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高壓細水霧系統在電力工程中的應用探究工學論文
摘 要：簡述了細水霧系統的發(fā)展歷程及其對水噴淋系統的技術突破點，以我國(天消所及南京消防器材廠等)研制的氣水銅管高壓、中壓兩相流預安裝細水霧系統實體滅火實驗為依據，闡述了該系統的成霧原理、滅火機理、滅火效能、工程應用范圍及其與氣體滅火系統和水噴霧滅火系統的工程造價比，確定了該系統替代鹵代烷和二氧化碳系統的可能性，展示了該系統遠大的工程應用前景。同時,根據該系統在我國國內發(fā)展的現狀,提出現階段及今后的應用構想。
關鍵詞：細水霧；變壓器；滅火系統
1 水霧霧徑的分級標準、細水霧系統的分類和細水霧成霧原理
1.1 水霧霧徑的分級標準
�、佗窦壦F(國內稱為超細水霧)，DV0.1=100微米, DV0.9=200微米,這是最細的水霧,適用于撲滅B類易燃液體及電氣等火災。②Ⅱ級細水霧(國內稱為細水霧)，DV0.1=200微米, DV0.9=400微米,由于霧滴尺寸稍大,霧流動能大,較易到達燃燒面,因此,適用于撲滅B類易燃液體火災、A類固體可燃物及電氣等火災。③Ⅲ級細水霧(國內稱為普通水霧,即一般的水噴霧)，DV0.1＞400微米, DV0.9≤1000微米,霧滴大,因此,適用于撲滅A類固體可燃物、電氣及B類易燃液體等火災。
研究證明,霧滴尺寸并不能評判水霧的滅火能力�；馂哪芊駬錅�,取決于燃料的性質,封閉空間效應,水霧強度及水霧速度(動能)等多種因素.對給定的保護對象而言,水霧霧滴尺寸不是評判水霧滅火能力和適用性的唯一依據,還與水霧相對于火羽流的噴射方向,水霧強度和噴射速度有關。撲滅B類易燃液體火災的有效霧滴尺寸應＜400微米,而較大尺寸的霧滴則更適用于撲滅A類固體可燃物。
1.2 細水霧系統的分類
細水霧系統經過了從船用到陸用的變化，加之目前國際上尚無統一的產品標準可依，因此該系統種類繁多,一般可按系統工作壓力、流相、應用方式、工作方式、安裝方式和動力來源大致劃分為六大類十六種系統。
細水霧系統按工作壓力分為低壓（﹤1.21Mpa）、中壓（1.21～3。45Mpa）、高壓（﹥3。45Mpa）系統；按系統的流相分為水單相流系統和氣水雙相流系統；按系統的應用方式可分為全淹沒系統和局部應用系統；按系統的工作方式可分為雨淋系統、濕式系統、預作用系統和干式系統；按系統安裝方式可分為單元獨立系統和組合分配系統；另外，根據動力來源又可分為氣動式和泵式系統…現在國內企業(yè)開發(fā)的主要是氣水同管高、中、低壓兩相流預作用細水霧系統，本文以下均指此類系統。
1.3 細水霧成霧原理
噴嘴是將水流進行霧化并實施噴霧滅火的重要部件，是整個細水霧系統唯一的高技術產品，也是細水霧系統成敗的關鍵。國內各廠家的噴嘴外形各不相同，但成霧原理卻大同小異，現以天消所1MC6MB-1.4型高壓噴嘴為例，說明噴嘴的構成：一般來講，噴嘴大致由進氣口、進水口、噴頭體、濾網、氣水混合室、彈簧、噴嘴芯和噴嘴孔等八個零件構成。一定壓力的水——氮氣兩相流通過濾網進入噴嘴后，在壓力的作用下沿彈簧、噴嘴和噴嘴芯圍成的螺旋空間高速旋轉運動，氣水兩相流達到噴嘴小孔后水被完全擊碎，沿噴嘴出口錐面射出，形成極微小的霧滴。
2 細水霧系統的構成和細水霧系統滅火機理
