高压细水雾灭火系统电力管廊灭火方面的应用

黄勃 1 吴亮亮 2 吕作普 3

1.国网浙江省电力有限公司温州供电公司 浙江温州 325000

2.温州市消防救援支队 浙江温州 325000

3.温州安普消防科技有限公司 浙江温州 325000

摘要：本文简要分析了电力管廊防火现状和引起火灾主要原因（电缆破损、接触不良、线路超载），并且提出了高压细水雾灭火系统的应用、喷头的选型、泵组的选型、系统要求。尝试在火灾发生初期能给予高效灭火，以此减少火灾带来的经济损失，给予人们安全全面的消防设计，增强电力管廊的火灾防御与救护综合效能。

关键词：喷头；泵组；灭火装置

引言：现阶段，高压细水雾灭火系统在全球范围内，以国际认可为基础，在多处实验基地完成了灭火实验，实验次数高达7000次。高压细水雾灭火系统的灭火性能良好，获得了诸多国家的认可，灭火效率远超其他消防措施。高压细水雾灭火系统的系统设计，具有持续排放能力，并且用水量少，有效控制火势蔓延。

一、电力管廊防火现状

近年来，由电气引起的火灾增多，这其中电力电缆所造成的火灾占有一定的比例。电缆火灾事故的发生，其危害是烧损电缆和设备，导致直接停电，修复时间较长，延误产生，对企业生产的生产进度、效率和经济效益产生严重影响。

1、电力电缆火灾事故的原因分析

1.1电缆破损

电力管廊发生火灾事故的可能性有多种，其中电缆破损是较为常见的因素。如电缆老化，起火导致电缆连接部位绝缘体损坏，则很可能发生短路放电，从而导致电缆局部部位温度迅速升高，引发火灾。

1.2接触不良

如若接头位置的两根电缆以不良状态相连接，极易造成接头位置发生接触不良事件，提升电阻数值，引起电缆接头位置温度过高而发生高危事件，比如爆炸、燃烧等。

1.3电缆短路引起的火灾

电力管廊中电缆是由不同的芯线组成的，各芯线存在电位差，若芯线绝缘体出现破裂、损坏就会产生放电，破裂处温度升高将产生火灾。

1.4线路超载

当外部因素引发输电线路超载时，基于电缆内部经过电流的实际强度，明显高于其承受范围内的电流强度，此时极易引起电缆温度在短时间内迅速升高，致使其处于失控状态，当温度达到临界值时，发生电缆火灾事件。

现阶段，国内大多数电力管廊采取消防措施为干粉式灭火器，鉴于电缆自身属于易燃物质，火灾初期如若存在发现不及时，极易引发火灾迅速蔓延，造成人员施救困难，手持式灭火器难以发挥作用。为此，在此背景下，电力管廊应改换消防措施，以隔断防火作为控制火势的主要措施。基于电缆隧道防火与灭火工作所具有的特殊性，电缆隧道空间特征对火势具有一定助力，比如温度高、电磁强度大、密闭性差等，为灭火救援工作提升了难度^[1]。

二、高压细水雾灭火系统的应用

我国现适用与管廊火灾主要自动灭火设备产品分别有：水喷雾灭火系统、气体灭火系统和高压细水雾灭火系统。

其中:

1. 水喷雾灭火系统设备安装需占用较大的地面面积和空间，主管道较大安装施工复杂,施工周期长，对综合管廊各管线整体规划布局影响较大。灭火后会造成较严重水渍现象，需及时排水，容易发生触电现象。建议电力管廊不应采用水喷雾灭火系统；

2. 气体灭火系统的主要灭火介质为二氧化碳、七氟丙烷。此系统灭火剂输送距离有一定的局限性不能在电力管廊中实现远程输送气体的操作，而且电力管廊的空间较大所需的灭火药剂量也是巨大造价也非常高，后期维护费较高，故而应用效果不佳。建议电力管廊不应采用气体灭火系统；

