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    细水雾灭火系统介绍及优缺点比较

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  • 日期:2019/4/8 10:24:10
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一、细水雾的起源及发展

所谓的“细水雾”,在英文里主要有water mistwater fogfine water spray 几个词,water mist在文献中使用最多。细水雾在消防方面的应用始于四十年代,当时主要用于特殊的场所,如运输工具等。现在由于环保问题,卤代烷灭火剂被逐步淘汰,而细水雾作为灭火剂对于环境的潜在优势使其应用范围在不断的拓展,细水雾灭火系统用于居住建筑、可燃性液体储存设施及电器设备方面的研究,已经取得了令人鼓舞的成果。

1993年,来自工程界和科研部门、细水雾系统的制造商、保险公司、行政管理部门和工业用户的代表,组成了美国消防联合会细水雾灭火系统技术委员会(NFPA Technical Committee on Water Mist Fire Suppression Systems),该委员会开始编制用于规范细水雾技术的NFPA标准,作为设计和安装的依据。

1996年,在美国的马萨诸塞州波士顿市每年520-23日的年会上,细水雾灭火系统技术委员会提交了细水雾规范( NFPA 750, Standard on Water mist Fire Protection Systems),并获得了美国消防联合会的批准。该规范由国家标准协会于同年的718颁布,生效日期为89,同年的72696NFPA 750被批准为美国国家规范。


二、细水雾的定义

“细水雾”(water mist)是相对于“水喷雾”(water spray)的概念,所谓的细水雾,是使用特殊喷嘴、通过高压喷水产生的水微粒。在NFPA 750中,细水雾的定义是:在最小设计工作压力下、距喷嘴1处的平面上,测得水雾最粗部分的水微粒直径Dv0.99不大于1000μ(Dvf的含义:Dvf是水微粒直径,它的微粒子直径从0至某一微粒直径的累计体积与相应的总累计体积之比,如Dv0.99

按水雾中水微粒的大小,细水雾分为3级。第1级细水雾为Dv0.1=100μ同Dv0.9=200μ连线的左侧部分,这些代表最细的水雾。

2级细水雾,是第1级细水雾的界限与Dv0.1=200μ同Dv0.9=400μ连线之间的部分。这种细水雾可由高压喷嘴、双流喷嘴或许多冲撞式喷嘴产生。由于有较大的水微粒存在,相对于1级细水雾,2级细水雾更容易产生较大的流量。

3级细水雾为Dv0.9大于400μ,或者第2级细水雾分界线右侧至Dv0.99=1000μ之间的部分。这种细水雾主要由中压、小孔喷淋头、各种冲击式喷嘴等产生。

研究表明,扑灭 B类火灾水雾颗粒小于400μ是必需的,而较大的颗粒对于 A类火灾是有效的,这是由于燃料被浸湿。正因为如此,细水雾的定义包括了Dv0.991000μ。在NFPA 750中定义的细水雾,既包含了NFPA 15中定义的一部分水喷雾系统(Water Spray),又包含了在高压状态下普通喷淋系统(Sprinklers)产生的水雾。一般情况下,细水雾是指Dv0.9小于400μ的水雾。


三、细水雾的灭火机理及应用

细水雾灭火系统成功的关键,是增加单位体积水微粒的表面积。水微粒子化以后,即使同样体积的水,也可使总表面积增大。而表面积的增大,更容易进行热吸收,冷却燃烧反应。吸收热的水微粒容易汽化,体积增大约1700倍。由于水蒸汽的产生,既稀释了火焰附近氧气的浓度,窒息了燃烧反应,又有效地控制了热辐射。可以认为,细水雾灭火主要是通过高效率的冷却与缺氧窒息的双重作用。

细水雾水微粒直径大小的分布与灭火能力的关系是个复杂的问题。一般来讲,第1级和第2级细水雾用于扑灭液体燃料池内的火灾效果较好,而且不会搅动池内的液面。通常情况下,用第1级水雾扑灭A类可燃物是比较困难的,这可能是该细水雾不能穿透碳化层而浸湿燃烧物质。然而,因为细水雾的喷射速度很高,在燃烧处于表面或封闭空间内,有利于氧气减少的情况下,还是可以扑灭A类可燃物的。这说明,对于一定的燃烧物,细水雾的颗粒直径不是决定灭火能力的唯一因素。系统的灭火效果还与细水雾相对于火焰的喷射方向、速度和喷水强度等有密切的关系。

美国海军实验室(Naval Research Laboratory)曾对下列3种细水雾灭火系统的灭火效果做了一系列试验:单流低压系统(Single-Fluid Low-Pressure Systems)、 单流高压系统(Single-Fluid High-Pressure Systems)和双流系统(Twin-Fluid Systems)。

试验表明,单流低压系统产生较大的水微粒,在扑灭深层的A类火灾时,表现出良好的效果。这是由于其相对较大的流量(单流高压系统的3至4倍),产生了表面的浸湿作用,但减弱了系统扑灭受遮挡的火灾的能力。而单流高压系统的灭火效果则完全相反,由于较小的水微粒直径,提高了扑灭受遮挡火灾的能力,而减弱了扑灭深层的A类火灾时的效果。试验显示,大空间内受阻挡的火灾,当火灾处的氧气浓度降到18%以下时,火焰即可熄灭。

细水雾灭火系统与卤代烷或其它气体灭火系统相比,灭火时间要长得多,前者约为100-200秒,后者约为10-20秒。另外,封闭空间开口大小对细水雾灭火效果的影响较小,在敞开空间内,细水雾系统比气体灭火系统具有非常明显的优势。

