细水雾灭火系统现状及其应用

作者：南京消防支队 龙芸

欢迎访问e展厅 展厅 4 消防/救援设备展厅 灭火器, 救援设备, 应急设备, 探测器,... 摘要：简述了细水雾灭火系统的发展概况及其灭火机理、性能特点和适用范围，并以国内外一些灭火试验参数为依据，说明了细水雾灭火系统灭火效能、应用场所、工程造价及需解决的问题，展望了细水雾灭火系统很好的工程应用前景。 关键词：细水雾；DV0.99；典型试验；灭火效能 1　前言 火灾，会给人们的生命财产造成巨大损失，消防工作“责任重于泰山”。世界各国都在致力于新的消防技术的研究。既要灭火效率高，又要对环境无污染的灭火技术是人们努力的方向。特别是人们发现所使用的哈龙(HALON ) 灭火剂对大气臭氧层有破坏作用，蒙特利尔议定书签署之后，这一工作就尤为迫切，细水雾灭火技术正是这一方向的代表，因此，已越来越受到人们的重视。 2　细水雾灭火系统发展概况 自古以来，人们就懂得用水扑灭火灾。“水火不相容，水火相克”远古时代就人所共知，因此，说水是人类最早应用的灭火剂，随着人类社会的发展，科技的进步，火灾种类和形式发生了很大的变化，人类利用水来灭火的方法也相应的向前发展。水灭火利用方式的发展见表1。 细水雾灭火技术在消防方面的应用始于20世纪40年代，当时主要用于特殊的场所，如运输工具等。由于当时水喷淋灭火技术作为主要发展和研究方向，细水雾灭火技术没有得到深入研究，故一直发展比较缓慢。随着科学技术的进步、人们防灭火观念的转变，特别是发现卤代烷灭火剂对大气臭氧层有破坏作用以及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主要替代技术之一得到各界的关注和青睐。细水雾灭火技术在20世纪90年代才得到飞跃性地发展。 1996 年，在美国的马萨诸塞州波士顿市美国消防协会每年5 月的年会上，细水雾灭火系统技术委员会提交了细水雾灭火系统标准，并获得美国消防联合会的批准。并于同年7月18日颁布，8月9日开始实施。7月26 日，96 版N FPA 750被批准为美国国家规范。这是世界上第一本细水雾灭火系统的设计安装规范，而且是一本性能化的规范。它的出现进一步推动了细水雾灭火技术的深入研究，也预示着细水雾应用将进入一个新阶段。 许多发达国家(主要是欧美国家) 他们在经历了多年的理论性试验探索以及应用性研究后，已经相继开发出多种类型的细水雾灭火系统。并且开始广泛应用在相关领域和场所，目前已有产品进入国内市场，有的已投入使用。 我国20世纪90年代末开始进行细水雾灭火系统的研究开发和试验工作，并列为国家“九五”科技攻关项目。其主要是参照美国N FPA 750标准并结合我国实际应用情况开展各项研发工作，至此已经相继开发出相应的细水雾灭火系统，目前已有产品问市及应用。 目前北京、浙江省及湖北省的主管部门已制定出相应的细水雾灭火系统设计、施工及验收规范，江苏省和湖南省的主管部门也正在制定出相应的设计、施工及验收规范。相信随着细水雾产品的大量应用，很快会有国家级的细水雾灭火系统设计、施工和验收标准和规范出台。 3　细水雾的定义和分类 3.1　细水雾的定义 细水雾：在喷头最小设计压力下，以距喷头1 m处的平面上，测得水雾最粗部位的雾滴直径DV 0199不超过1000Lm。这是用体积法表示雾滴直径的一种方法，DV 0.99表示小于1000μm 的直径体积含量为99%。一般情况下细水雾是指雾滴直径DV 0199≤400μm 的水雾。 体积99% 直径DV 0.99：一种以喷雾液滴的体积来表示液滴大小的方法。当依照体积测量时，即表示喷雾液滴总体积中，1% 是由直径大于该数值的液滴，另99% 是由直径小于该数值的液滴组成的。 3.2　细水雾分类 按照喷射水雾中水微粒的大小分布，细水雾可分为3 类，见图1。 I 类细水雾：累积百分容积分布曲线全部位于连接DV 0.1= 100μm 和DV 0.9= 200μm 连线的左边，这代表了最精细的水雾。目前大多数生产厂商生产的是1类细水雾喷头。 II 类细水雾：是累积百分容积分布曲线的一部分，位于I类喷雾界限以外，但全部在连接DV 0.1= 200μm和DV 0.9= 400μm 连线的左边。这类细水雾可以通过压力喷射喷头，双相流喷头及许多冲击式喷头产生，由于有较大水滴出现，相对于I 类细水雾，II 类细水雾更容易产生较大的流量。 