細水霧滅火系統在城軌車輛上的應用設計

閆磊 祖健 王文健

細水霧滅火系統在城軌車輛上的應用設計

閆磊 祖健 王文健

細水霧滅火系統在火災初期即可進行準確探測，擁有比較完善有效的預防和滅火措施，及時采取安全措施可以防止火情擴大。介紹細水霧滅火系統在城軌車輛上的設計方案、工作原理，從設計方案上改善和提高城市軌道交通車輛的防火及滅火措施。

細水霧；城軌車輛；火災聯控裝置；氮氣瓶

0 引言

城市軌道交通作為快速運輸高密集乘客的交通運輸設備，運營的安全性關系國計民生。城市軌道交通車輛現有消防設施防御突發火災能力相對薄弱，迫切需要設置安全可靠、節能環保的消防系統應對各類突發火災。

城市軌道交通發生火災的時間和地點都具有不確定性，同時在火災發生初期具有很高的隱蔽性，不易察覺。一旦火災火勢過猛，達到了一定的危害程度和范圍時才能被發現，極易造成群死群傷、嚴重的經濟損失和重大的社會影響。有效控制火災發生概率、減小生命財產損失，最基本的途徑是在火災初期準確探測，并及時采取安全措施防止火情擴大。因此，城軌車輛設置細水霧滅火系統具有重大現實意義。

1 城軌車輛發生火災的主要起因

（1）電氣設備線路老化或短路。

（2）機械碰撞、摩擦引起的火花引燃易燃的裝修材料或其他化學物品。

（3）乘客吸煙時火星或隨便亂丟煙頭，或攜帶易燃、易爆物品。雖然地鐵運營管理要求禁止旅客攜帶易燃、易爆等危險品，但還是經常會有此類事故發生。

（4）人為故意縱火或恐怖襲擊。

2 細水霧滅火系統設計方案

細水霧不僅具有高效節水、安全環保的滅火功能，而且具備特殊的降煙、降溫、降毒功能。可快速隔離火源、對火災現場煙霧和有毒氣體進行有效降解和封堵；形成逃生通道，有利于人員疏散和保護消防隊員的生命安全。細水霧技術在不同場所實現的各種靈活應用，體現了“滅火效果、人身安全和環境保護”三位一體的發展思路。

2.1 細水霧滅火系統的功能要求

城軌車輛細水霧滅火系統作為車載的滅火系統對提高列車自防自救能力具有重要意義。考慮到城市軌道交通站站運行時間一般不超過3 min，因此選取滅火系統的持續作用時間為10 min，以滿足城市軌道交通列車的消防需求。消防系統的主要目的是該系統能夠極早發現火災并立即啟動細水霧系統進行滅火，行駛在兩站區間的城市軌道交通列車一旦發生火災，為使乘客能夠在下一站安全撤離，細水霧滅火系統能夠啟動10 min及時滅火或抑制火勢發展。同時避免火苗在個別地方熄滅后再次燃起，必須等待消防隊到達車站，細水霧系統控制火勢最長可保持20 min。

所設計的消防系統能夠實現下列功能：（1）出現火災（冒煙）時立即報警。（2）細水霧滅火系統啟動后能夠極大減小火源規模，10 min后消滅或抑制火源。（3）火源不擴散到主火區以外的其他地方（即不點燃另外一個位置）。（4）不形成黑煙、不形成有毒可燃煙氣，火源1 m之外的距離不提高溫度。

2.2 細水霧滅火系統方案的確定

城軌車輛采用瓶組式細水霧滅火系統，該方式是一種利用貯存在高壓氣瓶內的高壓氮氣為動力，將貯存在常壓容器內的水壓出，并將一部分氣體混入水流中，通過管道輸送到噴頭，從噴頭的噴嘴孔中高速噴出形成水霧的滅火系統。

以3節車廂為一個單元系統，單元內車廂之間管道由軟管連接，采用開式噴嘴保護的全淹沒滅火方式。瓶組通過特殊的外殼固定到車廂底部，每個車廂有管道與瓶組系統相連，通過區域選擇閥控制噴水區域（見圖1）。

高壓氣瓶和水瓶放置于車廂底部，在鋼瓶與車體之間加裝防護裝置，減少振動對鋼瓶帶來的影響。該系統載荷適中，對現有牽引系統的影響小，每3節車廂一套系統也可以保證自動滅火系統末端噴頭到壓力源的距離較短，保證整個系統在各個位置滅火的可靠性，同時兩個單元系統還可以互為備用，保證整個列車滅火的可靠性。

