全氟己酮自动灭火系统在SS4B型电力机车的应用研究

胡婉莹，曹猛，王晨晖，杨宝珠

（1.国能铁路装备有限责任公司沧州机车车辆维修分公司，河北 沧州 061000；2.中车大连机车研究所有限公司，辽宁 大连 116000）

机车是铁路运输的牵引动力，机车的正常运行是运输生产实现安全正点的基础。SS4B型电力机车结构复杂，技术要求高，通过对各类机车的火灾案例分析，得出结论是由于运用时间长、运载压力大，机车安全隐患逐年升高，且随着机车器件的老化，火灾的隐患也会逐年上升，因此机车火灾防治举措势在必行。

通过对SS4B型机车运用特性、火灾燃烧特性、火灾探测、灭火剂性能和灭火剂释放流场分析等方面的研究，使用自动灭火系统解决机车火灾，从而提高运用的安全性。该系统不仅能解决电力机车的安全问题，而且能够填补国家消防标准、铁路机车火灾防治标准的空白，在国内消防行业的理论体系完整性建设上也具有重要意义。

1 自动灭火系统设计准则

机车自动灭火系统遵循GB50116-2008《火灾自动报警系统设计规范》、GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》；GA61-2010《固定灭火系统驱动、控制装置通用技术条件》等通用技术条件，还遵循了以下要求。

（1）分区防火：根据SS4B型机车的结构，将机械间内的多个电气柜划分不同灭火区域，由控制器统一管理，实现各电气柜单独探测、报警及灭火，相互之间不受干扰。（2）灭火的高效性：本系统使用的灭火装置和全氟己酮灭火剂应对机车火灾有效、快速，能够扑灭保护区域内发生的火灾。（3）二次伤害：采用对电气环境无损害，无毒无腐蚀性，符合环保要求的灭火介质，避免对环境产生污染，对设备带来二次伤害。（4）使用期：在机车较长的使用期限内，保证设备可以运行正常且灭火效果良好。

2 灭火技术选择

机车自动灭火系统，设计制造的自动灭火系统基于火灾基础理论，通过仿真分析计算等设计方法，针对不同火灾防护区域进行相应的火情分析，采用主动防御、快速响应得全淹没洁净灭火形式，形成了完整的机车火灾解决方案。机车自动防火系统包括三部分，为火灾控制系统、探测系统和灭火执行系统。该机车自动灭火系统采用全新一代清洁灭火剂FLDR-0491，针对电力机车进行模块化的优化设计，具有良好的探测准确度和灭火效果。

2.1 控制系统

本系统采用一体式控制器，该控制器集成LED显示器、控制器机箱、声光报警器、紧急控制按键等部件为一体，可安装在电气间。可实现模式转换，紧急停启等功能，具有对接灵活度高，安装位置灵活，一个控制器可覆盖整车的特点。

工作原理：当探测装置发送探测的异常信号之后，控制器对接收到的信息进行逻辑控制判断。当确定为火警信息时，第一时间发出声/光报警信息；并且控制相应的灭火装置进行工作，消除火情。通过视屏监控的屏幕能够通过简易图形高亮显示正在报警的位置，司机可以一目了然的确认火灾发生的位置。

其工作流程如图1所示

图1 控制器工作流程图

2.2 探测系统

由于火灾发生时产生烟雾的时间较早，故感烟探测器在火灾初期有较好的报警效果，是目前使用最为广泛的一种探测器。其次火灾发展的整个过程都伴随着不同程度的温度变化，尤其在进入发展阶段后最为明显，在火源周围产生大量的热气流，因此对温度探测得到的信息较为可靠。结合两者的特点，采用光散射原理光电感烟探测器与差温式温度探测器结合的烟温复合探测器，可以有效地减少火灾的误报和漏报现象。在空间较为封闭的车厢、机械间及电器柜内宜采用烟温复合探测器。