III 类细水雾：DV 0.9大于400μm，或者曲线任何部分超过II类分界线的右边(但DV 0.9< 1000μm ) ，这种细水雾主要由中压，小孔口喷头，各种冲击式喷头产生的，并且它们可以得到较大流量。这类细水雾适于A类易燃物，在某些特定环境下，也可用来控制或扑灭B类火灾。 3.3　水滴粒径大小与灭火能力的关系 细水雾的灭火功能比较复杂，它与可燃物的类型、可燃物的数量以及燃烧速度和细水雾的粒径等有关。水滴粒径大小和细水雾的灭火能力之间的关系是相当复杂的，一般地说，I类和II类细水雾用于扑灭液体油池内的火灾效果较好，而且不会搅动油池内的液面。 通常情况下，很难用I类细水雾灭A 类易燃物，因为I类细水雾不能穿透碳化层而浸湿燃烧物质。但是，如果喷雾速度很高，在表面燃烧，或者封闭体有较大程度的氧气减少的情况下，A 类火却能用I类细水雾灭掉。这个现象说明，仅仅水滴大小分布不能确定细水雾灭掉一个给定的火灾的能力。火灾能否被扑灭，取决于诸如燃料特性、封闭空间效应、水雾强度和水雾速度(动量) 等多种因素。 对于一个给定的保护对象来说，细水雾雾滴的尺寸不是判定水雾能力和适用性的唯一依据，它还与火焰有关系的喷雾方向、水雾强度和喷射速度有关。 4　细水雾的成雾原理 根据国内外目前的研究成果及产品情况，成雾原理主要有以下几种： (1) 液体以相对于周围的空气很高的速度被释放出来，由于液体与空气的速度差而被撕碎成为细水雾； (2) 液体射流被冲击到一个固定的表面，液体在表面的冲击，将液体射流打散成细水雾； (3) 两股成分类似的液体射流相互碰撞，两股射流碰撞将液体射流打散成细水雾； (4) 液体振动或电子粉碎成细水雾(超声波和静电雾化器) ； (5) 液体在压力容器中被加热到高于沸点，突然被释放到大气压力状态(突发液体喷雾器)。 5　细水雾灭火机理 细水雾灭火系统对保护对象可实施灭火、抑制火、控制火、控温和降尘的多种方式的保护，其灭火机理可归纳如下： 冷却：粒径越小，相对表面积越大，受热后更易于汽化，在汽化的过程中，从燃烧物表面或火灾区域吸收大量的热量，从而使燃烧物表面温度迅速降低，当温度降至燃烧临界值以下时，热分解中断，燃烧随即终止。 窒息：细水雾喷入火场后，迅速蒸发形成蒸气，体积急剧膨胀，最大限度地排除火场空气，使燃烧物周围的氧含量迅速降低。当燃烧物周围的氧气浓度降低到一定程度时，燃烧即会因缺氧而受到抑制或中断。 阻隔热辐射：细水雾喷入火场后，蒸发形成的蒸气迅速将燃烧物、火焰和烟羽笼罩，对火焰的辐射热具有极佳的阻隔能力，能够有效抑制辐射热引燃周围其它物品，达到防止火焰蔓延的效果。 浸润作用：颗粒大冲量大的雾滴会冲击到燃烧物表面，从而使燃烧物得到浸湿，阻止固体挥发可燃气体的进一步产生，到达灭火和防止火灾蔓延的目的。 另外还有对液体的乳化和稀释作用，在灭火的过程中，往往会有几种作用同时发生，从而有效灭火。 6　细水雾灭火系统分类 6.1　按介质分为 单相流系统：是指采用单管供水至每个喷头的细水雾灭火系统。 双相流系统：是指水和雾化介质分开来供给并在细水雾喷头上混合的细水雾灭火系统。 6.2　按系统工作压力分为 低压系统：系统管网工作压力小于或等于1.21M Pa的细水雾灭火系统。 中压系统：系统管网工作压力大于1.21M Pa，小于或等于3.45M Pa 的细水雾灭火系统。 高压系统：系统管网工作压力大于3.45M Pa 的细水雾灭火系统。 6.3　按应用方式分为 局部应用系统：系统被设计和安装成向保护对象直接喷射细水雾的应用方式。 全空间应用系统：是指设计和安装成用来保护整个封闭空间里的所有危险的应用方式。 分区应用系统：系统被设计和安装成用于保护在一个封闭空间的某个预定部分的危险的应用方式。 6.4　按动作方式分为 开始系统(雨淋系统) 和闭式系统(即湿式系统、干式系统和预作用系统)。 6.5　按供水方式分为 泵组式系统：采用泵组进行供水的细水雾灭火系统。 容器式系统：采用储水容器、储气容器进行加压供水的细水雾灭火系统。 6.6　按保护区多少分为 组合分配系统：用一套灭火系统保护两个或两个以上保护区或保护对象的细水雾灭火系统。 单元独立系统：用一套灭火系统保护一个保护区或保护对象的细水雾灭火系统。 