細水霧的起源及發(fā)展

　　 所謂的“細水霧”，在英文里主要有water mist、water fog、fine water spray 幾個詞，water mist在文獻中使用最多。細水霧在消防方面的應(yīng)用始于四十年代，當(dāng)時主要用于特殊的場所，如運輸工具等?，F(xiàn)在由于環(huán)保問題，鹵代烷滅火劑被逐步淘汰，而細水霧作為滅火劑對于環(huán)境的潛在優(yōu)勢使其應(yīng)用范圍在不斷的拓展，細水霧滅火系統(tǒng)用于居住建筑、可燃性液體儲存設(shè)施及電器設(shè)備方面的研究，已經(jīng)取得了令人鼓舞的成果。

　　1993年，來自工程界和科研部門、細水霧系統(tǒng)的制造商、保險公司、行政管理部門和工業(yè)用戶的代表，組成了美國消防聯(lián)合會細水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)委員會（NFPA Technical Committee on Water Mist Fire Suppression Systems），該委員會開始編制用于規(guī)范細水霧技術(shù)的NFPA標(biāo)準(zhǔn)，作為設(shè)計和安裝的依據(jù)。

　　1996年，在美國的馬薩諸塞州波士頓市每年5月20-23日的年會上，細水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)委員會提交了細水霧規(guī)范（ NFPA 750， Standard on Water mist Fire Protection Systems），并獲得了美國消防聯(lián)合會的批準(zhǔn)。該規(guī)范由國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會于同年的7月18日頒布，生效日期為8月9日，同年的7月26日，96版NFPA 750被批準(zhǔn)為美國國家規(guī)范。

細水霧的定義

　　“細水霧”（water mist）是相對于“水噴霧”(water spray)的概念，所謂的細水霧，是使用特殊噴嘴、通過高壓噴水產(chǎn)生的水微粒。在NFPA 750中，細水霧的定義是：在最小設(shè)計工作壓力下、距噴嘴1米處的平面上，測得水霧最粗部分的水微粒直徑Dv0.99[1]不大于1000μ

　　按水霧中水微粒的大小，細水霧分為3級，如圖1所示。第1級細水霧為Dv0.1=100μ同Dv0.9=200μ連線的左側(cè)部分，這些代表最細的水霧。

　　第2級細水霧，是第1級細水霧的界限與Dv0.1=200μ同Dv0.9=400μ連線之間的部分。這種細水霧可由高壓噴嘴、雙流噴嘴或許多沖撞式噴嘴產(chǎn)生。由于有較大的水微粒存在，相對于1級細水霧，2級細水霧更容易產(chǎn)生較大的流量。

　　第3級細水霧為Dv0.9大于400μ，或者第2級細水霧分界線右側(cè)至Dv0.99=1000μ之間的部分。這種細水霧主要由中壓、小孔噴淋頭、各種沖擊式噴嘴等產(chǎn)生。

　　研究表明，撲滅 B類火災(zāi)水霧顆粒小于400μ是必需的，而較大的顆粒對于 A類火災(zāi)是有效的，這是由于燃料被浸濕。正因為如此，細水霧的定義包括了Dv0.99為1000μ。在NFPA 750中定義的細水霧，既包含了NFPA 15中定義的一部分水噴霧系統(tǒng)（Water Spray），又包含了在高壓狀態(tài)下普通噴淋系統(tǒng)（Sprinklers）產(chǎn)生的水霧。一般情況下，細水霧是指Dv0.9小于400μ的水霧。

細水霧的滅火機理及應(yīng)用

　　細水霧滅火系統(tǒng)成功的關(guān)鍵，是增加單位體積水微粒的表面積。水微粒子化以后，即使同樣體積的水，也可使總表面積增大。而表面積的增大，更容易進行熱吸收，冷卻燃燒反應(yīng)。吸收熱的水微粒容易汽化，體積增大約1700倍。由于水蒸汽的產(chǎn)生，既稀釋了火焰附近氧氣的濃度，窒息了燃燒反應(yīng)，又有效地控制了熱輻射?？梢哉J(rèn)為，細水霧滅火主要是通過高效率的冷卻與缺氧窒息的雙重作用。

　　細水霧水微粒直徑大小的分布與滅火能力的關(guān)系是個復(fù)雜的問題。一般來講，第1級和第2級細水霧用于撲滅液體燃料池內(nèi)的火災(zāi)效果較好，而且不會攪動池內(nèi)的液面。通常情況下，用第1級水霧撲滅Ａ類可燃物是比較困難的，這可能是該細水霧不能穿透碳化層而浸濕燃燒物質(zhì)。然而，因為細水霧的噴射速度很高，在燃燒處于表面或封閉空間內(nèi)，有利于氧氣減少的情況下，還是可以撲滅Ａ類可燃物的。這說明，對于一定的燃燒物，細水霧的顆粒直徑不是決定滅火能力的唯一因素。系統(tǒng)的滅火效果還與細水霧相對于火焰的噴射方向、速度和噴水強度等有密切的關(guān)系。