在安装烟温复合探测器时应根据烟气的流动规律，布置在高温烟气容易聚集的部位，且要合理计算探头的覆盖范围，在满足探测需求的情况下尽量减少探头的使用。

2.3 执行系统

分布式管路喷射系统由储存灭火剂的压力钢瓶、喷射管路和电磁阀组成，对于空间跨度较大的保护区域，将其分为各个灭火子系统，分别布置一套钢瓶和管路。各子系统间依靠电信号和控制系统连接，各子系统只采用一组灭火器瓶组提供灭火剂，管路分布在整个保护区域内，各分区之间使用电磁阀进行隔离，实现单元独立，由控制系统集中进行控制，当某一区域着火后，该区域的探测器将火灾信号传输给控制系统，控制系统开启着火区域沿途管路的电磁阀，实现灭火剂精准释放。

分布式管路喷射系统在安装时结合空间对管路布置的影响，考虑管路的沿程阻力损失，合理设计管路，使其通过多个喷头释放时，能够使每个分区内都有足够的灭火剂释放量。在布置管路时因尽量减少拐弯，避免产生过大的局部阻力。

3 灭火剂介绍、钢瓶用量计算

机车内布置有柴油机、发电机等部件，需要采用全淹没气体火灾防控系统/局部火灾防控系统进行保护，现设计方案采用全氟己酮气体火灾防控系统对其进行保护。全氟己酮是一种透明、无色、无味、绝缘的液体，释放后无残留，绿色环保的清洁液体灭火剂。已被列入ISO14520-2006《气体火灾防控系统物理特性和系统设计》、NFPA2001《洁净气体火灾防控系统设计规范》等标准性文件中，该产品的应用设计已得到规范说明。

全氟己酮灭火剂主要是从火灾现场去除热量，灭火剂/空气混合物吸收充足的热量以破坏燃烧四面体。火场环境中消耗的热量值会随着该灭火剂的增加而增加。这会导致燃烧区冷却下，并将低到火焰熄灭的温度点。其在相对密闭的空间内释放能够稀释空气中的氧气，起到窒息作用，从而达到更好的灭火效果。在实际应用过程中灭火效率高，速度快，而且不复燃，灭火所要的药剂量较少，便于储存。另一方面，其灭火剂量范围内无毒性的特点适用于有人员出入的机车内部环境是良好的机车火灾灭火剂。

全氟己酮清洁液体灭火剂具有优异的灭火性能，其灭火浓度A类火的灭火浓度为3.5%，B类火的灭火浓度为4.5%，最为接近哈龙灭火剂的性能，安全系数高。全氟己酮清洁液体灭火剂能扑救A、B、C、E类火灾，不导电，喷射后迅速气化，无残留。与哈龙灭火剂及其替代品灭火性能的对比如下表1所示。全氟己酮清洁液体灭火剂与哈龙1301及部分替代品的灭火浓度比较。

表1 灭火剂灭火浓度对比

（1）确定保护区的容积。根据模型测量估算保护区域容积为电气间尺寸为15m(长)×2.9m(宽)×2.2m(高)。（2）确定灭火剂设计浓度。根据整车情况，按照A类和E类火灾计算，灭火浓度取5.9%。（3）设计灭火剂喷放时间和抑制时间。依据有关规范的规定，管网喷射时间应小于10s，计算时按照6～8s将全氟己酮喷净，抑制时间大于10min，设计压力为3.45MPa。（4）保护区域全部施加灭火一次所需的灭火剂钢瓶规格及数量。灭火剂的最大充装密度取0.816kg/L；贮液瓶为24.5L，选用两个钢瓶，每瓶充装量为23kg，总剂量为46kg。

4 结语

该项目实施后，不但可满足人们对于机车火灾消防安全需求，并且该项目通过对SS4B电力机车安全的实时防控，实现对机车消防安全的预警、预报和自动灭火，大大提升机车消防安全保障能力，有效预防机车火灾安全隐患，降低火灾发生的概率，减少火灾事故带来的危害，具有良好的安全效益，进而达到降低管理成本的目的。