可以撲救固體、液體、氣體、電氣等場所的火災(zāi)。（3）減少了水的用量,提高了滅火效率和水的利用率。（4）擴(kuò)展了應(yīng)用領(lǐng)域，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)不僅可用于滅火，還可以用于控火、防護(hù)冷卻、洗滌煙霧和毒氣。

由于具備以上特點(diǎn),歐洲等發(fā)達(dá)國家已開始用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)替代自動噴水滅火系統(tǒng)和氣體滅火系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)分類

細(xì)水霧系統(tǒng)可按水霧粒徑、系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)介質(zhì)、系統(tǒng)計算、保護(hù)空間、供水方式進(jìn)行分類。

2.1 按細(xì)水粒徑分類

根據(jù)NFPA750(美國消防協(xié)會細(xì)水霧消防系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)),細(xì)水霧分為3級(圖1):第1級細(xì)水霧為DV0.1= 100 μm與DV0.9=200 μm連線的左側(cè)部分,為最細(xì)的細(xì)水霧;第2級細(xì)水霧為第1級細(xì)水霧右側(cè)與DV0.1= 200 μm、DV0.9=400 μm連線之間的部分;第3級細(xì)水霧為第2級細(xì)水霧右側(cè)至DV0.99=1 000 μm之間的部分。根據(jù)擬頒布的國家《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，細(xì)水霧的最大霧滴尺寸為噴頭軸線向下1.0 m處的平面上形成的霧滴直徑DV0.5＜200 μm、DV0.99＜400 μm的水霧。

2.2 按系統(tǒng)壓力分類

按系統(tǒng)壓力可分為以下幾種類型:1)系統(tǒng)壓力低于1.21 MPa的為低壓細(xì)水霧系統(tǒng);2)系統(tǒng)壓力在1.21～3.45 MPa之間的為中壓細(xì)水霧系統(tǒng);3)系統(tǒng)壓力＞3.45 MPa的為高壓細(xì)水霧系統(tǒng)。

圖1 細(xì)水霧粒徑分區(qū)

2.3 按介質(zhì)分類

介質(zhì)分類:1)單介質(zhì)系統(tǒng),滅火介質(zhì)為單一介質(zhì)水。2)雙介質(zhì)系統(tǒng),除使用水作為滅火介質(zhì)外，還使用了空氣、氮?dú)獾榷栊越橘|(zhì)作為第二介質(zhì)。兩種介質(zhì)用分別由不同的管道或在同一根管道內(nèi)輸送到噴頭,產(chǎn)生更細(xì)的水滴,以達(dá)到更好的滅火效果。

2.4 按系統(tǒng)計算分類

按系統(tǒng)計算分類:1)預(yù)制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)備配置和管道系統(tǒng)均在工廠中設(shè)計和調(diào)試好,并通過認(rèn)證,設(shè)計人員根據(jù)認(rèn)證的設(shè)計參數(shù),把設(shè)備和噴頭布置于合適位置。2)工程系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)備配置和系統(tǒng)管道經(jīng)過設(shè)計人員具體設(shè)計計算得出,并在施工現(xiàn)場具體安裝調(diào)試。這種系統(tǒng)僅有設(shè)備和噴頭單體認(rèn)證,沒有經(jīng)過系統(tǒng)認(rèn)證,系統(tǒng)的可靠性依據(jù)設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)備的可靠性確定。

2.5 按保護(hù)空間分類

按保護(hù)空間分類:1)全淹沒系統(tǒng)為向整個防護(hù)區(qū)內(nèi)噴放細(xì)水霧,保護(hù)其內(nèi)部所有防護(hù)對象。2)局部應(yīng)用系統(tǒng)為直接向防護(hù)對象噴放細(xì)水霧,保護(hù)空間內(nèi)某具體防護(hù)對象。3)區(qū)域應(yīng)用系統(tǒng)為向防護(hù)區(qū)局部區(qū)域噴放細(xì)水霧,保護(hù)其內(nèi)部所有防護(hù)對象。

2.6 按供水方式分類

按供水方式分類:1)瓶組式供水系統(tǒng)由儲水瓶或罐儲水,由惰性壓縮氣體作為動力把水供應(yīng)到系統(tǒng)并使水霧化滅火的系統(tǒng)。2)泵組式供水系統(tǒng)以柴油機(jī)或電機(jī)為動力源,由柱塞泵或離心泵等把水供應(yīng)到系統(tǒng)并使水霧化滅火的系統(tǒng)。3)聯(lián)合式供水系統(tǒng)為增加系統(tǒng)的可靠性，采用瓶組式與泵組式系統(tǒng)一用一備雙水源。