以氣水同管高壓兩相流預作用細水霧系統為例（中、低壓系統與其類似），系統由氮氣瓶、儲水瓶組、控制閥、瓶架、管道、噴嘴、報警控制器和探測器構成，各部件功能及主要參數見表1。
2 細水霧系統滅火機理
�。�1）高效吸熱。
由于細水霧的粒徑在40～200μm范圍內，比表面積較一般水滴大1700倍，在火場中能完全蒸發(fā)。按100℃水的蒸發(fā)潛熱為2257kJ/kg計，每只噴嘴噴出的水霧吸熱功率約為300kW，可見其吸熱效率之高、冷卻效果之強。
�。�2）窒息。
細水霧噴入火場后，迅速蒸發(fā)形成蒸汽，體積急劇膨脹，排除空氣，在燃燒物周圍的形成一道屏障阻擋新鮮空氣的吸入。當燃燒物周圍的氧氣濃度降低到一定水平時，火焰將被窒息、熄滅。
�。�3）阻隔輻射熱。
細水霧噴入火場后，蒸發(fā)形成的蒸汽迅速將燃燒物、火焰和煙羽籠罩，對火焰的輻射熱具有極佳的阻隔能力，能夠有效抑制輻射熱引燃周圍其它物品，達到防止火災蔓延的效果。
3 細水霧系統適用范圍、應用場所及工程造價
細水霧系統的適用范圍是由細水霧的霧滴直徑及滅火機理決定的。傳統的水噴淋系統必須使水滴具備足夠的初始沖量，克服上升熱氣流和煙羽區(qū)的上升浮力，并迅速穿過，盡量降低蒸發(fā)損失，將足夠數量的水送達燃燒物體表面，經流淌、浸潤和滲透，使燃燒物體表面冷卻，逐漸減少可燃物汽化速率和汽化量，達到滅火目的。因此，水噴淋系統主要用來撲滅一般固體火災，很難撲滅可燃液體火災，而且由于其水滴不能過小，在空中極易連續(xù)，所以也不能用來撲滅電氣火災。細水霧系統雖然可視為水噴淋系統的拓展，但二者在滅火機理上卻大相徑庭。細水霧系統是通過冷卻上升熱氣流和煙羽區(qū)、驅逐燃燒物周圍的氧氣、隔絕輻射傳導進行滅火。因此，不論燃燒表面是固態(tài)還是液態(tài)甚至氣態(tài)均能有效滅火。
細水霧系統在備用狀態(tài)時儲水瓶為常壓，克服了氣體系統難以解決的泄露問題，工程應用十分便捷，日常維護工作量和費用較氣體系統大大降低。另外，ABB Strǒmberg Research Centre進行的帶電噴放細水霧試驗表明，細水霧具有良好的電絕緣性能�？梢姡撓到y的適用范圍非常廣泛，一般包括：A類火災中一般固體物質表面的火災、B類火災、C類火災和電氣火災。
我國規(guī)范規(guī)定，變壓器室和高低壓電氣設備間多采用鹵代烷1211、1301或CO2全淹沒系統進行保護。幾乎每座建筑都有這兩種場所，因此在這兩種場所中鹵代烷或CO2的使用量相當可觀，也是哈龍?zhí)娲闹攸c。一般這兩種場所的容積較�。�200～500m3）、封閉性較好，除變壓器和電氣柜外無其它可燃物品，非常適合細水霧系統的使用。根據資料，以一臺1000KVA室內變壓器（外型尺寸2230′1595′2610mm，油重1485Kg，變壓器室7′7′5.1m）為例，分別采用鹵代烷1211、1301、高壓CO2、水噴霧和細水霧系統保護，滅火劑用量及工程造價對比情況見表2（不計入報警系統）。
4 民用變壓器典型實體滅火實驗（引自天消所消防鑒定用滅火試驗）
4.1 實驗條件與控制
