某铁路深埋地下车站水消防方式研究

摘要： 本文分析了目前铁路消防主要采取的消防系统分类及特点，研究了高压细水雾消防系统灭火机理及作用。结合具体铁路深埋地下车站消防系统，研究采用高压细水雾灭火系统的保护范围、系统组成等设计参数，并初步对设备进行选型，为深埋地下车站的水消防方式提供了新思路。

关键词： 深埋地下车站；消防系统；高压细水雾；灭火机理

中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）04-0095-03

1 概述

目前，我国国铁或地铁项目的地下车站埋深超过一百米的地下站在国内无建成的项目，如何选择此类车站的消防方式及消防系统，保证车站的消防安全尤为重要。正在进行研究的某铁路车站埋深超过一百米，本研究以此地下站为研究对象，对深埋地下站的水消防方式进行探讨，对采用高压细水雾灭火方式进行研究。

本地下站建筑主要由站厅层、站台层、出入口通道、疏散缓冲层、地下集散厅、风亭及地面厅组成。车站总建筑面积52708m2，车站主体建筑面积35676m2，其中站厅层面积20392m2，站台层面积15284m2。出入口通道面积6326m2，疏散缓冲层面积2765m2，地下集散厅建筑面积3724m2，地面站房建筑面积3724m2，风亭建筑面积493m2。

本车站拟采用地下三层侧式站台车站，地下一层为疏散缓冲层、地下二层为站厅层，地下三层为站台层。

2 消防灭火系统的分类及特点

水的灭火作用机理：

冷却作用，水的热容量和汽化热很大。水喷洒到火源处，使水温升高并汽化，就会大量吸收燃烧物的热量，降低火区温度，使燃烧反应速度降低，最终停止燃烧。

对氧气的稀释作用，水在火区汽化，产生大量水蒸气，降低火区的氧气浓度。当空气中的水蒸气体积浓度达到35%时，燃烧就会停止。

水流冲击作用，从水枪喷射出的水流具有速度快、冲击力大的特点，可以冲散燃烧物，使可燃物相互分离，使火势减弱。快速的水流，带动空气扰动，使火焰不稳定或者冲断火焰，使之熄灭。

在扑灭水溶性可燃液体火灾时，水可与可燃液体混合后，可燃液体的浓度下降，液体的蒸发速度降低，液面上可燃蒸气的浓度下降，火势减弱，直至停止。

2.1 消火栓系统 消火栓给水系统根据服务对象的不同分为城市消火栓给水系统、建筑室外消火栓给水系统和建筑室内消火栓系统；按照压力和流量是否满足系统要求，室内消火栓给水系统可分为常高压消火栓系统、临时高压消火栓系统、低压消火栓系统三种类型。

2.2 自动喷水灭火系统 自动喷水灭火系统是一种能够在火灾发生时自动启动并喷水达到灭火效果，同时发出火警信号的灭火系统，它具有工作性能稳定、适应范围广、安全可靠、控火灭火成功率高、维修简便等优点，可用于各种建筑物中允许用水灭火的保护对象和场所。

2.3 气体灭火系统 气体灭火系统是指以液化气体或非液化气体作为灭火介质的灭火系统。目前市场上常见的气体灭火系统主要有以下几种：卤代烷1301、高压二氧化碳、低压二氧化碳、七氟丙烷、IG 541等，其中尤以IG541、FM200及CO2灭火系统应用较多。

3 高压细水雾灭火系统

细水雾的定义：在最小设计工作压力下产生的，距喷嘴1m处的平面上，雾滴累积体积分布参数Dv0.998MPa。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，其灭火机理及主要作用如下：

3.1 冷却作用：由于细水雾的雾滴直径很小，仅为40-400μm，例如：1升水被分割为粒度是1mm的小水滴时，其表面积之和增大124倍；被分割为粒度是100μm的小水滴时，其表面积之和增大1240倍。细水雾的蒸发涉及传热和传质两个过程，热量通过热传导和对流从周围“烟气”转移到雾滴表面。雾滴速度越快，直径越小，水滴单位面积吸热越大，传热效率越高；在实质火灾中，水将在可燃物表面发生膜沸腾，雾滴有接触固体表面前就向四周扩散，并在下测形成一薄气层，最后反弹。