　　美國海軍實驗室（Naval Research Laboratory）曾對下列3種細水霧滅火系統(tǒng)的滅火效果做了一系列試驗：單流低壓系統(tǒng)（Single-Fluid Low-Pressure Systems）、 單流高壓系統(tǒng)（Single-Fluid High-Pressure Systems）和雙流系統(tǒng)（Twin-Fluid Systems）。上述各系統(tǒng)水微粒的分布如圖2(略)所示。

　　試驗表明，單流低壓系統(tǒng)產(chǎn)生較大的水微粒，在撲滅深層的A類火災(zāi)時，表現(xiàn)出良好的效果。這是由于其相對較大的流量(單流高壓系統(tǒng)的３至４倍)，產(chǎn)生了表面的浸濕作用，但減弱了系統(tǒng)撲滅受遮擋的火災(zāi)的能力。而單流高壓系統(tǒng)的滅火效果則完全相反，由于較小的水微粒直徑，提高了撲滅受遮擋火災(zāi)的能力，而減弱了撲滅深層的A類火災(zāi)時的效果。試驗顯示，大空間內(nèi)受阻擋的火災(zāi)，當(dāng)火災(zāi)處的氧氣濃度降到18%以下時，火焰即可熄滅。

　　細水霧滅火系統(tǒng)與鹵代烷或其它氣體滅火系統(tǒng)相比，滅火時間要長得多，前者約為100-200秒，后者約為10-20秒。另外，封閉空間開口大小對細水霧滅火效果的影響較小，在敞開空間內(nèi)，細水霧系統(tǒng)比氣體滅火系統(tǒng)具有非常明顯的優(yōu)勢。

　　火災(zāi)規(guī)模的大小，對細水霧滅火系統(tǒng)的滅火效果也有影響，燃燒猛烈的火災(zāi)較燃燒緩慢的火災(zāi)容易被撲滅。這是由于前者氧氣消耗的快，并伴隨有大量蒸氣和紊流的產(chǎn)生。細水霧系統(tǒng)噴水的同時，火場的溫度急劇下降，這有助于人工滅火并減少熱量造成的財產(chǎn)損失。

　　關(guān)于細水霧的電氣絕緣性，國外某公司曾用Securipex Fire-Scope 2000 細水霧滅火系統(tǒng)做過試驗，將該系統(tǒng)噴入設(shè)有電動機、發(fā)電機和配電盤的封閉房間內(nèi)，上述設(shè)備內(nèi)部的電壓為220~440V。結(jié)果顯示，在釋放過程中，電阻讀數(shù)明顯下降，但和通常一樣，設(shè)備運轉(zhuǎn)正常。在一般情況下，隨著設(shè)備變得干燥，電阻值會恢復(fù)到正常值。細水霧系統(tǒng)能否用于電器設(shè)備，關(guān)鍵在于水霧微粒的大小。某一種類的細水霧系統(tǒng)用于電器設(shè)備時，應(yīng)通過有關(guān)部門的認(rèn)證。

　　筆者以為，細水霧系統(tǒng)可用于保護工廠貴重的生產(chǎn)設(shè)備、高層建筑內(nèi)的油浸電力變壓器室、自備柴油發(fā)電機房及其儲油間和燃油、燃氣鍋爐房。高壓及雙流介質(zhì)細水霧系統(tǒng)，可用于重要的高層建筑內(nèi)的高、低壓配電室，重要的電子通信設(shè)備機房，電廠的控制室，燃氣渦輪機等場所。

細水霧滅火系統(tǒng)的分類

　　 　細水霧噴嘴，是含有一個或多個孔口，能夠?qū)⑺戊F化的裝置，它是系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部件。細水霧 噴嘴產(chǎn)生水微粒的原理為下列五種方式之一，液體以相對于周圍的空氣很高的速度被釋放出來，由于液體與空氣的速度差而被撕碎為水微粒子；液體流碰到固定的表面，因碰撞產(chǎn)生水微粒子；兩股組成類似的水流相互碰撞，每股水流都形成水微粒子；液體振動或電子粉碎成水微粒子（超聲波和靜電霧化器）；液體在壓力容器中被加熱到高于沸點，突然被釋放到大氣壓力狀態(tài)（突發(fā)液體噴霧器）。