2.3 基于整列車的細水霧滅火系統設計

火災報警滅火聯動控制系統主要由三部分組成：火災探測報警系統、聯動控制網絡系統、自動滅火系統，其中火災探測報警系統以1節車廂為單位，每節車廂都是一個獨立的火災探測報警系統，負責和監測車廂中的火情狀態。自動滅火系統以每3節車為一個單元，每節車和自動滅火系統之間由區域選擇閥控制，自動滅火系統包括瓶組式細水霧裝置、連接管路、區域選擇閥及噴頭。其中瓶組式細水霧滅火系統每3節車有一套，其余裝置每節車都含有一套。聯動控制系統將火災報警系統、自動滅火系統連接起來，在單節車廂中組成完整的自動報警滅火系統。聯動控制器之間又通過網絡連接起來，使整個列車組成了完整的火災報警滅火聯動控制系統。通過網絡，司乘人員可以在司機駕駛室內通過音視頻等實時監測各個車廂的火情狀態，并可以手動或自動控制細水霧滅火系統的啟動，同時在每個車廂預留人工啟動滅火系統的接口，提高滅火系統的可靠性。火災報警滅火聯動控制系統見圖2。

2.4 細水霧滅火系統工作原理

圖1 滅火系統結構

圖2 火災報警滅火聯動控制系統

單節車廂的瓶組式細水霧滅火系統的工作原理見圖3。系統由兩部分組成，一部分是由氮氣瓶、水瓶、啟動裝置和各種閥門組成的瓶組系統，用來控制裝置的啟動，產生高壓汽水流，控制噴射區域；另一部分為由管路及噴頭組成的管網系統，使高壓汽水流形成細水霧，噴灑到滅火區域。

當啟動裝置的電磁閥收到車輛火災聯控裝置的動作命令后，電磁閥打開，啟動裝置內的高壓氣體驅動氣動閥，高壓氣體通過分流閥，一部分注入水瓶將水瓶中的水加壓、壓出，另一部分與由高壓氣體壓出的水混合形成高壓汽水流進入管路，流進區域閥，通過開式高壓細水霧噴頭形成細水霧，向目標噴射，完成自動滅火動作。

圖3 細水霧滅火系統工作原理

2.5 水箱和氮氣瓶的設計

根據某一地區冬季的環境溫度，適當采取防凍措施，以避免水結冰。水箱采用三層保溫結構和裝配了電加熱器，由一個PT100溫度傳感器觸發，當水溫下降到一定溫度（如5 ℃）時水箱就開始加熱，當水溫升至一定溫度（如25 ℃）時電加熱器停止加熱。一旦水箱的保溫條件不夠時，為了避免水箱里的水凍結，水箱裝配了一個緊急排放口。并且水箱配備了一個半自動系統進行加水和排水，不用將水箱從車上拆卸下來。

另外，水箱裝配有水位電子監控系統。如果水位降低超過10%以上，在火災報警面板上即顯示故障信息（水損失），但是剩余水量仍能允許細水霧滅火系統可靠運行。

使用氮氣作為推進劑，它把水從水箱推進管道系統，在細水霧釋放管道系統中與水流混合生成雙流體。通過使用兩個限流器，保證水箱釋放的水流能持續10 min，混合在水流中的氮氣數量正好。將氮存儲在兩個容量為50 L的缸瓶內，壓力為20 MPa。該鋼瓶配備由一個電磁控制器控制的排放閥。一旦在防護區域確認有火警，消防報警面板將啟動電磁控制器，即可打開氮鋼瓶排放閥。該鋼瓶排放閥采用恒定排放技術，并按照恒定的流量和3 MPa的壓力從鋼瓶中釋放推進劑。在鋼瓶的排放閥上安裝一個壓力表，包括一個壓力開關。如果鋼瓶壓力降低超過鋼瓶工作壓力的10%時，火災報警面板上即顯示故障消息（推進劑丟失）。但是剩余壓力仍能允許細水霧滅火系統可靠運行。

3 結束語

細水霧滅火系統用于城市軌道交通車輛火災防護、滅火控火的業績已得到國外城市軌道交通行業的普遍認可和應用，它代表著城市軌道交通火災防護技術的發展方向。

城市軌道交通車輛上設置細水霧滅火系統，在火災初期即可進行準確探測，擁有比較完善有效的預防和滅火措施，及時采取安全措施可以防止火情擴大，對火災防護具有重大現實意義。

[1] 劉明坤． 2013第十屆世界軌道交通發展研究會年會論文集[C]． 北京，2013．

[2] 徐國，金怡． 高壓細水霧滅火系統在地鐵車輛中的應用[J]． 武警學院學報，2010(6)：18-20．

[3] NFPA 750—2006 美國國家消防協會細水霧滅火系統標準[S]．

[4] GB 50898—2013 細水霧滅火系統技術規范[S]．

閆 磊：南車青島四方機車車輛股份?有限公司技術中心，高級工?程師，山東?青島，?266111

祖 健：南車青島四方機車車輛股份?有限公司技術中心，工程?師，山東?青島，?266111

王文健：南車青島四方機車車輛股份?有限公司技術中心，教授級?高級工程師，山東?青島， 266111

責任編輯楊倩

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1672-061X（2014）04-0069-03