40ft铁路运输发电集装箱消防系统设计.pdf

文章编号:1 0 0 2-7 6 0 2(2 0 2 3)0 4-0 0 5 1-0 54 0 f t铁路运输发电集装箱消防系统设计舒 麟,金晓平,景传峰(中车长江运输设备集团有限公司 科技开发分公司,湖北 武汉 4 3 0 2 1 2)摘 要:文章介绍了为4 0 f t铁路运输发电集装箱设置的由报警、灭火等装置组成的消防系统,并从系统要求、灭火剂及灭火器类型的选择、消防系统的组成、灭火方式及策略等诸多方面做了充分论证。经试验验证,该消防系统的各项功能均能正常实现,灭火效果良好。关键词:4 0 f t;铁路运输发电集装箱;发电箱;消防系统;灭火中图分类号:U 2 6 0.4+2 3 文献标志码:B d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 2-7 6 0 2.2 0 2 3.0 4.0 1 0收稿日期:2 0 2 1-1 1-0 2;修回日期:2 0 2 3-0 3-2 1基金项目:国铁集团科研项目(2 0 1 7 J 0 0 9-O)第一作者:舒 麟(1 9 6 9),男,正高级工程师。F i r e-f i g h t i n g S y s t e m D e s i g n f o r 4 0 f t C o n t a i n e r s f o r P o w e r G e n e r a t i o n f o r R a i l w a y T r a n s p o r t a t i o nS HU L i n,J I N X i a o p i n g,J I NG C h u a n f e n g(S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B r a n c h,C R R C Y a n g t z e T r a n s p o r t E q u i p m e n t G r o u p C o.,L t d.,W u h a n 4 3 0 2 1 2,C h i n a)A b s t r a c t:T h i s a r t i c l e a d d r e s s e s t h e f i r e-f i g h t i n g s y s t e m c o n s i s t i n g o f a l a r m d e v i c e a n d f i r e-f i g h t i n g d e v i c e s f o r 4 0 f t c o n t a i n e r s f o r p o w e r g e n e r a t i o n f o r r a i l w a y t r a n s p o r t a t i o n,a n d p r o v i d e s f u l l a r g u m e n t s i n t h e a s p e c t s o f s y s t e m r e q u i r e m e n t s,t y p e s e l e c t i o n o f f i r e e x t i n g u i s h i n g a g e n t a n d f i r e e x t i n g u i s h e r s,c o m p o s i t i o n o f f i r e-f i g h t i n g s y s t e m,w a y a n d s t r a t e g y o f f i r e e x t i n g u i s h i n g a n d e t c.P e r f o r m e d t e s t s d e m o n s t r a t e a l l f u n c t i o n s o f s u c h f i r e-f i g h t i n g s y s t e m c a n w o r k a s n o r m a l a n d e f f e c t s o f f i r e e x t i n g u i s h i n g a r e g o o d.K e y w o r d s:4 0 f t;c o n t a i n e r s f o r p o w e r g e n e r a t i o n f o r r a i l w a y t r a n s p o r t a t i o n;p o w e r g e n e r a t i o n b o x;f i r e-f i g h t i n g s y s t e m;f i r e e x t i n g u i s h i n g 根据国铁集团科研项目 机车车辆关键技术提升研究铁路冷藏运输发电装备技术方案研究(2 0 1 7 J 0 0 9-O)要求,中车长江车辆有限公司研制了4 0 f t铁路运输发电集装箱(以下简称“发电箱”),主要为铁路运输冷藏集装箱提供电力。