3、高压细水雾灭火系统：安全环保（以水为灭火剂，对环境、保护对象、保护区人员均无损害和污染）；高效灭火（遇火后细水雾立刻汽化，迅速降温，冷却速度比一般喷淋系统快100倍。高压细水雾还具有穿透性，可以解决全空间和遮挡的问题，还可以防止火灾的复燃。）；净化作用（能净化烟雾和废气，有利于人员安全疏散和消防人员的灭火救援工作。）；屏蔽辐射热（对热辐射有很好的屏蔽作用，达到防止火灾蔓延、迅速控制火势的效果）；水渍损失小（用水量仅为水喷淋系统的1%，避免了大量的排水造成的次生灾害。）；电绝缘性好（可有效扑救带电设备火灾）；可靠性高（系统安装完成后可定期对系统进行喷雾检验，不锈钢管，寿命长。）；配置灵活（可作为全空间系统，保护整个空间；可局部使用，保护独立的设施或设施的某一部分。）；安装简便（相对于传统的灭火系统而言，管道管径小，仅为10～50mm，使安装费用相应降低，节省了大量的空间。）；维护方便（仅以水为灭火剂，在备用状态下为常压，日常维护工作量和费用大大降低。）高压细水雾的特点基本符合电力管廊火灾特点所以建议电力管廊采用高压细水雾灭火系统。

2.1高压细水雾灭火系统概述与选型

2.1.1. 概述

细水雾是指喷雾液体总体积中，直径小于400μm的雾滴所占体积的百分比不小于99%，直径小于200μm的雾滴所占体积的百分比不小于50%的微小水雾。细水雾应用于消防始于二十世纪四十年代，发展于九十年代，它是随着环保问题凸显，卤代烷灭火技术被淘汰，而作为一种新的替代技术出现的。细水雾灭火系统凭借其非常优越的特点，引起了国际消防界的广泛重视。

2.2.2. 优势特点

• 采用水作为灭火剂，对环境无污染，对人体无危害；

• 通过物理方法灭火，不额外产生对环境或人体有害的物质；

• 用水量少，水渍污染小；

• 洗刷空气中的烟气，减少灭火后的二次污染；

• 具有降温、浸润的效果，不易复燃；

• 应用广泛，可以扑灭A类、B类、C类及电气类火灾；

• 有效控制热辐射，灭火的同时消防人员可出入保护区实施抢救或辅助灭火。

2.2.3. 灭火原理

细水雾主要是通过降温、窒息的作用灭火，同时具有控制热辐射、洗刷空气中烟气的辅助作用。细水雾灭火的关键是减小雾滴直径以增加与周围空气接触的表面积。相同体积的水雾化成微水颗粒后表面积将会激增。而表面积的增大，使雾滴更容易吸热，有助于实现降温灭火。吸热后的雾滴极易汽化，汽化后体积增大约1700倍，有效稀释了火焰附近氧气的浓度，使燃烧反应不能继续。雾滴的重量轻，不会马上吸附到地面，而是随着气流再次飞扬在空中，增加了空气中雾滴的密度和分布均匀性。同时控制热辐射，防止火灾蔓延。

2.2.4.细水雾灭火系统选型

与自动喷水灭火系统类似，细水雾灭火系统可分为开式系统和闭式系统。按照《细水雾灭火系统技术规范》GB 50898-2013规范第3.1.1条规定电缆隧道宜选择全淹没应用方式的开式系统。

2.2喷头选型

开式系统的喷头布置应能保证细水雾喷放均匀并完全覆盖保护区域，并应符合下列规定：

1 喷头与墙壁的距离不应大于喷头最大布置间距的1／2；

2 喷头与其他遮挡物的距离应保证遮挡物不影响喷头正常喷放细水雾；当无法避免时，应采取补偿措施；

3 对于电缆隧道或夹层，喷头宜布置在电缆隧道或夹层的上部，并应能使细水雾完全覆盖整个电缆或电缆桥架。

采用全淹没应用方式的开式系统，其喷雾强度、喷头的布置间距、安装高度和工作压力，宜经实体火灾模拟试验确定，也可根据喷头的安装高度按《细水雾灭火系统技术规范》GB 50898-2013规范表3．4．4确定系统的最小喷雾强度和喷头的布置间距。

表3．4．4 采用全淹没应用方式开式系统的喷雾强度、喷头

的布置间距、安装高度和工作压力

根据管廊火灾危险程度、危险区域面积等因素，选用合适的高压细水雾喷头，其选择程序如下：

1. 电力舱全线应采用K=1.0的开式喷头.q=10L/min，喷头在安装期间，保持其间距范围在[2，3]米，与墙面保持距离应控制在1.5米。

2. 综合舱大部分应采用K=0.5的开式喷头.q=5L/min，局部节点采用K=1.0的开式喷头.q=10L/min，安装间距范围在[1.5，3]米，与墙面保持距离应控制在1.5米。

