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摘要：随着高压细水雾灭火系统的技术发展，该灭火方式在地铁的应用越来越广。本文先对高压细水雾和气体灭火系统的技术性能进行比较，并针对既有地铁线路的气体灭火系统改造成高压细水雾灭火系统的可行性进行分析和研究，为后续线路气体灭火系统改造时提供参考。
关键词：地铁；高压细水雾；气体灭火；改造
1前言
地铁车站中的变电专业设备房、信号设备房、通信设备房、综合监控设备房等属于重点设备房，也是地铁火灾防灾报警中的重点保护对象。该类设备房的设备直接影响到地铁的正常运行，且设备价格昂贵。一旦发生火灾等意外事故，将有可能直接导致地铁行车中断、人员伤害、设备损坏等严重后果。
为了保证地铁重点设备房能第一时间发现火灾并进行自动灭火，现已在该类设备房中设置了自动灭火系统，由火灾报警控制子系统和自动灭火管网子系统两部分组成。其中自动灭火系统大部分以气体灭火系统为主，主要的灭火介质有IG-541、烟烙尽、七氟丙烷和二氧化碳。
由于气体灭火系统在后期使用及维护过程中，需投入大量的成本费用和人力资源。另外，由于气体灭火系统使用的气瓶均属于高压压力容器，使用及维护过程中存在较大的安全风险和隐患。同时，随着高压细水雾灭火系统的技术发展，以及该系统具备的后期维护方便、灭火安全、绿色环保等特点，该灭火系统在地铁的应用越来越广，后续新线建设中有可能取代气体灭火系统。
2自动灭火系统介绍
2.1高压细水雾灭火系统
“细水雾”是相对于“水喷雾”所提出的，通过特殊设计的喷嘴将处于高压工况下的水喷出所产生的水微粒就是细水雾。
根据NFPA750（美国消防协会规范）给出了以体积方式表达细水雾颗粒直径的解释：在最小的设计压力工况下对水雾颗粒进行粒径测定，水雾颗粒在距离喷嘴1m远的截面上的颗粒直径Dv0.99小于等于1000μm。体积法表征细水雾粒径时Dv0.99是指占99%体积含量的雾滴直径小于1000μm的液滴和1%体积含量的雾滴直径大于等于1000μm的液滴所共同组成的液滴。
根据《细水雾灭火系统技术规范》（GB50898-2013）中细水雾的定义：水在最小设计工作压力下，经喷头喷出并在喷头轴线下方1.0m处的平面上形成的直径Dv0.50小于200μm，Dv0.99小于400μm的水雾滴。
高压细水雾灭火系统由报警控制子系统和管网子系统两部分组成，管网子系统主要由高压泵组、稳压装置、储水箱、补水装置、过滤器、区域控制阀箱、喷头、输送管道及其它附件组成。
2.2气体灭火系统
气体灭火系统是指平时灭火剂以液体、液化气体或气体状态存贮于压力容器内，灭火时以气体（包括蒸汽、气雾）状态喷射作为灭火介质的灭火系统。目前地铁行业使用的灭火介质主要有IG-541、烟烙尽、七氟丙烷和二氧化碳，其中IG-541气体灭火系统的应用最多。
气体灭火系统由报警控制子系统和管网子系统两部分组成，其中管网子系统主要由储气瓶、启动瓶、集流管、气体释放管道、控制管道、选择阀、安全泄压阀、单向阀、瓶头阀、电磁阀、喷嘴、支架、操作/标识指示牌等部件组成。
3高压细水雾与气体灭火系统技术性能比较
下面对高压细水雾与气体灭火系统的技术及性能进行比较，其中气体灭火系统主要选取了惰性气体（IG-541、烟烙尽）、七氟丙烷和二氧化碳，比较情况如表1所示。
通过上述对高压细水雾灭火系统与气体灭火系统在技术及性能方面的比较，可看出上述四种灭火系统均适用于地铁范围内使用，同时可看出高压细水雾相比气体灭火系统具备以下优点：
1）灭火介质补给方面、价格低廉，且可持续、重复启动灭火。
2）灭火过程对人不造成损害，且运营维护及使用过程中安全、可靠。
3）后期维护简单，需投入维护成本低，且设备使用寿命长。
从表1高压细水雾灭火系统和气体灭火系统在既有开通线路的使用情况中可看出（以广州地铁为例），惰性气体（IG-541、烟烙尽）灭火系统在既有开通线路的应用最多，其次是高压细水雾灭火系统，而七氟丙烷和二氧化碳气体灭火系统的应用最少，该两种气体灭火系统主要应用于广州地铁1号线，而后续开通的线路中基本以惰性气体灭火系统为主。另外，高压细水雾灭火系统作为新技术、新设备主要应用于近年开通的部分线路，且有可能在后续开通的新线中进一步推广使用。
4改造可行性分析
从上述分析可知，高压细水雾灭火系统在地铁的应用越来越多，甚至有可能在后续开通的新线中取代气体灭火系统。而对于既有开通线路使用的气体灭火系统，随着设备使用年限的增加，将面临设备停产、性能下降、故障率上升等情况，最终将进行整体改造。
下面将对既有线路气体灭火系统改造成高压细水雾的可行性进行分析，改造过程中存在的问题及分析如下。
4.1设备用房
现每个车站设置的气瓶间数量都超过2个，而后续改造成高压细水雾灭火系统，每个车站只需设置1个设备泵房，即在既有气瓶间中挑选满足要求的气瓶间并将其改造泵房。经测算，每个站点高压细水雾泵房所需的面积应不小于20平方米，才能满足储水箱、高压泵组等设备摆放的空间需求。
4.2给水与排水
根据《细水雾灭火系统技术规范》（GB50898-2013）要求，高压细水雾灭火系统需以市政自来水为水源，且水质应满足生活饮用水标准。现有车站各种用水水源均能满足该要求。