　　按不同的標(biāo)準(zhǔn)細水霧系統(tǒng)可分為下列系統(tǒng)：

　　低壓系統(tǒng)，工作壓力小于12.1bar (175psi*)；中壓系統(tǒng)，工作壓力為12.1bar (175psi)~ 34.5 bar（500 psi）; 高壓系統(tǒng)，工作壓力大于34.5bar (500psi)。

　　局部應(yīng)用系統(tǒng)（Local Application Systems），如保護蒸氣渦輪機組軸承，煉油廠的熱油泵；全淹沒系統(tǒng)（Total Flooding Application Systems），保護整個防護區(qū)，如燃氣渦輪機組機房。

　　預(yù)制系統(tǒng)（Preengineered Systems），如壓縮氣體鋼瓶驅(qū)動的雙流系統(tǒng)，鋼瓶及水罐有若干種規(guī)格，都是在工廠加工好的，設(shè)計中根據(jù)防護區(qū)面積的大小來選擇；工程系統(tǒng)（Engineered Systems），其構(gòu)成和工作方式類似常規(guī)的雨淋系統(tǒng)（Deluge Systems）。

　　單流介質(zhì)系統(tǒng)(Single Fluid Media Systems) 和雙流介質(zhì)噴霧系統(tǒng)(Twin Fluid Media Systems)。單流介質(zhì)系統(tǒng)，是僅以水為滅火劑，由一路管道供到噴嘴。系統(tǒng)由噴嘴，水泵雨淋閥，探測器及控制器組成。雙流介質(zhì)噴霧系統(tǒng)，水及霧化介質(zhì)由不同的管路分別供給，并在噴嘴處混合、碰撞而產(chǎn)生水微粒子，該水霧噴嘴的外形見圖3。霧化介質(zhì)分為兩路，一路用于推動儲水罐內(nèi)的水，另一路直接供到噴嘴。儲水罐內(nèi)的水處于常壓，滅火時由高壓氣體推動而進入防護區(qū)。霧化介質(zhì)是可以通過與水混合并產(chǎn)生細水霧的高壓空氣或其他氣體。

實際工程中的細水霧滅火系統(tǒng)往往是上述幾種分類的組合，現(xiàn)以應(yīng)用較為廣泛的Securipex Fire-Scope 2000細水霧滅火系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)屬于是低壓、雙流、預(yù)制式系統(tǒng)。噴嘴內(nèi)氣、水兩種介質(zhì)的工作壓力5.5bar，產(chǎn)生水微粒尺寸為200μ，噴嘴的特性系數(shù)K=4.5L/min.bar1/2，推薦噴頭間距為3.0m，相應(yīng)噴水強度為0.95L/ min. m2。

細水霧滅火系統(tǒng)介紹

　　水力計算，低壓系統(tǒng)類似普通噴淋系統(tǒng)，按Hazen-Williams公式計算，中壓、高壓系統(tǒng)按Darcy-Weishach公式計算。由于流速、水溫、粘滯系數(shù)及管道粗糙系數(shù)極大地影響水的紊流程度，從而影響管路的壓力損失，而H-W公式不能對上述參數(shù)作出修正。一般情況下，特別是中、高壓細水霧系統(tǒng)，比低壓細水霧系統(tǒng)更容易出現(xiàn)較高的流速。由于D-W公式充分考慮了實際流體特性，即雷諾數(shù)和管壁粗糙度，所以中壓、高壓系統(tǒng)按D-W公式而不用H-W公式。又由于管徑越小，管壁粗糙影響越大。當(dāng)設(shè)計中為減小系統(tǒng)重量而選擇很高的摩阻損失，以便安裝在受限制的空間內(nèi)，如飛機的貨倉內(nèi)，用H-W公式計算不精確，則應(yīng)采用D-W公式。

　　噴頭設(shè)置，噴淋或普通水噴霧系統(tǒng)是按設(shè)計噴水強度設(shè)置噴頭，細水霧噴頭的設(shè)置的間距、與墻體的距離、距障礙物的距離以及與吊頂?shù)木嚯x是根據(jù)各種噴頭的特性而定，不涉及噴水強度的概念。

　　過濾器設(shè)置，固體顆粒物的累積有可能造成系統(tǒng)水頭損失的增大或堵塞，在系統(tǒng)的供水干管或立管上設(shè)過濾器。濾網(wǎng)孔眼最大尺寸不應(yīng)大于最小噴嘴孔口直徑的百分之八十。某些時候，還需要在每個噴嘴前設(shè)過濾器。

