細水霧熄滅電纜火災應用研究

作者簡介：

張華杰（1995— ），男，漢族，河南周口人，碩士研究生，助教，研究方向：消防安全；魏懷鵬（1984— ），男，漢族，河南新密人，碩士研究生，講師，研究方向：水利工程項目管理。

摘要：

隨著城市綜合管廊的快速發展，電纜火災已成為影響城市運行安全的重大隱患。細水霧技術以其高效冷卻、稀釋氧氣和衰減熱輻射等獨特機理，在電纜火災的快速撲滅中表現出顯著優勢。本文系統分析了細水霧的滅火機理，包括吸熱冷卻、氧氣稀釋和動態熄滅機制，探討了其在電纜火災中的應用現狀和技術瓶頸。同時，針對噴射系統優化、多元滅火技術結合和智能化發展提出具體建議，以期為細水霧技術的進一步優化及其在電纜火災中的廣泛應用提供理論支持和實踐依據。

關鍵詞：細水霧技術；電纜火災；滅火機理

引言

隨著經濟的快速發展，電力需求持續增長，綜合管廊建設也在迅速推進。綜合管廊是一種建設于城市地下用于容納兩類及以上城市工程管線的地下隧道空間，是現代城市的“生命線”和智慧城市的“大動脈”[1]。綜合管廊空間密閉且狹長，管廊內均為市政主干管線，一旦著火，火勢會沿綜合管廊縱向快速蔓延，對城市生產生活產生重大影響，外部滅火困難。因此，管廊內的消防滅火系統作為火災后的重要滅火設施，對其進行經濟、有效的設計顯得尤為重要[2]。當前，市場上存在多種自動滅火系統，包括水噴霧、細水霧、氣體和超細粉體等，從理論上講這些系統均可滿足電力艙室的滅火需求。然而，相關規范對具體系統的選擇尚無明確規定。在此背景下，高壓細水霧因其獨特的滅火機理與顯著優勢，逐漸成為一種備受關注的新興滅火技術，特別是在電力電纜艙室中表現出良好的適配性和高效性。

一、細水霧滅火機理

（一）吸熱與冷卻作用

吸熱與冷卻作用是細水霧滅火的核心機理之一[3]。細水霧通過吸收火焰及燃料表面的熱量降低燃燒溫度，破壞燃燒條件，從而實現滅火。霧滴的比表面積越大，其吸熱效率越高；粒徑在100微米至500微米的水霧能夠快速蒸發，大幅降低火焰溫度[4]。高速噴射的水霧因其強大的穿透能力，能有效地冷卻火焰的核心區域以及燃料表面，從而防止燃燒持續進行。燃料的表面冷卻在細水霧滅火過程中扮演著關鍵角色。微細霧霾吸收熱量以降低燃料的溫度，同時通過濕潤效應限制熱解過程，減少可燃氣體的排放，從而有效防止火焰再次點燃。當燃料表面溫度下降至燃點以下時，火災熄滅效果顯著。吸熱效率與火焰環境的動態特性密切相關。細水霧需克服高溫氣流的熱反饋效應，通過蒸發形成有效降溫區域[5]。

（二）氧氣稀釋作用

氧氣稀釋作用是細水霧滅火的重要機理，通過降低燃燒區域氧氣濃度抑制燃燒。細水霧進入火焰后迅速蒸發為水蒸氣，其體積膨脹至液態水的1700倍，在火焰周圍形成稀釋氧氣的屏障，使氧氣濃度迅速下降，以阻止燃燒[6]。在密閉空間內，這一作用尤為顯著。例如，在100立方米的空間中，僅需5.5升水完全蒸發便可使氧氣濃度降低約10%。稀釋效率受燃燒源功率、空間體積及通風條件的影響。在充足的通風條件下，氧氣的稀釋效果可能減弱，這就要求對噴射系統進行改進，以擴大其擴散和覆蓋范圍。在低氧環境下，燃燒維持的臨界氧氣濃度因燃料類型而異，固體燃料通常比烴類燃料需更低的氧氣濃度，這對細水霧應用提出了設計要求。