发电箱内安装有发电机组、油箱、风机、蓄电池、电缆等各种燃油及电气设备,且运用时无人值乘。一旦发生火灾,后果非常严重,因此,必须设置能实现远程报警、自动及人工灭火等功能的消防系统,且灭火操作要多级冗余,确保灭火的有效性,保证设备运用的安全性。1 系统基本要求根据发电箱结构、配置和运用环境,从功能需求、可靠性和运用管理要求等方面进行分析,提出了消防系统的基本要求:(1)发电箱重点防护区域主要是柴油发电机组、油箱、配电柜及控制柜等可能的火灾源头;(2)根据发电箱内相对密封的结构特点,应采用全淹没的灭火方式。发生火灾时,一次启动操作,箱内灭火装置全部启动灭火;(3)发电箱采用无人值乘模式,为确保功能的灵活性和可靠性,灭火装置应采用定温自动启动和远程电控启动2种模式,进行多级冗余设计;(4)发电箱内经常有人员工作,为保障工作人员的生命安全,需采用经药检部门检验合格且对人体无害的灭火药剂;(5)灭火装置应具备安装简单、性能可靠、经济实惠的特点,灭火后方便清理。15 研究与设计铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月 2 灭火剂及灭火器选型火灾主要分为A、B、C、D、E、F 6种类型1,其中,A类是可燃固体类火灾,B类是可燃液体类火灾,C类是可燃气体类火灾,D类是钾、钠、镁等活泼金属类火灾,E类是电气类(5 k V以下)火灾,F类指烹饪器具内的烹饪物(如动植物油脂)火灾。灭火剂种类主要有干粉、二氧化碳、泡沫、水型、卤代烷等2。国内外各类灭火剂技术综合比较如表1所示,3种灭火手段应用的优缺点对比分析如表2所示。表1 国内外灭火剂技术综合比较技术指标卤代烷1 3 0 1七氟丙烷FM 2 0 0二氧化碳热气溶胶细水雾普通干粉(微粒)超细干粉(微粒)物质状态液/气液/气气体微粒水雾5 08 0 m1 5 m灭火浓度/(gm-3)2 0 03 0 03 0 07 0 08 0 01 0 0 02 0 01 0 0 02 0 0 06 5 08 0 08 01 2 0灭火机理化学化学物理化学物理物理/化学物理/化学灭火效率较高低于卤代烷低于卤代烷低于卤代烷低于卤代烷低于卤代烷高于卤代烷毒性低毒低毒无毒低毒无毒无毒无毒储存方式高压高压高压高压低压低压/高压低压/高压安全性较好较好较好差好好好安装方式有/无管网有管网有管网无管网有管网有/无管网有/无管网对大气层 影响有无有无无无无成本较高高高较低高低低表2 灭火手段应用优缺点对比分析灭火手段优点缺点水灭火 适用于A类固体火灾,其系统主要用水喷淋降低着火点及窒息灭火,主要用于不怕水的区域场所 水灭火系统会造成二次污染;水只能灭A类火灾,不能用于电气火灾;系统管网,附属设施多,造价高气体灭火 用在怕水的配电间、档案室、储油间,分为有管网与无管网,可扑救A、B、C、E类火灾 在密闭空间使用时易导致人员窒息,七氟丙烷、气溶胶对电气设备、精密仪器有腐蚀性;检查频率高,更换周期短,增加了管理成本;占据空间大,有高压瓶存在危险;灭火效率一般;气体释放速度慢,灭火时间长干粉灭火 适用于A、B、C、E类火灾,使用范围广;悬挂于保护区顶端或设备附近,节省空间;不会对人产生威胁;不会对保护物产生次生危害;维护成本低,造价低 喷射结束后,现场需清理 发电箱内配置的柴油发电机组、油箱、输油管道、配电柜、蓄电池等燃油和电气设备具有一定的火灾危险性。其发生火灾的类型和因素主要分为以下3种:(1)固体表面火灾,主要是由柴油发电机组超温、油路泄漏导致的;(2)电气火灾,主要是由供电线路、配电设备及元器件短路导致的;(3)非水溶性可燃液体(柴油)火灾,主要是由于供油管道、储油容器损坏,造成柴油泄漏而被点燃,其中电气火灾及油箱火灾危险性最大。发电箱的整体材料采用不可燃材料,主要燃烧物是柴油和电气元器件及电缆。通过对各种灭火器适用25铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月 范围进行综合分析,选用干粉灭火器。干粉灭火器采用的磷酸铵盐A B C灭火剂无毒、无害,对保护物无腐蚀,对人体皮肤和呼吸道无刺激,灭火迅速、效率高,且灭火后易于清理,不污染环境。干粉灭火器可采用多个独立的灭火器串联或管道实现,管道灭火需要一个较大的原料罐,而发电箱内部空间受限,因此灭火装置采用多个箱顶悬挂的灭火器串联实现。