大型养路机械发动机防火措施研究

郭 涛

(中国铁建高新装备股份有限公司，云南 昆明 650215)

0 引 言

大型养路机械是用于铁路线路的捣固、稳定、配砟、清筛、钢轨打磨、钢轨铣磨等作业的设备。目前我国大型养路机械保有量在 3 000 台左右，在铁路线路养护中发挥着不可替代的作用。

近年来，大型养路机械火灾事故频繁发生，给铁路安全带来了严重威胁。2015年8月6日，鹰潭工务机械段DWL-48捣稳车发生火灾；2018年3月29日，上海大机运用检修段DWL-48捣稳车发生火灾；2018年11月1日，上海大机运用检修段CMC-20 道岔打磨车发生火灾。事故均造成不同程度经济损失，影响铁路运输安全和生产经营管理。

1 大型养路机械发动机工况

大型养路机械发动机在工作时噪音较大，一般处于密闭或半密闭状态，散热通风条件较差，在整机作业时难以通过视觉观察到发动机工作状态。

大型养路机械发动机在工作时形成高温热源，涡轮增压器、排气歧管表面温度高达 650 ℃，发动机间的空气温度高达 80 ℃。涡轮增压器、排气歧管、排气管、消音器等为大型养路机械的火灾热源。

大型养路机械发动机的高压柴油管路在正常工作时压力可达 20 MPa,若柴油管路或油管接头泄露导致雾状喷射，由于柴油燃点为 220 ℃，接触到高温部件后极易发生火灾。发动机间的柴油管、润滑油管、液压油管及其接头泄露喷射出的油液为大型养路机械的火灾危险源。

目前，部分型号的大型养路机械(如DWL-48捣稳车、CDW-32Ⅱ道岔捣稳车、QS-1200Ⅱ清筛机)在发动机主要热源部位安装了热电阻传感器，用于监测发动机异常升温，对发动机运行状态监测起到了一定作用，却不能有效预防火灾发生。

大型养路机械发动机的冷却系统采用水冷或风冷方式，均有散热风扇对冷却水或发动机机体进行降温。水冷发动机的散热风扇采用带轮驱动，风冷发动机的散热风扇采用液压耦合器驱动[1]。由于散热风扇转速较高，发动机间的实测风速可达 35 m/s。发动机间空气滤清器、进气管、排气管等部件互相影响，造成空气流动方向复杂。

大型养路机械在作业时会产生一定的灰尘，车型、作业对象、作业环境等因素决定了灰尘浓度。灰尘进入到发动机间后，在一定程度上影响了感烟探测器正常工作。

2 大型养路机械发动机防火措施

针对大型养路机械发动机工况，采取热源危险源隔离、防火报警监控、固定式灭火装置预防火灾发生。

2.1 热源危险源隔离

发动机的涡轮增压器、涡轮后歧管、波纹管、排气管、消音器等部件用隔热套包裹。隔热套为3层材料结构：内衬材料为镍合金耐高温板，燃烧性能等级为不燃级(A1级)，工作温度>1 000 ℃；中间层隔热材料为隔热棉，燃烧性能等级为不燃级(A1级)，工作温度>650 ℃；外层包裹材料为玻璃纤维布和硅胶涂层，燃烧性能等级为不燃级(A2级)，玻璃纤维布工作温度>650 ℃，硅胶涂层工作温度>260 ℃。3层材料使用金属丝网包边进行包裹，并用金属缝纫线进行缝合，采用弹簧和弹簧拉环将防火隔热套固定在高温部件外部。发动机满负荷工作达到热平衡后，隔热套表面温度≤ 160 ℃。

发动机的排气歧管部位安装防护罩，用来隔离泄露喷出的油液，防护罩使用铝板材料。

发动机间的柴油管、润滑油管、液压油管接头使用高压油管套包裹，防止高压油液泄露喷射后呈雾状扩散。高压油管套材料为阻燃芳纶橡胶布，燃烧性能等级为难燃级(B1级)，耐压能力高于 50 kPa。

图1 防火报警监控总体设计Fig.1 Overall design of fire alarm monitoring

2.2 防火报警监控

2.2.1 防火报警监控功能需求

根据大型养路机械发动机工况，防火报警监控具有以下功能需求：

1)烟雾报警功能，烟雾报警传感器能耐高温，避免粉尘误报警，能在高风速下正常工作。

2)视频监控功能，系统报警后视频能够自动切换，视频摄像头能耐高温。

3)发动机间照明功能，对视频监控进行补光，照明灯能耐高温。

2.2.2 防火报警监控设计

防火报警监控总体设计如图1所示。系统的监测对象包括：发动机间的烟雾信号、火焰信号、视频画面。系统的主要硬件包括：感烟探测器、火焰探测器、视频摄像头、照明灯。

结合大型养路机械发动机工况及防火报警监控功能需求，主要硬件选型如表1所示。

表1 防火报警监控硬件选型

感烟探测器采用金属外壳包装，壳体内部集成动车专用感烟探头、高速风扇、电路板、耐高温过滤棉。风扇用于产生负压，将远处的烟雾吸入到探测器内部。耐高温过滤棉用来过滤作业环境中的粉尘，避免粉尘引起的误报警。感烟探测器安装于发动机间外面，通过金属软管连接到发动机间的空气采样管，空气采样管为金属材质，能耐发动机间的高温。空气采样管上有若干数量的采样孔，用于吸取烟雾[2-3]。

