1、细水雾灭火技术在隧道运营中的应用前景与挑战摘要：隧道在交通运输中所起作用越来越大，对火灾安全提出了更高的要求。细水雾灭火是一种高效无毒的绿色灭火剂。本文对目前细水雾灭火技术应用于隧道中的研究工作进行了总结与分析，指出其在隧道中应用具有很大的应用前景。 关键词：细水雾；隧道；灭火 中图分类号：TU47 文献标识码：A 随着经济的发展，铁路、公路在交流运输中的作用越来越显著，隧道作为铁路、公路沿线的重要组成部分，在交通运输中的地位也越来越重要。隧道是车辆经过场所，随着人们收入水平的提高，家庭车辆保有辆逐年增加，隧道内车辆通过的密度也呈现越来越大的趋势。隧道内（尤其是公路隧道）一旦发生火灾，极易造成
2、群死群伤、财产损失等严重后果。 国内外，曾多次发生隧道着火的情况。一旦发生公路隧道火灾，会造成极其严重的人员伤亡及经济财产损失。例如，发生于 1999 年 3 月24 日的勃朗峰隧道火灾，火灾的起因是一辆载有面粉与黄油的比利时卡车在隧道中部失火，引燃附近其他车辆。此次特大火灾中共造成 41 人死亡，36 辆汽车被烧毁，火灾期间隧道内温度高达 1000，持续燃烧 55 小时。1999 年 5 月 29 日，位于奥地利境内的托恩隧道发生火灾，该隧道全长 8500m，造成火灾的原因是一辆大卡车与四辆小汽车相撞。此次火灾共造成 13 人死亡，烧毁车辆 34 辆，隧道内结构被破坏长度达 600m3。 由
3、于隧道通常几何结构复杂、通风条件较差、燃烧物化学反应普遍强烈、热量传递剧烈等影响，隧道火灾蔓延快、温度上升快、浓烟聚积不易散、人员疏散困难、不易扑救。因此给隧道火灾安全提出了更高的要求。目前民用建筑通常的防火控火策略，按层次分为三层：第一即选用阻燃材料；第二，火灾探测与报警，要求火情探测必须及时、准确，灵敏度高，响应快速，选用更为准确和智能的探测器，目前运用较多的是热探测器、烟探测器和光探测器等；第三，有效灭火，当火灾发生并被火灾探测器检测到后，要求灭火剂能快速高效的灭火。因此对灭火剂的研究也显得尤为重要。 本文主要对细水雾灭火技术应用于隧道的优势与面临的技术问题进行总结和分析，并给出相应的建
4、议措施。 一、隧道中细水雾灭火应用的优势与可行性 目前隧道中的灭火方式较多，常见的有水喷淋灭火，惰性气体灭火、泡沫灭火和哈龙灭火剂灭火。各种灭火方式的灭火原理不同，优缺点也不同。水喷淋灭火成本较低，但通常采用全淹没方式灭火，耗水量大，容易对保护区的人和物产生次生危害。二氧化碳具有成本低，没有灭火后的副产物出现等优点，缺点是效率低，浓度较高时有毒，同时二氧化碳会造成温室效应。以氮气为典型代表的惰性气体灭火剂，无色、无味，耗氧潜能值和温室效应值均为零，在灭火过程中没有分解产物。但其灭火后容易与空气混合，从而降低氧浓度，对人的呼吸有影响，严重时会导致人缺氧而窒息。泡沫灭火剂绿色环保，主要用于扑灭 A
5、 类和 B 类火，其主要缺点是对保护对象会造成不可逆的损害，同时不方便清理。卤代烷灭火剂（也称哈龙灭火剂）由于灭火效率高，可扑灭多种类型火灾，是 20 世纪 90 年代以前应用最广泛的灭火剂。但哈龙灭火剂破坏臭氧层，蒙特利尔条约明确规定要逐步取代8。因此，人们正在大力研发哈龙替代灭火剂。目前，对新型灭火剂的要求是其不仅能高效的灭火，而且要对设备影响小、对周围环境影响小、对人员伤害小。 传统的水喷淋系统主要依靠吸热冷却方式来控制火灾，而细水雾灭火系统则是通过高效吸热、窒息和阻隔热辐射等方式共同作用来抑制或扑灭火灾。与已有的气体灭火系统和水喷淋灭火系统相比，隧道中细水雾灭火具有如下突出优点： 1）
6、作为灭火剂的水价格低廉，来源广泛； 2）对人员安全，无危害； 3）能有效扑灭 A、B、C 三类的火灾，对电气设备安全； 4）灭火效率高，耗水量少； 5）降温作用强，能有效地阻隔辐射热的作用。 6) 灭火后不会带来额外的有害或有毒气体，并对火灾产生的烟雾有吸附和洗涤作用。 因此，细水雾灭火系统普遍被认为是最具有发展前景的灭火系统之一。细水雾是利用比表面积极大的高密度雾流进行灭火的，其主要灭火机理为： 1. 细水雾对燃烧核心区的冷却 水的比热容大，水雾颗粒越小，蒸发越快，吸收热量越大。水雾吸热的方式主要是沸腾传热。沸腾传热发生在雾滴与周围环境温度差 TS大于 200的范围。沸腾传热的前提条件是水雾
