灭火系统

定义

灭火系统指由灭火剂储存装置或供水设施、管道、喷放组件以及探测与控制器件等构成,在火灾发生时能够喷放灭火剂实施灭火或防护冷却的成套设备。中国建筑消防设施术语中,建筑消防设施是建筑物、构筑物内用于火灾报警、灭火救援、人员疏散与防火分隔等设施的总称,灭火系统属于其中直接用于灭火的一类^[1]。按功能划分,消防设备可分为直接灭火的灭火系统、限制火势的辅助系统以及报警与指示系统三类^[2]。

以喷水灭火为例,国家标准把自动喷水灭火系统界定为由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置等组件连同管道、供水设施组成、火灾时能喷水的自动灭火系统^[3]。配置火灾探测与控制的灭火系统,在消防控制中心的报警控制器确认火警后输出联动信号,可自动完成灭火动作^[4]。

原理

灭火的基本途径包括冷却、窒息、隔离与化学抑制,前三种以物理作用为主,化学抑制则通过中断燃烧链式反应实现灭火^[5]。不同系统的差异主要体现在灭火剂与启动方式上,但都要解决三个问题:及时发现火情、在限定时间内把足够浓度的灭火剂送达火源、维持所需浓度达到规定的持续时间^[6]。

水基系统的核心是喷头与报警阀组的配合。以湿式系统为例,平时管网内由稳压设施维持有压水,火灾时闭式喷头的热敏元件动作开启喷水,管内水由静止转为流动,水流指示器发出电信号指示起火区域,持续泄压使报警阀上下出现压差而开启,水力警铃发声,压力开关或流量开关启动消防水泵向开放喷头供水。闭式与开式系统的区别在于喷头形式:闭式系统采用闭式喷头,开式系统采用开式喷头,雨淋、水幕、水喷雾等均属开式^[1]。

气体系统多采用全淹没方式,即把喷头均匀布置在防护区顶部,在封闭空间内迅速形成浓度均匀的灭火剂与空气混合气体,并在浸渍时间内维持灭火浓度^[7]。火灾时防护区内的氧含量被稀释或被化学抑制,从而终止燃烧;喷洒过程中还需通过泄压装置释放防护区超压,避免围护结构受损^[6]。泡沫系统则将泡沫灭火剂与水按比例混合,经发泡设备产生泡沫覆盖燃烧物表面^[1]。

发展历程

固定式灭火装置的早期尝试集中在欧洲。1812 年,英国伦敦特鲁里街皇家剧院安装了有记载以来第一套简易自动喷水灭火系统,由一根主干管向 3 排水管供水,配水管上开有约 2000 个 15 毫米孔径的孔,由人工按着火位置开启对应区域喷水^[8]。1836 年之后,穿孔管系统在美国被用于纺织厂,但其缺点是无法只在着火部位喷水,小规模火灾也可能造成较大水渍损失^[9]。

1864 年出现第一只接近现代结构的喷头,以黄铜球体、活塞与细绳控制开启;1874 年,美国康涅狄格州纽黑文的亨利·帕米利取得自动喷淋装置专利,并大规模安装使用^[10]。1881 年前后,弗雷德里克·格林内尔设计了以他命名的喷头,1882 年该型喷头投入应用;1896 年,美国国家消防协会成立,其喷淋安装规则草案成为后来 NFPA 13 标准的雏形^[10]。1922 年,玻璃球喷头问世,依靠球内液体受热膨胀使玻璃球破碎而开启^[8]。

中国使用自动喷水灭火系统的记录可追溯至 1926 年,上海第十七毛纺厂安装了该系统;1934 年建成的上海国际饭店在客房、厨房、餐厅、走道与电梯间均安装洒水喷头^[9]。20 世纪 80 年代中期,美国研制出早期抑制快速响应喷头,被 NFPA 13 定义为具有直接灭火功能的喷头^[11]。到 2005 年底,中国安装该系统的单层及多层建筑约 17 万多栋,高层建筑 4 万多栋^[9]。

应用

民用与工业建筑是最主要的应用场景。自动喷水灭火系统被认为应用范围最广、用量最多且造价较低,已安装系统中湿式系统占比超过 70%^[3]。湿式系统适用于环境温度不低于 4 ℃ 且不高于 70 ℃ 的场所;有冰冻危险或温度过高的场所可改用干式系统或预作用系统,干式系统管网平时充有压气体,不受环境温度限制^[3]。

对怕水渍损失的场所,预作用系统在准工作状态时管网不充水,由火灾自动报警系统先开启预作用装置转为湿式状态,再等待闭式喷头动作喷水,适用于档案库、冷库等不允许误喷或严禁管道充水的场合^[3]。在电子机房、通信机房与珍贵藏品库等场所,气体灭火系统因不导电、灭火后无残留而被采用,七氟丙烷可用于扑救 A 类表面火、B 类、C 类及电气火灾^[12]。

工业场所另有专门配置。泡沫灭火系统适用于非水溶性液体可能泄漏的室内场所,大型体育馆一类大空间则采用灭火炮等装置^[4]。变配电设备也有专门产品,如油浸变压器排油注氮灭火装置可自动探测变压器火灾,开启排油阀泄压并向油箱内注入氮气^[13]。

局限

各类系统都有明确的适用边界。水基系统只能用于可以用水扑救的场所,湿式系统受环境温度制约,超出 4 ℃ 至 70 ℃ 范围就有管内充水冰冻或汽化升压的危险^[3]。干式系统虽不受温度限制,但喷头开放后管网须先排气充水,开始喷水的时间出现滞后,削弱灭火能力,这是其固有缺陷,不宜用于火灾蔓延较快的场所^[3]。

灭火剂本身的危险性构成另一重限制。全淹没二氧化碳灭火系统的灭火设计浓度不低于 34%,该浓度下氧含量低于人体安全阈值,一旦喷放可能导致防护区内人员窒息,规范因此规定其不应用于经常有人停留的场所^[14]。二氧化碳释放时产生的干冰会使防护区温度骤降,可能影响精密仪器;若设计与施工不当,干冰还可能阻塞管道或喷嘴^[12]。

系统效能依赖完整的设计与维护条件。喷水系统要可靠发挥作用,需喷头或探测器能有效探测初期火灾、及时启动、按设计强度持续喷水且喷洒不受阻挡,四项条件缺一不可^[15]。干式系统对管道气密性要求较严,平时气压下降即需补气,施工与维护管理相对复杂,造价也高于湿式系统^[16]。

参见

• 自动喷水灭火系统 —— 采用洒水喷头、在火灾时自动喷水的灭火系统,是灭火系统中用量最大的一类。

• 火灾自动报警系统 —— 承担火灾早期探测与报警,并向灭火系统等设备发出联动控制信号。

• 气体灭火系统 —— 以二氧化碳、七氟丙烷、惰性气体等为介质的灭火系统,常用于电气与精密设备场所。

• 泡沫灭火系统 —— 以泡沫灭火剂覆盖燃烧物表面,多用于可燃液体火灾。

• 干粉灭火系统 —— 以干粉灭火剂扑救多种类型火灾的固定式系统。

• 灭火器 —— 可移动的灭火器具,用于扑救初期火灾,与固定式灭火系统互为补充。