（三）衰減熱輻射作用

衰減熱輻射作用是細水霧滅火過程中的關鍵機理，通過減少燃燒區域向燃料表面的熱反饋來阻止火災蔓延。細水霧在燃燒區域形成高密度的屏障，霧滴吸收和散射熱輻射，使得傳遞到燃料表面的熱量顯著減少。水霧粒徑對衰減熱輻射效果至關重要。當霧滴粒徑接近燃燒熱輻射波長時，其衰減效率達到最佳。粒徑小于200微米的霧滴在增強衰減熱輻射方面顯示出顯著優勢[7]。細水霧通過降低燃料表面的熱解速率和液體燃料的蒸發速率，有效地減少可燃氣體的釋放。這種作用機制在未燃燃料的引燃抑制中尤為重要。熱輻射的降低能夠顯著延緩火災的擴散速度，為滅火操作提供寶貴時間[8]。細水霧吸收熱輻射后迅速蒸發為水蒸氣，進一步增強冷卻作用，與熱輻射衰減機理形成協同效應。噴霧強度和分布均勻性直接影響衰減效果。在高強度噴霧條件下，細水霧形成的屏障更加致密，能夠更有效地吸收和阻擋熱輻射[9]。然而，過高的噴霧流量可能導致霧滴聚合，降低比表面積，從而減弱衰減效果。因此，噴霧強度需與火源熱輻射強度合理匹配，以實現最佳的衰減效果。

（四）三維滅火與動態熄滅機制

三維滅火與動態熄滅機制是細水霧技術的獨特優勢，能夠在復雜火災場景中實現全空間覆蓋和快速撲滅。在噴射過程中，部分霧滴因粒徑較小在高壓作用下產生橫向和向上的翻騰運動，迅速填充火源周圍空間，形成全方位的滅火屏障[10]。這種三維特性使細水霧不僅覆蓋火源表面，還能滲入隱蔽區域，解決傳統滅火手段難以解決的問題。動態熄滅機制通過調控火焰位置和燃燒條件主動干預火焰行為。高壓霧滴擾動火焰熱氣流，將火焰推離燃料表面，減少熱反饋效應，降低火焰強度。當霧滴蒸發為水蒸氣后，進一步稀釋氧氣濃度，可加快對燃燒反應的抑制進程。三維滅火效率受到霧滴粒徑和噴射方向的影響。小于100微米的霧滴具有更高的覆蓋效率，同時減少了聚集風險。

二、細水霧滅火技術在電纜火災中的應用

（一）國內研究現狀

細水霧技術作為一種新興的滅火方式，在國內消防領域受到廣泛關注。近年來，伴隨著城市化進程的加快和地下綜合管廊建設的發展，細水霧在電纜火災中的應用研究逐漸深入。研究主要聚焦于細水霧的滅火機理、實際應用場景及系統優化方面，并取得了一定成果。現有研究深入分析了細水霧的冷卻、稀釋氧氣、衰減熱輻射及動態穿透作用。實驗數據顯示，細水霧通過蒸發吸熱能夠顯著降低火焰溫度和燃料表面溫度。在某地下實驗中，細水霧將火焰核心區域的溫度由1000℃降低至500℃，火災被迅速控制。在密閉空間中，通過快速蒸發生成水蒸氣，氧氣濃度可降低10%，有效遏制燃燒[11]。

在實際應用場景方面，國內逐步推進細水霧在綜合管廊及電力艙室的試點應用，重點驗證其在電纜火災中的高效性。一些研究表明，細水霧系統在0.5秒內能夠實現覆蓋空間的90%以上，為電纜火源的快速降溫提供保障[12]。實驗還證實細水霧對于隱蔽火源的滅火效果顯著。然而，這類研究大多集中于單一火災情境，缺乏對多因素干擾下性能的系統性分析。

在系統優化與參數設計方面，國內研究關注噴嘴設計、霧滴粒徑控制和噴射強度對滅火效率的影響。實驗顯示，細水霧的霧滴粒徑大概是處于50微米—200微米的范圍內，通常情況下1升水以霧滴形態噴出時的表面積會增大幾千倍，這就使細水霧在傳熱方面有很大優勢。霧滴與高溫氣流之間互相作用，在短時間內吸熱汽化，使熱氣流的溫度降低[13]。然而，當前研究未能充分結合火災實際場景進行多參數聯合調控的系統性探討，制約了其在復雜火災中的應用。