　　系統(tǒng)水源應(yīng)保證系統(tǒng)噴霧時間不小于30分鐘。當(dāng)然這并非要求滅火時間一定是30分鐘，如Securipex Fire-Scope 2000系統(tǒng)用于內(nèi)燃機房、或可燃油事故儲油池時的滅火時間是10分鐘。

　　系統(tǒng)的組成，預(yù)制系統(tǒng)前文已經(jīng)介紹過了，其它系統(tǒng)一般為雨淋系統(tǒng)，由雨淋閥、水霧噴頭、管路、探測器及控制器組成，雨淋閥是專門用于水噴霧系統(tǒng)的小規(guī)格雨淋閥。

　　細水霧滅火系統(tǒng)的工作原理與水噴霧滅火系統(tǒng)類似，典型的系統(tǒng)工作原理是：自動啟動狀態(tài)，防護區(qū)設(shè)多個探測器，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，系統(tǒng)控制盤接受探測器探測的動作信號，向火災(zāi)區(qū)域噴水霧；手動啟動狀態(tài)，防護區(qū)設(shè)多個探測器，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，探測器發(fā)出報警信號或在現(xiàn)場人員確認(rèn)火災(zāi)后，打開在設(shè)發(fā)生火災(zāi)區(qū)域最近處的手動啟動裝置（手動與自動切換型），動細水霧系統(tǒng)，向火災(zāi)區(qū)域噴水霧。

細水霧滅火系統(tǒng)結(jié)論

　　　細水霧滅火系統(tǒng)類似于自動噴淋，固定水噴霧，二氧化碳和哈龍滅火系統(tǒng)，在許多方面，可以看作是上述系統(tǒng)的綜合?？偟膩碚f，細水霧滅火系統(tǒng)是利用水作為撲滅、壓制和控制火災(zāi)的介質(zhì)，只是以不同于傳統(tǒng)的方式來實現(xiàn)的。

　　細水霧滅火系統(tǒng)與氣體滅火相比，具有廉價、對人和環(huán)境沒有危害的優(yōu)點，同時也避免了哈龍等氣體在滅火時，因與燃燒物發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而產(chǎn)生對人有害的氣體，有利于火災(zāi)現(xiàn)場人員的逃離。該系統(tǒng)即可局部應(yīng)用，保護獨立的設(shè)備或設(shè)備的某一部分，又可作為全淹沒系統(tǒng)，保護整個空間。尤其可用水源匱乏地區(qū)及部分禁止用水的場所。

　　細水霧系統(tǒng)也有它的局限性。如高壓系統(tǒng)的管路、配件及水泵的工作壓力很高，這是其缺點；為避免噴嘴堵塞，對水質(zhì)要求很高；系統(tǒng)的專業(yè)性很強，設(shè)計及施工必須由專門資質(zhì)的工程公司承擔(dān)。

　　在細水霧滅火系統(tǒng)的應(yīng)用與研究方面，歐、美起步較早，已經(jīng)生產(chǎn)出了一系列專利產(chǎn)品，并制定了相應(yīng)的設(shè)計、施工及驗收規(guī)范。據(jù)悉，我國有關(guān)消防科研部門已經(jīng)把細水霧作為課題進行研究，相信不久會有國產(chǎn)的細水霧產(chǎn)品問世。

　　水，作為最原始的滅火劑，因其本身的特性所致，在某些場所的應(yīng)用受到限制，人們開始尋找哈龍、二氧化碳等滅火劑，但在環(huán)保日益受到重視的今天，水又重新受到重視。只要揚長避短，深入研究，水一定會在消防領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

　　注：

　　Dvf的含義：Dvf是水微粒直徑，它的微粒子直徑從0至某一微粒直徑的累計體積與相應(yīng)的總累計體積之比，如Dv0.99。

　　1 psi=0.0689 bar ， 1 bar=105 Pa.

參考文獻

　　NFPA 750，Standard on Water mist Fire Protection systems，1996Edition.

　　NFPA 15，Standard for Water Spray Fixed Systems For Fire Protection，1996Edition.

　　Full-Scale Testing of Water Mist Fire Extinguuishing Sestems for Machinery Spaces on U.S.Army Watercraft.Naval Research Laboratory，Washengton，DC 20375-5320，F(xiàn)ebrary 12，1996.

　　Evaluation of Water Mist Fire Extinguuishing Sestems for Flammable Liquid Storeroom Applications on U.S.Army Watercraft，Naval Research Laboratory， Washengton，DC 20375-5320.

　　November 30，1995.

　　FIRE-SCOPE2000 WATER MIST SYSTEM，SECURIPLEX Documant Number:EO-13418-00，REV(-)，96-03-14.