经过综合分析,发电箱箱顶决定采用悬挂式非贮压式干粉灭火器,如图1所示,地面则布置热敏引爆的灭火球,如图2所示。图1 悬挂式非贮压式干粉灭火器 图2 灭火球3 消防系统组成4 0 f t铁路运输发电箱消防系统由箱顶的4个非贮压悬挂式超细干粉灭火器、地板上的8个超细干粉灭火球、2个手提式干粉灭火器、传感器、监控摄像头、灭火控制器、远程监控系统和相关线路等组成。传感器主要有感烟感温探测器、温度传感器以及可燃气体探测传感器等。图3为灭火器布置示意图。图3 灭火器布置示意图3.1 悬挂式灭火器配置干粉灭火系统的保护方式分为全淹没和局部2种应用保护方式。4 0 f t铁路运输发电箱属于较小的封闭空间,其火灾类型复杂、火灾危险性较大,需要采用全淹没应用保护方式。通过合理布置灭火装置,使灭火装置防护区域覆盖整个发电箱,达到全淹没保护的目的。3.1.1 防护区面积整个发电箱作为一个防护区,防护区的体积约为6 3.5 m3。将油箱、柴油发电机组、过道、通风口等包含在内,防护区体积为6 5 m3。3.1.2 灭火器数量及灭火剂用量灭火器数量为:N=V C/m(1)式中:N为灭火装置的配置数量,单位具;V为防护区净容积,单位m3;C为灭火设计浓度,单位k g/m3;m为单具灭火装置的充装量,单位k g。发电箱内设备贵重,且火源和油品在同箱内设置,因此发电箱属于危险场所,取超细干粉最高灭火浓度为0.1 5 k g/m3。灭火剂用量为6 50.1 5=9.7 5 k g。考虑发电箱是一个狭长的空间,车内设置了进排风装置,另按1.5倍系数取值(含喷射残余量5%)。灭火剂用量取值为9.7 51.5=1 4.6 2 5 k g。取非贮压悬挂式超细干粉灭火装置中单个灭火器充装量为4 k g,则灭火装置的配置数量为1 4.6 2 5/4=3.6,取4具。发电箱内易着火的柴油发电机组布置在箱内两端,油箱布置在水平纵向方向的中间位置,配电柜及控制柜斜对称布置在油箱两端。以上部件均固定于地板上,贯穿于整个箱体内部。灭火器均匀布置在箱体内顶部的油箱及柴油发电机组上方。3.2 灭火球布置灭火球为热敏感温自爆型,布置在油箱两端及柴35 4 0 f t铁路运输发电集装箱消防系统设计 舒 麟,金晓平,景传峰油发电机组两侧的地板上,数量为8个。3.3 可燃气体传感器为防止柴油挥发气体达到爆炸下限出现爆炸风险,在发电箱油箱两端部的侧墙下部各安装1个可燃气体传感器,对柴油挥发气体浓度进行预警,当箱内可燃气体浓度超过设定值2 5%L E L时报警,并自动启动风机进行强制排风。3.4 监控摄像头在箱体隔墙内侧顶部各安装1个监控摄像头,可远程实时观察箱体内部的情况,包括是否有人异常进入、设备运转是否正常及是否有火灾情况等。3.5 灭火控制器灭火系统控制器是4 0 f t铁路运输发电箱灭火系统的大脑,以单片机为核心,负责传感器(感烟感温传感器、感温探测器、可燃气体传感器)的数据采集。控制器接收到传感器(感烟感温传感器、感温探测器、可燃气体传感器)发来的报警信号后,向地面远程监控中心发出报警提示,地面监控中心值班人员通过箱内监控摄像头,远程视屏查看发电箱内的情况,如无异常,则为误报,此后持续密切关注,待车辆到达目的地后排除故障;如有火情,则可远程手动启动灭火系统。3.6 远程监控系统远程监控系统布置在地面监控中心,负责接收箱载系统通过网络发送的数据并进行存储,可以向箱载系统发送相关指令。消防系统远程监控项点见表3。表3 消防系统远程监控项点监控项点监视报警控制自动手动布点数量烟火报警器烟报4烟火报警器火报4灭火装置报警4灭火装置灭火4柴油气体浓度2 注:代表具备此功能,代表不具备此功能。4 灭火方式及策略4.1 灭火方式消防器材主要分为采用电感启动的悬挂式灭火器、温感启动的灭火球及手提式灭火器3种类型,启动模式主要分为手动启动、电控启动和温控启动3种模式。当手动启动灭火失效时,电控灭火启动;当电控灭火失效时,温控灭火自动启动。4.2 灭火策略灭火策略采用五级灭火控制方式,手动与自动、远程和本地、电控和温控相结合,进行多级冗余设计,确保灭火功能执行的灵活性和有效性3。发电箱灭火过程如图4 所示。图4 发电箱灭火过程示意图发电箱灭火的具体过程如下:(1)温度、烟度传感器采集烟火信息。当温度达到9 0 时,火灾报警系统开始报警,监控中心通过监控摄像头确认火情,确需灭火时由人工启动悬挂式灭火器进行灭火。(2)测温控制器探测温度。每个悬挂式灭火器配置1个测温传感器及控制器,当烟火报警系统未报警或人工疏于操作时,温度达到1 0 0,测温控制器再次报警,温度达到1 1 0,测温控制器自动启动悬挂式灭火器进行灭火。(3)感温控制器探测温度。