7　细水雾灭火系统适用范围和应用场所 细水雾适用于A、B、C 类及带电设备火灾。可用于保护经常有人场所。 细水雾灭火系统可用于扑救下列物质的火灾： 室内可燃液体火灾；室内固体火灾；室内油浸变压器火灾；计算机房、交换机房等火灾；图书馆、档案馆火灾；配电室、电缆夹层、电缆隧道、柴油发电机房、燃气轮机、锅炉房、直燃机房等；船舶A 类机器处所：如机舱中的柴油发动机、柴油发电机、燃油锅炉、焚烧炉、燃油装置等；其它适于细水雾灭火系统的火灾。 细水雾系统不得直接用于和水产生剧烈化学反应或产生一定有害物的物质上，如锂、钠、钾、镁、钛、锆、铀等金属或其化合物。细水雾系统不能直接应用于有低温液化气体的场合(如液化天然气)。 8　典型试验及结果分析 下面是南京消防器材股份有限公司所进行一系列典型试验及结果分析。 8.1　油浸变压器灭火试验 8.1.1　试验场所 南京消防器材股份有限公司试验中心大空间试验室，试验室室内尺寸为60m ×12 m ×13 m。 8.1.2　试验设备 油浸式变压器　规格：110kV；容量：50000kVA； 外形尺寸：5.6 m (长) ×4 m (宽) ×4.5 m (高)。 储罐-泵联用ZSXZL 1000中压细水雾灭火系统一套。 热电偶及记录仪。 8.1.3　试验用油 DB-25 变压器油；93 号汽油若干。 8.1.4　火灾说明(见图2) 直径Φ300油盘分别放置于变压器上部a、b、c、d、e、f、g、h 处； 边长为500mm ×500mm 油盘放置于变压器上部i 处，通过供油泵与供油管供油，模拟流淌火。 边长为4000mm ×1500mm 油盘放置于散热片下部j 部位，模拟油池火。 8.1.5　试验程序 (a) 向各油盘注入DB-25 变压器油，保证油层厚不小于20mm ，向各油盘注入少许93 号汽油(便于引燃变压器油)。 (b) 点燃各油盘，待变压器油燃烧后，再预燃30 s，启动供油泵，流淌火发生(此时燃烧的火焰高度已超过变压器，达8m 之高，并发出劈哩啪啦的响声，同时有火星飞溅，说明变压器油已经充分燃烧，记录仪显示时火场最高温度达到860℃)。 (c) 启动细水雾灭火系统进行灭火。 8.1.6　试验数据 选用喷头为ZSXT 30-9型，共24 只，分上下两层环状布置；上层为12 只，下层为12 只。 变压器表面积108.8m 2；变压器体积100.8m 3； 喷头流量系数2.7；喷水强度≥2.7L/(m in·m 2)。 喷头最不利点压力≥2M Pa。 经过多次试验，均在90 s 内扑灭火灾，不复燃，火场温度在90 s 内下降到室温20℃，灭火时间内的用水量440L。 8.1.7　试验结论 从一系列试验数据来看，细水雾灭火系统完全可以应用变压器灭火，且灭火效能高，用水量很小。 8.2　船舶机舱灭火试验 按照M SC/C irc. 913 适用于A 类机器处所的固定式局部水基灭火系统认可导则　附录：固定式局部水基灭火系统试验方法进行。 8.2.1　试验场所 南京消防器材股份有限公司试验中心大空间灭火试验室，试验室室内尺寸为60m ×12 m ×13 m。 8.2.2　火灾说明 两种喷射火分别位于图2 所示的a、b、c、d、e 各点。喷射火参数见表2。 8.2.3　采用细水雾灭火系统说明 采用3DP40型泵式中压细水雾灭火系统一套ZSXTC60-9型细水雾喷头，布置成3×3、2×2 喷头网格、一排或单个喷头，系统布置方式如图3 所示，喷头网距喷油喷嘴的高度可在1～ 12 m 范围调节。 8.2.4　试验程序 点燃喷射火，燃烧15 s，启动细水雾灭火系统进行灭火，灭火后，燃油继续喷射15 s。 8.2.5　试验数据 喷头流量系数2.8；压力范围2.0～ 3.5M Pa；喷头间距3.0m ，安装高度1.5～ 12 m；火场氧浓度20.9。 经过多次试验，均在60 s 内扑灭火灾，不复燃，火场氧浓度为20.9，基本无变化。灭火时间内的最大的用水量150L。 8.2.6　试验结论 从一系列试验数据来看，细水雾灭火系统完全可以应用于船舶机舱灭火，且在灭火过程中人员不必撤离。并可以推广到陆地上的柴油发动机、柴油发动机房的灭火，该公司的细水雾灭火系统已通过中国船级社认可，并在船舶机舱得到应用。 