毛泽晨
(无锡地铁集团有限公司,214000,无锡∥助理工程师)
地铁是典型的地下公共建筑空间,是各种灾害易发、控制极其困难、灾害损失重大的公共场所,其中火灾成为比例最高的灾害。地铁火灾具有火灾蔓延快、浓烟积聚不散、烟气毒性大、温度上升快、消防救援和疏散困难等特点,而且地铁火灾中的人员伤亡,不是被火烧伤或烧死,而是因烟气浓重而窒息或中毒,特别是群死群伤的火灾事故,火灾烟气更是罪魁祸首。
地铁列车是地铁系统中的重要火灾危险场所,由于列车电网、电器系统故障产生电弧或火花、整流器触头在油中短路、动力电力短路等原因,导致列车起火。列车一旦发生火灾,首先须尽一切可能将火灾列车行驶至车站,以利于乘客疏散。与此同时,列车火灾产生的烟气、高温会危及列车上疏散的乘客以及站台公共区候车乘客的生命安全。
本文结合某地铁项目实际应用需要,开展了轨行区高压细水雾应用实体火灾试验,通过定性定量分析,验证了轨行区高压细水雾消烟、释毒和降温的有效性,为实际应用提供了理论基础。最后给出了高压细水雾系统设计方案,供同行借鉴和参考。
通过实体火灾试验,验证地铁车站轨行区高压细水雾消烟、释毒和降温的有效性,为地铁车站轨行区高压细水雾系统的优化设计提供依据。
1.2.1 试验空间及布置
根据某地铁工程车站屏蔽门限界图,高压细水雾喷嘴设置在屏蔽门内侧(即轨行区内,如图1所示),采用微型喷嘴的布置方式。
试验空间的长(站台长度)×宽×高约为140.0 m×8.8 m×3.8 m,包括轨道区和单侧站台。轨道区内放置一节普通A型列车车厢。列车单节厢长22 m,宽3.0m,高2.6 m。列车车厢底部距离轨道约为1.0m,模拟地铁列车在站内停车。地铁站台、轨道行车区在试验隧道中的位置见图2。
试验轨行区的屏蔽门长度为25 m,不少于3个标准门的长度。
图1 轨行区屏蔽门外侧微型喷嘴布置示意图
图2 地铁站台、轨道行车区在试验隧道中的位置
1.2.2 火灾模型
轨行区设置高压细水雾是对列车火灾烟气实现降温释毒和消烟作用,为人员逃生创造安全、可靠的环境。本次试验采用下列火灾模型:起火点位于车厢内地板中间位置,距离车门3 m;火源类型为松木、泡沫塑料和海绵组成堆垛火;设计火源功率约为1 MW。火源采用93#汽油引燃。引燃油盘尺寸为500 mm×500 mm×20 mm,引燃油量为100 ml。
1.2.3 试验要求
(1)屏蔽门打开,高压细水雾喷放后,站台侧6 min内2 m以下空间内的烟气温度不超过60℃,2 m以上空间平均烟气温度不大于200℃。
(2)屏蔽门打开,高压细水雾喷放后,站台侧烟气6 min内CO的质量分数平均值比车厢内CO的质量分数最大值降低75%以上,绝对的质量分数不大于2 000×10-6;CO2的质量分数不超过3%,氧气的质量分数不低于15%。
(3)屏蔽门打开,高压细水雾喷放后,站台侧试验小白鼠的存活率100%。
采用某知名品牌高压细水雾灭火装置,泵组最大输出压力为14.0MPa,最大输出流量为224 L/min。采用微型喷嘴沿屏蔽门外侧布置在行车隧道的屏蔽门顶部(见图3、图4),喷嘴距离屏蔽门外表面约300 mm。其中活动门处的喷嘴流量系数K=0.113(型号:1918),喷嘴间距为0.5 m,固定门处的喷嘴流量系数K=0.042(型号:1910),喷嘴间距为1.0m,喷嘴工作压力为10 MPa。喷嘴距离站台地面高度约3.0m。喷嘴的轴心线与铅垂线的夹角可调(5°~15°),喷射方向指向屏蔽门。
图3 地铁站台轨道行车区细水雾保护试验横截面布置示意图
图4 地铁站台轨道行车区细水雾保护试验布置俯视示意图
(1)在列车车厢内与站台上部共设置K型热电偶15只(见图5),实时测量细水雾喷放前后车厢内烟气温度和站台上部的温度,分析细水雾对火灾烟气的降温作用。
(2)在列车车厢内和相邻站台内各设置1个M900烟气分析仪,实时测量烟气组分浓度、分析细水雾对火灾烟气毒性的消减作用。烟气采样器距地高1.6 m,距离屏蔽门内外0.3 m。
(3)在车箱内部设置试验白鼠箱2个,分别位于火源区和远离火源区,检测车厢内烟气毒性。在站台侧距屏蔽门0.3 m处各设置试验白鼠箱1个,检测烟气通过细水雾后的毒性。试验白鼠箱距地高度为1.8 m。
(4)在细水雾管路末端安装Y150压力表(25 MPa、2.5 MPa,1.5级),测量最不利点喷头工作压力。
图5 数据采集界面中的热电偶布置图
(1)试验准备,开启数据采集系统,使其处于正常工作状态,录像机开始摄录。