每个悬挂式灭火器配置1个自带电池的感温传感器及控制器,当箱内监控系统无电,测温控制器失效时,如温度达到1 1 5,自带电池的感温控制器自动启动悬挂式灭火器进行灭火。(4)热敏器件探测温度。当自带电池的感温控制器失效时,如温度达到1 6 0,热敏器件自动启动布置在地板面的灭火球进行灭火。(5)当有人进入箱内进行加油、设备维护保养或其他操作而突发火情时,使用手提式灭火器对局部火情进行灭火。5 系统试验验证系统试验包括模拟启动试验和真实火灾试验,其目的是验证箱内发生火灾时报警系统、灭火装置的执行能力和灭火效果。经试验验证,该消防系统的各项功能均能正常实现,灭火效果良好4。6 总结中车长江车辆有限公司研制的4 0 f t铁路运输发45铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月 电集装箱配置了能实现远程报警、自动及人工灭火等功能的消防系统。2 0 1 8年3月,完成了方案设计、系统配置及系统功能、模拟启动和真实火灾等相关先行试验,产品于2 0 1 8年8月正式投入运用。截至目前,累计装箱并投入运用3 0台,运用时间超过4年,运用情况良好,相关试验及运用情况均验证了消防系统的安全性和可靠性。参考文献:1 中国国家标准化管理委员会.火灾分类:G B/T 4 9 6 82 0 0 8S.2 姚丹丹,李利,王立群,等.火灾的种类与灭火剂的选择J.化工安全与环境,2 0 0 4(1 7):1 2-1 4.YAO D a n d a n,L I L i,WANG L i q u n,e t a l.T y p e s o f f i r e a n d s e l e c t i o n o f e x t i n g u i s h i n g a g e n t sJ.C h e m i c a l S a f e t y a n d E n v i r o n m e n t,2 0 0 4(1 7):1 2-1 4.3 舒麟,何远新,景传峰,等.铁路冷藏运输发电装备关键技术研究与应用J.铁道车辆,2 0 2 2,6 0(4):8 1-8 5.S HU L i n,HE Y u a n x i n,J I N G C h u a n f e n g,e t a l.R e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o n k e y t e c h n o l o g i e s o f p o w e r g e n e r a t i o n e-q u i p m e n t f o r r a i l w a y r e f r i g e r a t i o n t r a n s p o r t a t i o nJ.R o l l i n g S t o c k,2 0 2 2,6 0(4):8 1-8 5.4 湖北清和华正消防安全检测有限公司.4 0英尺铁路运输发电箱报警灭火系统检测报告R.(责任编辑:张庆娟)铁 道 车 辆 投 稿 须 知1 来稿要求和注意事项(1)来稿请写明第一作者(通信作者)姓名、性别、出生年、学历、职称、单位(具体到二级部门)、电话和通信地址。(2)文稿应力求主题清楚,论点明确,逻辑严谨,数据准确,文字简练通顺。(3)超过3 0 0 0字的文稿请附中英文摘要及关键词,中中文文摘摘要要33 00 00字字左左右右,关关键键词词5588个个。(4)国家及省(部)级基金项目或科技研究开发计划项目资助的论文可优先发表,请注明项目名称和项目编号。(5)为避免歧义,文稿中的专业术语和符号前后需统一,不用相同符号代表不同含义。(6)文文后后参参考考文文献献不不少少于于55篇篇,综综述述类类、研研究究与与设设计计类类的的文文稿稿参参考考文文献献不不少少于于11 00篇篇,多多者者不不限限。中中文文期期刊刊文文献献采采用用中中英英文文22种种文文字字进进行行著著录录,英英文文内内容容需需与与知知网网等等数数据据库库发发布布的的内内容容一一致致。(7)文稿不得涉及保密内容,不得存在抄袭、剽窃等行为,不得一稿两投或一稿多投,如经发现,则取消该稿在本刊发表的资格。2 投稿方式投稿邮箱:t d c l b j b v i p.s i n a.c o m。3 来稿处理(1)来稿收到后,邮箱自动回复。来稿一般不退。(2)实行双向双匿名审校,一般33 00个个工工作作日日内反馈审校结果。不不收收取取审审稿稿费费和和版版面面费费。(3)采取优秀稿件优先发表原则,来稿一经刊登,即按规定酌致稿酬,并赠当期期刊。55 4 0 f t铁路运输发电集装箱消防系统设计 舒 麟,金晓平,景传峰