被保護對象為民用315KVA油浸式電力變壓器，放置在燃燒實驗室（7′7′3.5m）中央，底部放置1.8′1.0′0.15m鋼制油盤，模擬集油坑。在變壓器儲油箱內放入清水，水面距箱頂15cm，再到入30L柴油。在器外表面、散熱片及油枕外表面均勻潑灑9L變壓器油，進行實體燃燒滅火實驗。滅火系統為WMU150型細水霧系統，儲水量3′50L，氮氣壓力1.5MPa。噴嘴布置在距地面3.5m高的頂棚下，水平間距為2.2′2.2m。噴嘴為1MC6MB-1.4 型，共4只。
實驗采用浸潤100ml汽油棉紗團4個，分別放置在變壓器底部四個對角處，預燃108s，頂棚最高溫度已達195℃。系統啟動開始噴霧時，頂棚溫度升至220℃，然后迅速下降，經25s達到平均100℃，輻射熱下降56%，此時已無火焰。再經20s頂棚溫度降至60℃，輻射熱下降30%。為防止復燃，連續(xù)噴放水霧10min。滅火后，器體內油未燃燒，器表潑灑的油損耗約30%，變壓器和油盤無損壞和變形。
4.2 實驗結果分析
（1）細水霧進入火場后迅速吸收熱量降低被保護對象及環(huán)境溫度。產生的大量蒸汽能夠阻擋物質燃燒對新鮮空氣的吸入，切斷氧氣補充，窒息火焰。而且阻隔輻射熱的能力十分顯著。（2）系統滅火用水量極小，在相同的滅火時間內僅相當于水噴淋系統用水量的5%。（3）細水霧具有良好的電絕緣性,對撲滅電氣火災十分安全。
4.3 實驗結論
�。�1）氣-液同管兩相流高壓細水霧系統可保護250m3的封閉空間。實測細水霧霧滴平均直徑在40~150μm范圍。（2）該系統以水為滅火劑，能夠迅速有效地撲滅柴油、變壓器油、汽油等B類火災。（3）該系統可作為鹵代烷替代系統，其經濟性能比優(yōu)于鹵代烷系統和CO2系統。（4）該系統比較適用于室內油浸式電力變壓器的保護。（5）該系統滅火后造成的水漬損失極小，對人體、保護對象及環(huán)境無任何損害與污染。
5 展望
總的來說,沒有可供設計和驗收的統一的標準是現階段細水霧滅火系統應用的最大困難。從環(huán)保及經濟角度來看,細水霧系統絕對優(yōu)于鹵代烷和二氧化碳系統，必將成為二者最好的替代品。由于電力工業(yè)用細水霧系統產品尚處于實驗到應用的初期過渡階段,該產品的試用對業(yè)主,設計及消防驗收部門均存在一定的風險問題。為此，我個人提出自己的看法：根據消防的原始定義即保護國家和人民的生命財產安全，電力行業(yè)火災基本不涉及人員生命安全問題，國家財產則由廠家提供產品保險：變壓器起火后，細水霧系統不能有效滅火則賠償業(yè)主滅火系統及起火變壓器相應費用，在業(yè)主同意的條件下,采用專家鑒定會的形式，按現有實驗數據,集體研究討論確定設計驗收參數,按新產品試行方式進行特殊試點應用。在法律允許及征得業(yè)主同意的情況下，我個人認為只要仿真實驗結果圓滿，設計驗收應用參數充分，近期就能在工程中進行應用。如果為了保險起見，只有待該產品應用成熟，國家出臺相關標準后再行應用。
長遠來看，由于現在的細水霧滅火系統為氣動式系統，采用高壓N2氣瓶為系統動力源，存在動力源失效的隱患，為保證系統的高可靠性，建議制造廠家研究泵式系統，滅火劑隨用隨加，動力采用穩(wěn)壓低流量高揚程水泵，充分滿足系統滅火用量。如能近期實現這一目標，必將為細水霧系統的應用掃除產品本身的一切缺陷，為產品的推廣提供廣大的空間。
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