火焰探测器采用广角型火焰探测器，安装于发动机间，用于检测火焰信号。其工作原理是:检测火焰中的紫外光波段，敏感波长范围为185～260 nm，灵敏度达到GB12791—2006点型紫外火焰探测器标准中规定的Ⅰ级灵敏度，能在高温环境中长时间工作。

视频摄像头采用模拟信号摄像头，能够与大部分型号大型养路机械的视频监控系统兼容。该型号的视频摄像头与配套的风冷系统配合工作，工作环境温度最高可达 90 ℃，满足发动机的高温工况。风冷系统主要由鼓风机、风管等组成，可将冷风送入到视频摄像头的风冷护罩，并从排风口带走视频摄像头的热量，从而使视频摄像头的温度降低至正常工作的温度。

根据发动机间的温度工况，视频照明采用耐高温LED照明灯，工作环境温度最高可达100℃。

2.3 固定式灭火装置

固定式灭火装置通过自动或人工方式触发，能够及时扑灭初期火情，保证人员和设备的安全，避免重大损失，是大型养路机械发动机防火的最后一道防线。

在中国消防产品强制认证目录中，根据灭火剂种类，常用的灭火系统有：气体灭火、干粉灭火、泡沫灭火、喷水灭火；代表性产品分别有：七氟丙烷灭火装置、超细干粉灭火装置、泡沫喷雾灭火装置、细水雾灭火装置。通过灭火原理、灭火效果、安全环保、灭火损失、应用场合、维护成本等方面对各产品进行对比，如表2所示。

表2 灭火装置对比Tab.2 Comparison of fire extinguishing devices

图2 细水雾灭火装置框图Fig.2 Block diagram of water mist fire extinguishing device

从上述对比及发动机工况等方面来考虑，大型养路机械发动机固定式灭火宜采用细水雾灭火装置。

细水雾灭火装置由细水雾灭火瓶组、控制主机、操作终端、管路、细水雾喷头等组成[4]。以DWL-48捣稳车为例，细水雾灭火装置框图如图2所示。控制主机由蓄电池提供24VDC电源；操作终端安装于前、后司机室，可通过自动、手动方式启动灭火；细水雾灭火瓶组包含贮气瓶组、贮水瓶组、集流阀块、安全泄放装置、减压装置、分区阀等组件；细水雾喷头由本体、雾化芯、喷嘴、过滤网、防尘罩等部件组成，具有流量小、雾化均匀、雾滴细密等特点；加热控制器用于环境温度较低时，对贮水瓶组进行加热；控制主机预留有信号输入输出通道，用于系统的扩展，如采集传感器信号、自动灭火信号、输出报警信号、视频控制信号。

3 装机实验

按照上述防火措施，在DWL-48捣稳车上进行了装机实验。

热源危险源隔离实施效果如图3所示。热源包裹和隔离使热源表面温度显著降低，实测温度<160 ℃，低于柴油燃点温度；油管接头的包裹减少了油液喷溅可能性，对危险源进行了有效控制。

图3 热源危险源隔离Fig.3 Isolation of heat source and danger source

防火报警监控与固定式灭火装置的操作流程如图4所示。当防火监控系统发生报警，监控视频画面自动切换到发生报警的发动机间，作业人员通过视频观察是否发生火情。若没有发生火情(即误报警)，可人工切除报警声音；若发生火情，在停止发动机的同时，人工启动固定式灭火装置灭火。火情消除后，切除报警声音。

在DWL-48捣稳车的前、后发动机进行了烟雾测试和火焰测试。结果表明：在发动机停机状态、怠速状态(800 r/min)、最高转速状态(2 200 r/min)下，感烟探测器能够在 60 s 内检测到烟雾信号，火焰探测器能够在 5 s 内检测到火焰信号，从而触发系统声光报警，同时监控视频画面自动切换到发动机间。

对固定式灭火装置进行了灭火实验，如图5所示。启动灭火后，系统能够在 2 s 内响应，喷雾可覆盖发动机机体表面，发动机间温度在 10 s 内持续下降，明火在 15 s 内被扑灭，发动机间温度在 60 s 内降低到 48 ℃，灭火剂累计喷射时间可达 300 s。

图4 防火操作流程 图5 灭火实验 Fig.4 Flowchart of fire operation Fig.5 Experiment of fire extinguishing

4 结 语

大型养路机械的消防安全重于泰山。分析大型养路机械发动机防火隐患，采取了热源危险源隔离、加装防火报警监控系统对发动机间进行监控、加装固定式灭火装置对初期火情进行控制，最后在DWL-48捣稳车上进行装机实验。实验表明，上述措施有效、可行，能有效预防火灾事故，可进行大规模推广应用。