7、必须有足够的动量，能够穿透热气流场进入火焰区和燃烧表面。 2. 细水雾对气态燃烧产物的冷却 燃烧过程将产生大量的高温气流，细水雾通过传导与对流实现对气态燃烧产物的冷却。细水雾的雾滴直径一般分布在 50200m 的范围内，1 升体积的水以雾滴形态喷出时的表面积要增大几千倍，细水雾在传热方面拥有巨大的优势。雾滴与高温气流相互作用，迅速吸热汽化，降低热气流的温度。 3. 细水雾对热辐射的衰减作用 灭火过程中，细水雾在燃烧区周围形成了高强度的吸热屏障，阻断热辐射的传递，降低了对燃料的热反馈。Coppalle 等人5的研究结果表明，细水雾对热辐射的衰减是吸热和散射共同作用的结果。当雾滴直径与热辐射波长处
8、于同一数量级时，水雾衰减热辐射的能力最强；当雾滴直径一定时，随着喷雾强度增大，衰减作用进一步增强。 4. 细水雾对火焰的窒息作用 细水雾直径较小，比表面积大，吸收热量后迅速汽化，变成水蒸气，体积增大到 1700 多倍。在这个过程中，水蒸气在火焰周围形成屏障，阻止新鲜空气进入，使燃烧区域的氧气浓度降低，燃烧因缺氧而受到抑制或中断，这种效果在通风受限的空间体现的更为明显。窒息灭火的效果取决于能否在瞬间生成足够的水蒸气并完全覆盖着火面。 5. 对火焰的冲击作用 从喷嘴喷出的高速雾流首先作用在周围的气体上，形成气雾流冲向燃烧物。高速气雾流对小火或受细水雾抑制的残余火焰具有吹熄作用。同时，当水雾动量足够
9、大的情况下，细水雾气流能有效的将火焰燃烧面吹离燃料表面，使得燃料表面迅速降低至着火点以下。 通常，对于不同的火灾类型，起主要作用的灭火机理是不同的。对于同一种火灾类型，通常是以上几种灭火作用同时存在，灭火效果主要取决于冷却和窒息的综合效应。 目前，有很多学者对细水雾应用于隧道进行了理论分析和试验研究。弓永军应用 FDS 软件对大连市石葵山隧道的某一阶段进行火灾模拟, 分析了隧道中的烟气流动和温度场变化规律, 为隧道消防灭火提供了一种参考方法1。张培红对细水雾喷射角度对公路隧道火灾灭火的效果进行了分析，表明可以得出在公路隧道中火源处于喷头正下方时能够有较好地灭火效果，随着细水雾喷头与火源水平距离
10、的加大灭火越困难采用适当的细水雾喷头喷射角度，可以增大相邻细水雾喷头保护范围之间重叠的部分，增强细水雾的叠加效果，有利于公路隧道内火源处于细水雾喷头非正下方时的灭火工作。王庆生等对细水雾扑救铁路隧道救援站内客车火灾进行了全尺寸试验研究12。结果表明，细水雾施加后，烟气层温度和救援平台上温度均呈明显的下降趋势，细水雾灭火系统对烟气和有毒气体有洗涤作用，可净化火灾现场空气，有利于人员疏散，细水雾施加后，其热辐射值呈直线下降，并降至零值附近，可避免热空气对疏散人员灼伤，并使消防人员有可能接近燃烧区。研究结果均表明，当细水雾参数控制在一定的范围内，能有效的应用于隧道中灭火。 2 隧道中细水雾灭火应用的
11、挑战 目前细水雾灭火技术的具体实验方式有泵组式、瓶组式和移动式。泵组式系统是应用最为普遍的系统，采用高压水泵来提供高压水；瓶组式采用高压气源来驱动水源进行雾化，常用于保护区域不大，不方便取水取电的场所；移动式一般指手提式，常采用灭火器的形式，一般就于移动场所如汽车、火车和舰船等场所的保护。对于隧道等大型空间，由于保护面积较大，常用泵组式的系统并辅助以灭火器来进行保护。但在隧道的实际工程运用中，也面临了一些技术难点： （1）有效的选取喷头参数并合理的布置 不同的隧道有不同的高度，如何选择喷头的合适的流量系统并确定合适的工作压力，同时，有效的选取喷头布置的间距，是需要解决的问题。 （2）如何有效的
12、控制通风及后处理 细水雾灭火时，由于大量的水雾化成小颗粒，对造成保护区空气温度严重增加，同时造成保护区能见度明显增加，因此，如何有效的通风与以除湿也是需要考虑的问题。 3 结论 本文通过分析表明，虽然细水雾灭火技术应用于隧道中，存在着一定的技术难题，但在有效控制参数的情况下，细水雾在隧道中具有较大的应用前景。 参考文献： 1弓永军，衣正尧，陈巨源等.隧道油类火灾烟温变化规律的数值模拟与分析.机床与液压，2010(13)：159-162 2李振兴.基于 CFD 模拟分析的大断面公路隧道汽车火灾烟气特性研究：硕士学位论文.上海：同济大学，2008 3李楠.公路隧道内通风细水雾灭火影响模拟研究：硕士学位论文.沈阳：沈阳建筑大学，2010 4National Aeronautics and Space Administration. NASA-STD-6001. Flammability, odor, offgassing, and compatibility requirements and test procedures for materials in environments that support combustion. 1998