（二）國外研究進展

細水霧技術在國外的研究起步較早，尤其在滅火機理與應用技術領域積累了豐富的經驗。隨著高壓細水霧技術的不斷完善，其在復雜火災場景中的應用逐漸被廣泛驗證。國外研究主要集中在細水霧的滅火效能、系統優化及智能化發展方向，形成了較為系統的理論框架和實踐基礎。國外實驗廣泛驗證了細水霧在高溫條件下的熱物理特性，特別是吸熱冷卻和氧氣稀釋作用的效率。一些研究表明，在開放式火災場景中，細水霧能夠通過蒸發吸收高達火焰總熱量的40%，顯著降低火源溫度并有效抑制燃燒反應。細水霧在阻斷熱輻射傳遞方面的性能也得到了詳細探討。粒徑在100微米以下的水霧能夠衰減火焰輻射強度近60%，對周圍燃料的熱反饋作用顯著降低。在實際應用中，國外已經成功地將細水霧系統應用于隧道火災、船舶防火和石化設施等領域。細水霧在高通風條件下的滅火效率顯著優于傳統系統，其靈活性和資源節約能力備受認可[14]。然而，這些研究在設備適配性與成本優化方面探索較少，難以滿足大規模火災的經濟性和便捷性需求。對于特殊場景如電纜火災的細化研究仍顯不足，尤其是針對隱蔽火源和延遲復燃問題的有效應對策略。國外研究為細水霧技術的發展奠定了堅實基礎，其局限性也為深入研究提供了重要啟示。

三、技術優化與未來研究方向

（一）噴射系統的優化

噴射系統的優化是提升細水霧滅火效率的關鍵環節，直接影響霧滴的粒徑分布、噴射速度和覆蓋范圍。噴嘴設計在優化中占據核心地位，不同形狀和孔徑的噴嘴能夠產生多種霧化模式，從而影響霧滴的分布均勻性和穿透能力。采用多孔旋轉噴嘴可以顯著提高霧化效果，使粒徑更接近于最佳滅火范圍（50微米至200微米），從而增強對高溫氣流的冷卻和對火焰的穿透能力[15]。噴射壓力的調控是系統優化的另一個重要方面。高壓噴射能夠賦予霧滴更大的動量，使其在復雜環境中穿透障礙物并快速填充燃燒區域。然而，過高的壓力可能導致霧滴聚合，降低比表面積和滅火效率。因此，噴射壓力應根據火災規模和場景需求進行動態調節，以實現最佳效果。噴射系統的覆蓋范圍優化還需考慮噴射角度和噴頭布置。通過合理設計噴頭分布，可以形成更均勻的霧化覆蓋，尤其在復雜的電纜火災場景中能夠有效減少隱蔽區域的火焰殘留。對系統參數的科學調整與噴嘴技術的改進，為細水霧滅火系統在多種火災場景中的高效應用提供了堅實保障。

（二）多元滅火技術的結合

多元滅火技術的結合是提升復雜火災場景滅火效率的重要策略。細水霧作為高效滅火技術，可與氣體滅火系統、超細粉體等技術協同使用，在多災害場景中形成互補優勢。超細粉體滅火技術在中斷化學燃燒鏈條方面展現出其獨有的優勢，與細水霧相結合能夠提升抑制燃燒反應的效率。細水霧通過濕潤和冷卻作用減少燃燒熱反饋，為超細粉體創造更穩定的滅火環境。在通風條件較好的場景中，細水霧可以通過高速噴射將粉體帶入火焰核心區域，提高滅火效率。

（三）智能化與自動化滅火系統

智能化與自動化滅火系統是細水霧技術未來發展的重要方向。通過集成傳感器網絡與人工智能技術系統，可實時監測火災的發生、發展及燃燒特性，自動調整噴射參數和覆蓋范圍，實現精準滅火。智能化控制不僅提高了系統的響應速度，還優化了細水霧的使用，有效減少資源浪費。自動化系統能夠根據火災現場的實時變化，實施自適應策略，調整噴射力的大小和方向，保證在復雜火災環境中實現全面覆蓋。智能化與自動化的結合使細水霧滅火系統更加靈活、高效，為現代消防體系提供了重要的技術支持。

結語

細水霧技術以其高效冷卻、稀釋氧氣和衰減熱輻射等多重機理，在電纜火災中展現出顯著優勢。然而，當前研究在復雜火災場景的適應性與智能化方面仍有不足。未來，需進一步深化理論探索，完善技術應用，推動細水霧在實際消防領域的全面發展，以提升火災控制效率和安全保障能力。

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