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低压细水雾灭火系统在隧道火灾中的灭火性能研究

2018-10-21马志雄石晓龙

中国化工贸易·中旬刊 2018年8期
关键词:公路隧道

马志雄 石晓龙

摘 要:本文在云南省安楚公路芹菜塘1号隧道内开展了全尺寸现场模拟火灾实验,验证低压细水雾灭火系统在公路隧道火灾中的控火能力。实验证实,针对隧道中1×2平方油池火、2×2平方油池火、4×4平方油池火,在隧道的通风良好的情况下,低压细水雾灭火系统开启后可以有效降低隧道内的环境温度以及火源周围CO浓度。

关键词:公路隧道;低压细水雾灭火系统;全尺寸火灾模拟实验

1 研究背景

目前,我国公路隧道快速发展,由于不断增长的交通流量和运输物品的复杂性,火灾事故的概率也逐步增多,隧道自动灭火系统通常在火灾发生的初期能有效地发挥作用,所以及采用适合的自动灭火系统成为有效控制及扑灭隧道火灾的关键。目前,国内外应用的隧道自动灭火系统主要包括:水喷雾-泡沫联用系统,低压细水雾系统,高压细水雾灭火系统,本文重点针对低压细水雾在隧道火灾中的灭火性能进行研究。

2 实验设计

2.1 隧道火灾功率设计

前人已对隧道火灾功率开展了广泛的试验研究,柴油油池火的热释放速率与面积正相关,即油池面积越大,单位热释放速率越高,本试验设计3种火灾工况:设计一个1m×2m油盘火,火灾功率约为3.4 MW,模拟隧道初期火灾;设计2个1m×2m油盆火,火灾功率为6 -7MW,模拟1-2辆小货车起火的火灾功率;设计8个1m×2m油盘,拼接成一个4m×4m的油盘方阵,总功率将超过30MW,模拟一辆油罐车着火的火灾功率。

2.2 细水雾灭火系统布置

低压细水雾灭火系统设置在隧道中央共40m,每根喷嘴管长10m,设有30个喷嘴,单个喷嘴的流量系数K=2.8,额定工作压力1MPa,喷头间距为0.33m,水头损失约0.1 MPa。灭火时40m保护区同时动作,系统设计流量为1065L/min。选用多级离心泵,额定流量为64m3/h,额定扬程为163m。系统设计喷雾时间60min,系统储水量为70m3,设体积为70m3的储水箱。

2.3 实验方法及测试仪器布置

实验共设置12根热电偶。以火源点为0号热电偶;据火源中心4m,高度1.5m为1号;据火源中心6m为一串热电偶树,从顶棚往下分别每米一个热电偶,共7个;据火源中心10m,15m,20m分别设置3个热电偶,高度1.5m,據火源中心34m处设置在线风速和气体浓度分析仪,高度为1.5m。点燃油盘后,开启温度、压力、图像、风速、氧浓度采集系统,并记录相关数据。

3 实验结果与分析

3.1 风速测量

据火源中心34m处设置在线风速记录的结果如下图,隧道内的平均风速约为1-2m/秒。

3.2 4m×4m油盘火实验结果

试验火源采用8个1m×2m油盘组成的16 m2油盘火,0s点燃油盘,预燃时间为1min30s,手动启动设备进行灭火。系统喷雾灭火时,最不利点喷头工作压力不小于1MPa。每个油盘底部垫水,加入0号柴油,油层高度不小于30 mm(燃烧速度约为3mm/min),另加入汽油进行引燃。细水雾在油盘充分燃烧后启动,持续7min48s后,火灾被完全扑灭。

3.2.1 温度控制情况

火源点位置0号和据火源中心4m的热电偶在细水雾开启后,温度继续上升一段时间,然后快速下降;据火源中心6m为一串热电偶树,共5个,在细水雾开启后,温度快速下降;据火源中心10m,15m,20m的三个热电偶,在细水雾开启后,温度快速下降。

3.2.2 细水雾开启后,CO浓度控制情况

据火源中心34m处的气体浓度分析仪记录的数据,细水雾开启后,CO浓度在短暂升高后,快速下降,恢复到环境正常值。

3.3 1m×2m油盘火、2m×2m油盘火实验结果

试验火源采用1个和2个1m×2m的油盆分别组成2m2和4 m2油盘火。实验结果,2 m2油盘火灭火时间为2min10s,4 m2油盘火灭火时间为3min50s。

细水雾开启后,火源周围温度控制能够得到很好控制,火源点位置0号和据火源中心1m的热电偶树在细水雾开启后,温度略微继续上升后,快速下降。

4 结论

实验证实低压细水雾灭火系统可以对隧道火灾引起的温升梯度变化做出快速的抑制(响应时间< 30秒)。当火灾功率为30 MW以上,低压细水雾灭火系统开启后,距离火源周围4m、6m、10m,15m,20m左右的温度均能得到有效控制,CO浓度也能得到有效抑制。当隧道火灾功率为3-4MW、6-7 MW时,细水雾灭火系统开启后,火源周围1-2m左右,温度能够得到有效控制,细水雾灭火时间分别为2min10s、3min50s。

本文通过搭建低压细水雾系统,开展真实火灾实验,从客观角度证实了细水雾系统在公路隧道消防中的实际控火、灭火能力(包括细水雾灭火系统启动后的温度控制情况,有毒有害气体浓度的变化,隧道内的通风情况等)。因此,笔者认为在实际应用中在危险性较大的特长隧道、城市隧道、水下隧道中可以采用低压细水雾灭火系统对隧道人员安全以及隧道的结构进行保护。

参考文献:

[1]王明年.公路隧道温度场分布的模型试验研究[A].国际隧道研讨会及公路建设技术交流大会论文集[C].北京:人民交通出版社,2002.

[2]彭伟,霍然,胡隆华,等.隧道火灾的全尺寸试验研究[J].火灾科学,2006,15(4):212.

[3]张祉道.公路隧道的火灾事故通风[J].现代隧道技术,2003(2).

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