对于水源的压力及流量无太大要求，因后续采用泵组系统，包括储水箱、水泵、水泵控制柜、安全阀等部件，储水箱的设计水量可满足不低于30分钟的持续喷雾要求，所以只要能正常取水至储水箱即可满足设计规范和要求。
因此，后续改造中只需在气瓶间附近水源引水，并在气瓶间增加排水管路及相关设备进行排水。
4.3用电要求
因气体灭火系统均为高压喷气，灭火过程基本无用电需求（除电磁阀启动和防火阀联动外），所以既有车站气瓶间内均无预留用电开关（柜）。如后续改造成高压细水雾灭火系统，因该系统的高压泵组及控制柜等都是用电负荷，所以需增加专门的用电开关（柜）。
经估算，如后续改造成高压细水雾灭火系统，平均每个车站的用电需求将会达到90KW左右（实际用电需求与防护区面积和数量有关）。因此，改造前需核对供电专业能否提供每个站点的用电需求，如可提供，后续还需在气瓶间（泵房）增加低压开关柜，并提供以下用电：
1）为每个分区区域控制阀箱提供一路AC220V/50Hz的电源（一级负荷）。
2）为高压泵、稳压泵及补水泵提供AC380V/50Hz的电源（一级负荷）。
而对于主变电站气体灭火系统改造的用电需求，如主变的用电是通过站用变压器进行供电的，则需核对所配置的站用变压器剩余功率能否满足改造成高压细水雾灭火系统的用电需求。如站用变压器无法提供，则需对站用变压器进行改造扩容，再从变压器低压侧并联电缆至气瓶间（泵房），在气瓶间增加低压柜。
4.4FAS系统监控要求
根据规范要求，气体灭火系统只向FAS系统发送火灾预报警信号、火灾确认信号、灭火剂释放信号、手自动转换、系统故障信号等五个信号。如后续改造成高压细水雾灭火系统，则需对FAS系统做以下改动：
1）新增4个监视信号：增加对水泵启动信号、水泵停止信号、水泵故障信号、区域控制阀状态信号等4个信号的监视。
2）新增1个远程监控面板：需在车站控制室或消防值班室增设远程启、停泵按钮，如下图所示。
图1远程监控面板
因此，后续改造过程需核查个各站点FAS系统剩余监控点容量能否满足本次改造要求，并对FAS系统主机程序及图形监控软件进行修改。而远程启、停泵装置采用硬线接口，后续需增加对应I/O模块并接到车控室或消防值班室的远程监控面板。
4.5高压细水雾的电绝缘性
气体灭火系统使用的灭火介质均具有良好的绝缘性，这也是气体灭火系统广泛用于地铁重点设备房灭火的主要因素。如后续改造成高压细水雾灭火系统，其灭火介质的电绝缘性能否满足要求将是决定能否改造的重要因素。
由于高压细水雾系统喷出的雾滴直径很小，分散在空气中，且雾滴呈不连续性，所以具有较好的电绝缘性能。另一方面，高压细水雾雾滴滞空性强，在扑灭火灾的过程中，接触火源的雾滴快速汽化，未接触火源的雾滴大部分悬停在空中，仅有少部分雾滴降落到保护对象的表面，而真正进入设备内部的雾滴极少，因此很难形成导电的连续水膜，同时对保护对象和现场设备造成的水渍损失极小。
另外，公安部天津消防研究所也委托天津市电力科学研究院进行细水雾喷头喷射雾束交流电耐压性能试验，试验结果表明：细水雾在220KV、110KV、35KV三个电压等级下不发生工频交流闪络。
综上所述，若将既有线路气体灭火系统改造成高压细水雾灭火系统，如果能同时满足改造的用房需求、给水与排水要求、用电需求和FAS系统监控需求等，则可具备改造的可行性。
5改造经济性分析
如后续将既有线路的气体灭火系统管网子系统改造成高压细水雾灭火系统，改造前期需投入的成本会比改造成气体灭火系统多2~3倍。但在后期维护过程，气体灭火系统需投入很大的维护成本，而高压细水雾灭火系统基本无需投入相关维护成本。
根据《气瓶安全技术监察规程》（TSGR0006-2014）相关要求，现地铁范围内使用的储气瓶检测周期基本都是3年，主要是对线上使用的所有气瓶进行送检，包括钢瓶检测、灭火剂充装和现场拆装、更换等。除了后期需投入较大的委外费用之外，过程中需投入很大的人力成本，包括项目全过程管理（项目立项、需求编制、招标等）、现场施工配合等。
因此，如果按设备的全寿命周期来考虑投资成本，即包括前期改造成本和后期维护成本，改造成高压细水雾灭火系统在经济性对比上也有可能优于气体灭火系统。
6总结
高压细水雾灭火系统在安全性和后期维护等方面都优于气体灭火系统，使得该系统在近几年开通的新线及后续开通的线路上的应用越来越多。但是，高压细水雾灭火系统暂未应用在既有地铁线路气体灭火系统的改造上。随着既有线路气体灭火系统达到使用寿命，后续改造中可将高压细水雾灭火系统作为改造的比选方案之一，对改造的可行性和经济性进行分析，确保既有线路气体灭火系统在改造的设备选型更加科学、合理，也进一步提高改造后系统和设备的安全性和经济性。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.细水雾灭火系统技术规范（GB50898-2013）.2013.
[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.气瓶安全技术监察规程（TSGR0006-2014）.2014.
[3]丛北华，费波，钱宗秋.高压细水雾灭火系统在地铁防灾中的应用.2011.
[4]沈滟.高压细水雾灭火系统在地铁设备房的应用.2011.