3.2 惰化作用：细水雾喷入着火物后，迅速蒸发，体积急剧膨胀1700多倍。在此过程中水蒸气能限制火焰向外传播，并使被“包围”的火焰窒息，对相对封闭空间而言，雾滴汽化前，氧含量为21%，氮含量为79%，随着细水雾的迅速汽化，分压增加，使火源周围空间氧体积含量减少至16%-18%时，火焰将被窒息，燃烧即会因缺氧而受到抑制或中断。

3.3 阻隔热辐射作用：水有吸收热辐射的能力，在灭火时，细水雾蒸发形成的蒸汽迅速将燃烧物、火焰和烟羽笼罩，产生高强度的吸热屏障，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。

3.4 洗涤作用：高压单流体细水雾灭火系统还具有对烟雾、废气的洗涤作用。

4 具体工程研究

4.1 保护范围 本方案保护范围分为车站和区间隧道两部分。车站包括地面站房、地下集散厅、楼梯、缓冲层、站厅层、站台层及站台层下面的电线电缆等区域。

4.2 系统组成 高压细水雾灭火系统主要由高压细水雾泵组、细水雾喷头、区域控制阀组、不锈钢管道、高压细水雾灭火喷枪等组成。

4.3 系统工作原理

4.3.1 开式系统工作原理 在准工作状况下，细水雾系统从泵组出口至区域阀前的管网内，维持一定压力，当压力低于稳压泵的设定启动压力1Mpa时，稳压泵启动，使系统管网维持稳定压力（1-1.2）MPa，稳压泵运行超过10秒钟后压力仍达不到1.2MPa时，主泵启动，稳压泵停止。如图1所示。

4.3.2 闭式湿式系统工作原理 准工作状态下，整个管网中充满水，压力维持在1.0-1.2MPa。发生火灾时，闭式喷头玻璃泡的温度达到动作温度，玻璃泡破碎，管道压力下降，稳压泵启动，稳压泵运行10s后压力仍达不到设定的1.2MPa时，主泵启动同时稳压泵停止运行，主泵向管道供水通过喷头喷放细水雾灭火，同时流量开关反馈信号至控制中心。如图2所示。

4.3.3 固定式喷枪灭火原理 固定式喷枪每隔30m设置一个，发生火灾时，展开卷盘，打开喷枪扳机，管道压力下降，高压细水雾主泵自动启动，实施灭火。

4.4 系统设备选型

4.4.1 替代消火栓系统时，高压细水雾喷枪系统用水量按照同时使用4支喷枪流量计算，为141L/min，在站厅层的泵房内设置一套PAH63-3（两用一备）的高压细水雾泵组，其中高压泵（两用一备）Q=86L/min，H=14MPa，N=26Kw；稳压泵（一用一备）Q=11.8L/min，H=1.4MPa，N=0.55kw。增压泵一用一备CDL8-4，Q=9m3/h，H=34m，N=1.5kw。根据喷雾3h的要求，系统储存26m3的消防用水量。

4.4.2 站台层、站厅层及站台板下的电力电缆跨线隧道、电力电缆沟共用一套泵组，泵组流量根据保护区域的最大流量确定。闭式湿式系统按140m2作用面积内同时动作喷头数之和计算，环控机房为最大流量区域，流量为359L/min；开式系统根据最大保护区域内同时动作的喷头数确定，得出轨行区流量最大为392.7L/min。

4.4.3 区域隧道设置泵组，泵组流量为分区应用系统内同时动作喷头数与2支喷枪流量之和。开式系统流量是1465.2L/min，喷枪流量是70.4L/min，最终流量是1535.6L/min，设置2套PAH80-8高压细水雾泵组，其中高压泵（七用一备）Q=112L/min，H=14MPa，N=30Kw，稳压泵（一用一备）Q=11.8L/min，H=1.4MPa，N=0.55Kw。增压泵一用一备CDL85-20，Q=100m3/h，H=36m，N=15kw。系统消防储水93m3。

4.4.4 消防总储水量是细水雾喷枪与自动灭火系统合建，总储水量约为141m3。

5 结语

本次研究，提出了在深埋地下站内采用高压细水雾的消防灭火系统，初步确定了高压细水雾灭火系统的布置形式、系统构成、设备选型等设计参数，为深埋地下车站的水消防方式提供了新思路。

参考文献：

[1]GB50016-2006，建筑设计防火规范[S].

[2]GB50084-2001，自动喷水灭火系统设计规范[S].

[3]DB/J01-74-2003，细水雾灭火系统设计、施工、验收规范[S].

[4]NFPA 750-2006《Standard on Water Mist Fire Protection Systems 2006 Edition》.