喷头流量计算

细水雾喷头流量应按式4.1计算：

………… 4.1

式中：q — 喷头流量（L/min）；

K — 喷头流量系数（L/ min·（MPa）^1/2）；

P — 喷头工作压力（MPa）。

2.3泵组选型

开式系统流量按照防护区内同时动作喷头数的流量之和进行计算。

根据管廊电力舱和综合舱最大流量防护区，设计流量为同时开启喷头（流量流量之和得出系统最大流量来选择泵组流量，系统设计工作压力根据最不利点喷头最低工作压力为10MPa进行计算，计算公式采用Darcy-Weisbach(达西-魏斯巴赫)公式,计算出结果再选用泵组泵工作压力。

系统流量计算

细水雾灭火系统设计流量应按式4.2计算：

………… 4.2

式中：Q — 系统流量（L/min）；

n — 启动喷头数量；

q_i — 单个喷头的流量（L/min）。

2.4系统要求

高压细水雾灭火系统喷出的水，水质标准应符合生活用水相关标准，具体要求详见GB5749。高压细水雾灭火系统在喷射水雾期间，供水压力最小值为0.2MPa，供水压力最大值为0.6MPa。由于高压细水雾泵房应建设在地下室，管网供水压力不符合[0.2，0.6]MPa的规定，并且仅有一路稳定水源，故而采取市政供水方式，提升供水压力。假设增压泵设备两台,一台启动一台备用，高压细水雾泵组的供水阀门启动时，增压泵同时运行。为高压细水雾灭火系统设定一个不锈钢蓄水区间，水箱制作应遵循相关标准。

2.5应用优势

高压细水雾灭火系统实施灭火行为，依赖于高压、细水雾粒。其中，细水雾粒直径范围为[40，200]um。此系统的应用优势表现在：

1. 灭火效率高。此系统冷却性能较高、控制火势能力较强，高压细水雾具有较强的穿透能力，有效解决大面积火势淹没与烟雾遮挡问题，有效控制火灾发生复燃事件，适用于高温设备的火灾。电力管廊空间内具有较高温度，使用高压细水雾灭火系统具有高度适用性^[2]。

2. 高压细水雾灭火系统在应用期间，水资源消耗较少，以此减少水资源浪费问题。火灾扑灭，此系统与传统喷淋相比，此系统消耗水量＜10%传统喷淋用水量。由此发现，高压细水雾灭火系统提升水资源的利用效率，极具环保性。

3. 响应效率高，有效降低火灾危险。在高压细水雾的喷头内部，有一个机械结构，能发出热量，设计为玻璃泡， RI不大于25。高压细水雾的应用优势在于：自动擦洗电力管廊中火灾产生的烟雾，减少烟雾中有毒气体产生危害，有毒气体包括二氧化碳。

4. 经济性良好，相比气体灭火装置，高压细水雾灭火系统的工程造价较低，安装与维护较为便捷，对周边环境与电力管廊造成的危害较小，有效控制灭火剂与燃烧物之间产生连锁反应，防止灭火剂与燃烧物生成有害气体。此系统应用具有灵活性，可用于局部空间，有效保护电力管廊中的电缆，可采取独立保护与局部保护多种形式，或采取全淹没系统保护，加强电力管廊的整体消防安全性。由此发现，在电力管廊中应用高压细水雾灭火系统具有经济性与安全性。

5. 高压细水雾灭火系统所配置的管道直径较小，有助于节省管制材料，相比传统喷雾灭火系统，此系统应用期间，整体质量轻便，高压细水雾灭火系统重量=10%传统喷雾灭火系统。此外，高压细水雾灭火系统的安装较为简便，适用于电力管廊。如表1所示为高压细水雾灭火系统与其他灭火系统的对比。由表1所示，高压细水雾灭火系统的应用性能具有绝对优势，应广泛应用于电力管廊中。

表 1 性能对比

结论：综上所述，高压细水雾灭火系统应用于电力管廊具有多重优势，以灭火效率与环保性为代表，成为可行性、认可度较高的灭火方式，属于消防新技术中颇具发展潜力的新型技术。为此，电力管廊在消防设计期间，应结合高压细水雾灭火系统的建设需求，为其营建良好的应用环境，发挥其功能。

参考文献：

[1]程鹏.自动灭火系统在城市地下综合管廊的应用研究[J].居舍,2020(10):192.

[2]李宏宇,许淑惠,闻静.城市综合管廊电力舱消防系统研究分析[J].建设科技,2019(19):81-84.