(2)在固定可燃物底部放置引燃油盘,点燃油盘,观察并记录开始冒烟、起火时间。
(3)点火1 min后启动高压细水雾系统(手动打开区域控制阀),同时启动隧道排烟风机(车站排烟风机关闭)。
(4)点火3 min后打开屏蔽门(屏蔽门初始为关闭状态),观察并记录烟气蔓延,记录的火场温度-时间曲线、烟气浓度-时间曲线。
(5)观察并记录在试验过程中试验白鼠的活动情况,试验结束后对试验白鼠的生理健康状态进行统计。
(6)点火9 min后,采用高压细水雾灭火枪对火源实施人工灭火。
(7)启动车站排烟风机清洁试验场地。
(1)起火车厢内近火源2只白鼠全部死亡,判断为烟气毒死,非起火相邻车厢内2只白鼠及站台侧2只白鼠正常。
(2)烟气组分的质量分数曲线详见图6~图8。
图6 起火车厢内O2、CO和CO2的质量分数变化曲线
图7 紧邻起火车厢站台侧O2、CO和CO2的质量分数变化曲线(距地面高度1.5 m)
图8 紧邻起火车厢站台侧O2、CO和CO2的质量分数变化曲线(距地面高度2.0m)
(3)火场温度曲线详见图9~图11。
图9 起火车厢和邻近车厢内温度变化曲线
(1)首先从图7、图8可以看出,站台侧1.5 m和2.0m高处的氧浓度在整个过程中始终保持较高的水平,有毒气体CO的去除率均达到了90%。从图7可以看出,火灾中高压细水雾喷放时车厢内的O2的质量分数还有一定回升,降低火势的同时也降低了CO和CO2的质量分数。
(2)其次通过对比起火车厢和非起火车厢屏蔽门内外侧的温度(图10、图11)可以看出站台侧最高温度不超过60℃,相比车厢内200℃以上的温度降温作用明显。
图10 非起火车厢屏蔽门内外侧温度变化曲线
图11 起火车厢屏蔽门内外侧温度变化曲线
(3)最后试验通过在屏蔽门内外侧放置了小白鼠,定性地验证了高压细水雾滴对烟气的洗刷作用。
综上所述,当列车车厢起火后到达站台进行人员疏散时,高压细水雾系统可以有效组织列车内烟雾向站台扩散。同时,细水雾滴在车厢内还有明显的卷吸作用,对提高车厢内的含氧量、减低有毒烟雾浓度也有积极作用。轨行区高压细水雾的设置对站台一侧的生命安全起到很好的防护,对列车内乘客的逃生起到积极的作用。
某地铁项目的轨行区,分上行和下行2侧,单侧长度为115 m。
(1)系统持续喷雾时间30 min;
(2)开式系统的响应时间不大于30 s;
(3)最不利点喷头工作压力不低于10 MPa;
(4)在轨行区的屏蔽门开门处设置K=0.113的微型喷头,q=1.13 L/min,微型喷头的安装间距不大于0.5 m,其他区域设置K=0.042的微型喷头,q=0.42 L/min,微型喷头的安装间距不大于1.0m。
单侧轨行区的喷头配置为:96只K=0.113的微型喷头,76只K=0.042的微型喷头。开式系统流量按照防护区内同时动作喷头流量之和的1.05倍进行计算,系统设计流量为147.4 L/min,考虑10%冗余量。最不利点喷头最低工作压力为10 MPa,采用Darcy-Weisbach(达西-魏斯巴赫)公式计算,系统设计工作压力H=12.5 MPa。
当进站列车发生火灾时,车控室接到火灾信号后,可立即启动轨行区的高压细水雾系统,以利于车厢人员迅速疏散、逃生。
在轨行区阀组箱内设有手动启动按钮,当进站列车发生火灾时,工作人员也可手动开启轨行区的高压细水雾系统。
应急启动:当发现进站列车发生火灾时,控制室和手动启动出现故障时可通过区域控制阀的手柄,打开控制阀启动系统喷放细行水雾。
高压细水雾系统以其“高效降温、快速灭火、净化烟气、多次灭火、用水量小、绿色环保”等技术优势,在国内外被广泛应用于轨道交通(车站设备房及车辆)、大型数据中心、电力系统等领域。本文结合某地铁项目的实际需要,采用高压细水雾系统技术,最大程度降低列车火灾对站台公共区的火灾风险,改善维生环境,为人员疏散和消防救援创造条件,从而进一步提高整个地铁车站的综合防灾能力。
[1][1]倪照鹏,邱培芳.对建筑物性能化防火设计与评估机制的思考[EB/OL].(2011-07-12)[2013-11-15].http://wenku.baidu.com/link?url=Agog92-iKvkbfrG-BKPul7-q77AUKL HON10V1iWMn_u2sqghfHKyyKzHJBbqhQaIdFbWWM7tv tazS9RJnMIWvPLilfnIWto9Ja7w9iFLrGe.
[2]李晓东.高压细水雾自动灭火系统在地铁列车中的应用[J].城市轨道交通研究,2012(12):108.