3 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)可用于撲滅固體物質(zhì)火災(zāi)(A類火災(zāi))、液體火災(zāi)或可熔化固體火災(zāi)(B類火災(zāi))、氣體火災(zāi)(C類火災(zāi))、帶電物體燃燒的火災(zāi)(E類火災(zāi))、人員密集性場所的火災(zāi),以及防火隔斷玻璃的冷卻保護(hù),廣泛適用于計算機(jī)房、通訊機(jī)房、控制室、貴重設(shè)備室、圖書館、檔案庫、配電房、發(fā)電機(jī)房、油浸變壓器室、變電室、除塵設(shè)備、噴漆生產(chǎn)線等場所或設(shè)備的消防保護(hù),以及船舶機(jī)艙中柴油發(fā)動機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、燃油鍋爐、燃油裝置等設(shè)備的消防保護(hù)。但細(xì)水霧系統(tǒng)不能應(yīng)用于有遇水即發(fā)生反應(yīng)、爆炸或會產(chǎn)生大量有害物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)等材料的場所,如鋰、鈉、鉀、鎂、鈦、鋯、鈾等金屬或其化合物，也不能直接應(yīng)用于有低溫液化氣體的場合(如液化天然氣)[4-6]。

4 系統(tǒng)設(shè)計

4.1 系統(tǒng)選擇

細(xì)水霧系統(tǒng)與水噴淋、水噴霧系統(tǒng)不同,迄今還沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),也沒有通用的設(shè)計方法,設(shè)計時首先應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行正確的選擇,選擇依據(jù)參考表1。

表1 系統(tǒng)選擇

4.2 設(shè)計參數(shù)

1)閉式系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)體火災(zāi)模擬試驗(yàn)結(jié)果（表2）確定。

2)開式全淹沒系統(tǒng)和區(qū)域應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)體火災(zāi)模擬試驗(yàn)結(jié)果確定,可以根據(jù)表3、表4確定。

表2 閉式系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

表3 開式全淹沒（區(qū)域）系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)（中、低壓系統(tǒng)）

表4 開式全淹沒（區(qū)域）系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)（高壓系統(tǒng)）

兩個或兩個以上的防護(hù)區(qū)應(yīng)采用組合分配系統(tǒng),系統(tǒng)的儲水量應(yīng)不小于最大一個防護(hù)區(qū)或保護(hù)對象所需的用水量;瓶組式系統(tǒng)的防護(hù)區(qū)或保護(hù)對象不應(yīng)超過8個,當(dāng)超過8個時應(yīng)增設(shè)系統(tǒng);泵組式系統(tǒng)可不受8個防護(hù)區(qū)的限制[6]。

4.3 水力計算

1)低壓管道水頭損失應(yīng)按下式計算：

式中：Q為管段的設(shè)計流量,L/min;Pf為管道的總水頭損失,MPa;C為管道摩阻系數(shù);L為管道計算長度(含當(dāng)量長度),m;d為管道內(nèi)徑,mm。

2)中、高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的管道水頭損失應(yīng)按下式計算：

式中：f為摩阻系數(shù),MPa/m;ρ為水的密度,kg/m3;Re為雷諾數(shù);μ為水的絕對粘度系數(shù);Δ為管道相對粗糙度;ε為管道粗糙度,mm。

3)噴頭的設(shè)計流量

式中：q為噴頭設(shè)計流量,L/min;K為噴頭的流量系數(shù),L/(min·MPa1/2);P為噴頭的工作壓力,MPa。

4)系統(tǒng)水箱或貯水容器的設(shè)計所需有效容積：

V=QS·t

式中：V為水箱或貯水容器的設(shè)計所需有效容積,L;t為系統(tǒng)的設(shè)計噴霧時間,min。

5 結(jié)束語

作為一種新型環(huán)保、安全的滅火系統(tǒng),細(xì)水霧滅火系統(tǒng)有待于不斷發(fā)展和完善,需要不斷引進(jìn)和開發(fā)新技術(shù)、新材料、新設(shè)備,將成熟、先進(jìn)的相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用到系統(tǒng)中。隨著細(xì)水霧滅火技術(shù)的日益成熟和國家《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的頒布,該技術(shù)將廣泛應(yīng)用于工程實(shí)際之中。

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司,中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施：給水排水[M].北京:中國計劃出版社,2009.

[2] 中國建筑設(shè)計研究院.建筑給水排水設(shè)計手冊:上冊[M].2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[3] 核工業(yè)部第二設(shè)計研究院.給水排水設(shè)計手冊:第2冊建筑給水排水[M].3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[4]GB 50016-2006,建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].

[5]GB 50219-95,水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].

[6]DA/T45-2009,檔案館高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].

Discussion on Application of Water Mist Fire Extinguishing System

QIN Xinmin
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Water mist is an ideal halon extinguishing agent replacement;the paper introduces present situation,fire extinguishing mechanism,characteristic,classification and application range of water mist fire extinguishing system and design calculation applied in engineering.

water mist fire extinguishing system;fire extinguishing mechanism;application range;design

TU998.13+2

B

1004-4345(2015)01-0044-04

2014-10-11

秦新民(1965—),男,教授級高級工程師,主要從事給排水設(shè)計研究工作。