该公司还进行了档案馆的开式书架灭火试验，采用泵式中压细水雾灭火系统，喷头为ZSXT 3-1 型，喷头流量系数为0.24，喷头间距2.5 m ，喷雾强度0.22L/(m in·m 2) ，各点火灾均在100 s 内扑灭，灭火后继续喷射10m in，只是在档案表面有一层细小雾滴，暴露在空气中一段时间，即可自干。因此细水雾灭火系统可以应用于珍贵文物、档案的消防保护。 同时，该公司进行了对电气设备，如：柴油发电机、配电柜等按IMO FP46/5/10《电气设备防水试验》标准的细水雾喷射影响试验，防护等级为IP22，在带负荷的情况下，虽然在30m in 喷射过程中，电阻值有一定的降低，但不影响电气设备的正常工作，在停止喷雾后，随着细水雾干燥蒸发，电阻值又恢复到正常值。 9　细水雾灭火系统性能特点 9.1　相对于水喷淋灭火系统或常规水喷雾灭火系统 (1) 用水量大大降低。通常而言常规水喷雾用水量是水喷淋的70%～ 90% ，而细水雾灭火系统的用水量通常为常规水喷雾的20% 以下； (2) 降低了火灾损失和水渍损失。对于水喷淋系统，很多情况下由于使用大量水进行火灾扑救造成的水渍损失还要高于火灾损失； (3) 减少了火灾区域热量的传播。由于细水雾的阻隔热辐射作用，有效控制火灾蔓延； (4) 电气绝缘性能更好，可以有效扑救带电设备火灾； (5) 能够有效扑救低闪点的液体火灾。 9.2　相对于气体灭火系统 (1) 细水雾对人体无害，对环境无影响，适用于有人的场所； (2) 细水雾具有很好的冷却作用，可以有效避免高温造成的结构变形，且灭火后不会复燃； (3) 细水雾系统的水源更容易获取，灭火的可持续能力强； (4) 可以有效降低火灾中的烟气含量及毒性。 9.3　工程造价低 现以一台5 万kVA 室内油浸变压器(外形尺寸6100mm ×4000mm ×5300mm ，变压器室10.8m ×8.9m ×14.5 m ) 为例，分别采用IG541、HFC-227、高压CO 2、水喷雾和细水雾灭火系统保护，灭火剂用量和工程造价对比情况见表3 (不含报警系统)。 10　需解决的问题 (1) 细水雾全空间灭火系统不能等同于全淹没气体灭火系统，与全淹没气体灭火系统相比，细水雾的灭火能力更多地依赖于喷头工作参数的选择以及与保护对象相对位置的确定。就目前细水雾产品还达不到将细水雾雾滴均匀地分布于整个被保护空间，且带有一定冲量到达燃烧面。 (2) 根据试验证明细水雾灭火系统灭遮挡火有很大的难度，当在喷头和火焰之间放置障碍物时，火焰附近的温度不能很快地降下来，灭火时间将有很大变化，有时将不能达到灭火目的。这是由于障碍物的阻挡作用使细水雾在障碍物的表面沉积下来，减少了水雾的数量和动量所致。 (3) 细水雾灭火系统的性能主要取决于两个能力：一个是其产生足够小的水滴的能力，一个是将足够数量的水分布到整个空间的能力。这两种能力又受液滴大小、速度分布、冲量以及喷头几何特性等因素的影响，同时也受保护对象的几何形状和被保护空间大小等其它客观因素的影响。 如何解决上述问题，将是细水雾灭火系统应用和发展的关键。 相信，在国际社会的共同努力下，细水雾灭火技术将进一步发展，并在各个领域得到更广泛的应用，造福于人类社会。 参考文献： [1]　N FPA 750，Standard on W ater m ist F ire P ro tect ionsystem s，1996 Edit ion. [2]　日探株式会社. 水雾系统说明资料. 1999年7月. [3]　IMO M SC/C irc. 913 适用于A 类机器处所的固定式局部水基灭火系统认可导则　附录：固定式局部水基灭火系统试验方法进行. [4]　南京消防器材股份有限公司. 细水雾应用于油浸电力变压器试验报告. 2003 年4 月. [5]　中国船级社. 南京消防器材股份有限公司细水雾灭火系统应用于船舶机舱灭火试验报告. 2003 年4 月. [6]　中国船级社. 南京消防器材股份有限公司细水雾对电气设备影响试验报告. 2003 年9月. [7]　南京消防器材股份有限公司. 细水雾应用于档案馆灭火试验报告. 2003 年8月. 作者地址：江苏省南京市北京西路1号公安消防局电话：(025) 83314466(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/12/2005)