火灾规模的大小,对细水雾灭火系统的灭火效果也有影响,燃烧猛烈的火灾较燃烧缓慢的火灾容易被扑灭。这是由于前者氧气消耗的快,并伴随有大量蒸气和紊流的产生。细水雾系统喷水的同时,火场的温度急剧下降,这有助于人工灭火并减少热量造成的财产损失。

关于细水雾的电气绝缘性,国外某公司曾用Securipex Fire-Scope 2000 细水雾灭火系统做过试验,将该系统喷入设有电动机、发电机和配电盘的封闭房间内,上述设备内部的电压为220~440V。结果显示,在释放过程中,电阻读数明显下降,但和通常一样,设备运转正常。在一般情况下,随着设备变得干燥,电阻值会恢复到正常值。细水雾系统能否用于电器设备,关键在于水雾微粒的大小。某一种类的细水雾系统用于电器设备时,应通过有关部门的认证。

细水雾系统可用于保护工厂贵重的生产设备、高层建筑内的油浸电力变压器室、自备柴油发电机房及其储油间和燃油、燃气锅炉房。高压及双流介质细水雾系统,可用于重要的高层建筑内的高、低压配电室,重要的电子通信设备机房,电厂的控制室,燃气涡轮机等场所。


四、细水雾灭火系统的分类

细水雾喷嘴,是含有一个或多个孔口,能够将水滴雾化的装置,它是系统中最为关键的部件。细水雾 喷嘴产生水微粒的原理为下列五种方式之一,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为水微粒子;液体流碰到固定的表面,因碰撞产生水微粒子;两股组成类似的水流相互碰撞,每股水流都形成水微粒子;液体振动或电子粉碎成水微粒子(超声波和静电雾化器);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)。

按不同的标准细水雾系统可分为下列系统:

低压系统,工作压力小于12.1bar (175psi);中压系统,工作压力为12.1bar (175psi)~ 34.5 bar500 psi高压系统,工作压力大于34.5bar (500psi)

局部应用系统(Local Application Systems),如保护蒸气涡轮机组轴承,炼油厂的热油泵;全淹没系统(Total Flooding Application Systems),保护整个防护区,如燃气涡轮机组机房。 1 psi=0.0689 bar , 1 bar=105 Pa

预制系统(Preengineered Systems),如压缩气体钢瓶驱动的双流系统,钢瓶及水罐有若干种规格,都是在工厂加工好的,设计中根据防护区面积的大小来选择;工程系统(Engineered Systems),其构成和工作方式类似常规的雨淋系统(Deluge Systems)。

单流介质系统(Single Fluid Media Systems) 和双流介质喷雾系统(Twin Fluid Media Systems)。单流介质系统,是仅以水为灭火剂,由一路管道供到喷嘴。系统由喷嘴,水泵雨淋阀,探测器及控制器组成。双流介质喷雾系统,水及雾化介质由不同的管路分别供给,并在喷嘴处混合、碰撞而产生水微粒子,该水雾喷嘴的外形见图3。雾化介质分为两路,一路用于推动储水罐内的水,另一路直接供到喷嘴。储水罐内的水处于常压,灭火时由高压气体推动而进入防护区。雾化介质是可以通过与水混合并产生细水雾的高压空气或其他气体。

实际工程中的细水雾灭火系统往往是上述几种分类的组合,现以应用较为广泛的Securipex Fire-Scope 2000细水雾灭火系统为例,该系统属于是低压、双流、预制式系统。喷嘴内气、水两种介质的工作压力5.5bar,产生水微粒尺寸为200μ,喷嘴的特性系数K=4.5L/min.bar1/2,推荐喷头间距为3.0m,相应喷水强度为0.95L/ min. m2

五、细水雾灭火系统的优缺点

优点,细水雾技术可以利用其含氮水汽将空气与易燃物有效的隔开,从而能快速的防止火势蔓延和恶化。其喷出的高速水雾,也可以高效的清洗空气中的烟雾,有利于被火势围困人员的撤离。而且由于其速度快,所以其穿透力里极强,能直达火源的根部,将火势彻底的控制和扑灭,有效的防止了火源的再次复燃。而且,整个细水雾系统只有其喷嘴比较昂贵,所以相对其它灭火器材而言,细水雾灭火器材的性价比较高。而且在整个灭火过程中,细水雾技术对水的利用率也很高,产生的水渍也较少,并且,完全绿色环保。除此之外,细水雾系统也有适应领域广的特点,如电子火灾、森林、危险固液气体火灾等,在这些较为复杂且火势较难以控制的地方,细水雾系统都能够起到很大灭火作用。

缺点,影响细水雾灭火系统的工作效能的因素主要有两个,一是看能否产生足够小且速度快的水微粒,二是看能否将水雾发散到足够广的空间。要满足着两个要求,一方面对喷嘴的抗压能力很高,所以细水雾系统在造价方面要比传统的水喷淋灭火系统昂贵。另一方面,对水质要求很高,因为如果水质较差,会造成喷嘴堵塞,不仅会影响喷嘴的性能,还会对喷嘴造成损坏。细水雾系统相对于一些气体灭火系统,灭火的时间较长。而且不适用于一些会与水发生强烈反应的物体,比如固体钾、氢氧化钠等。

水,作为最原始的灭火剂,因其本身的特性所致,在某些场所的应用受到限制,人们开始寻找哈龙、二氧化碳等灭火剂,但在环保日益受到重视的今天,水又重新受到重视。只要扬长避短,深入研究,水一定会在消防领域发挥更大的作用。