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七氟丙烷气体灭火系统在内燃机车上的应用

日期:2019-11-16 14:49
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摘要:
 
    一、内燃机车内的火灾危险性及其特点
    铁路内燃机车是目前我国铁路运输中的主力机车,国内大约有近4万辆,该机车内部的主要火灾危险性和隐患如下:
    (1)机车内部温度较高。机车高速运行中车内的平均温度在50℃~70℃,其中废气管的局部温度高达600℃,因此,只要有燃油泄漏,极易发生火灾。
    (2)油路较复杂。由于机车高速运行时,产生振动,容易发生柴油跑、冒、滴、漏等现象。
    (3)电路较复杂。机车内的电气室有大量的变配电设备,由于机车运行振动或动物咬伤而造成电器短路或漏电的现象时有发生。
    (4)由于运行中铁路部门规定列车运行速度大于120km/h时不能进行巡视检查。而机车内又没有安装相应的火灾探测报警系统和灭火系统。所以对火灾的初期很难发现。存在严重的火灾隐患。
    目前,电力机车数量正在增加,电力机车的电路更复杂,电流更大,部分车型的速度高于内燃机车,其火灾事故的危险性不亚于内燃机车,所以配备消防设施也是十分重要。
综上所述,由于机车内具有较大的火灾危险性,而车内用于预防和保护措施的消防设备又严重不足,每年大约要造成几十台机车发生火灾事故,造成上亿元的损失(每台内燃机车总造价为600万元/台~1000万元/台)。因此加强对机车消防设施的配备,保证列车安全正常运行显得越来越重要。
二、机车选择七氟丙烷气体灭火系统的依据
    对于机车的消防设施,应优先选用七氟丙烷气体灭火系统,因为七氟丙烷灭火剂具有以下优点:
    (1)七氟丙烷灭火剂具有无色、无味,是ISO/CD/14520《气体灭火系统——物理性能及系统设计》认可洁净气体灭火剂,对大气的臭氧层没有破坏作用。
    (2)七氟丙烷是一种高效洁净的气体灭火剂,能够用于扑救可燃液体和可熔化固体的火灾、可燃固体的表面火灾、电气火灾。七氟丙烷液相储存具有良好的稳定性,应用于全淹没系统,灭火机理为化学过程,打断燃烧化学反应链,并辅以冷却作用,灭火效果好。
    (3)七氟丙烷灭火剂是不导电介质,不含水性物质,不含有固体粉尘、油渍,它是液态储存,气态释放。喷放后可自然排出或由通风系统迅速排除。现场无残留物,不会受到污染,善后处理方便。其物理特性见下表:
    七氟丙烷灭火剂物理性质
    (4)七氟丙烷灭火浓度低,充装密度较大,储存压力较低,药剂储存位置较小,很适合机车空间小的特点。
综上分析,针对机车上内部空间陕小,没有太多的位置安装灭火药剂贮瓶,温度较高并长期受到运行振动,不宜采用受温度影响较大、压力过高的系统。如CO2系统和IG541系统,由于其受温度影响大,灭火剂用量过大,尽管CO2系统和IG541系统有较好的绿色环保性能,但其应用量相对容积比过高,要占用较大的空间,因此要在列车上使用有较大的困难,而七氟丙烷则在环保和使用环境上都比较适合,如灭火体积分数较小,使用量不大,占用空间小,而且系统压力不高,受温度影响小,基本适宜在机车上采用。  
三、灭火系统应用在铁路内燃机车上解决的关键技术难题     
    白沙消防工贸有限公司生产的“远红”牌机车七氟丙烷气体报警灭火系统在南车戚墅堰机车有限公司东风11G准高速内燃机车上运用始于2004年,为了达到预期的质量要求,针对机车的特点解决了以下几个关键技术难题:
    (1)机车高速运行时平均温度为50℃~70℃,七氟丙烷灭火系统的常规使用温度为0~50℃。要求该系统零部件的材料必须能承受70℃的高温,而系统设计工作压力应不高于七氟丙烷灭火剂储瓶的*大工作压力值,这样才能确保系统的安全性。因此,对系统中采用的密封元件要选择耐高温材料,在保证灭火性能、喷射性能的前提下,合理调整灭火剂的充装量。
    (2)灭火系统具有较高的抗振性能,为此对该系统中零部件和安装组件进行了如下改进:
    一是对灭火剂瓶组中采用的容器阀结构采用导向型浮动式自压密封结构。这种密封结构的*大特点是无论温度变化怎样,阀瓣活塞组件上始终有一个作用力,作用在阀门密封口上,结构简单,不易掉零件,可靠性高。使瓶组密封性得到大大提高,完全能克服因振动引起灭火剂泄漏的缺点,经地面和机车上试验效果很好;
    二是各零件采用防松动和脱落结构,并增涂密封厌氧胶;
    三是增设低压防泄漏措施,以确保系统不泄漏。
    (3)灭火系统的具有更高的可靠性、安全性,为此对该系统中的密封部件、启动部件等进行了如下改进:一是对阀门的运动部件采用固体粉末材料润滑,永无润滑干涸、硬化、凝固、卡塞之虑,保证系统启动性能;二是系统取消附设氮气启动小钢瓶驱动装置,改用灭火剂贮存大钢瓶启动装置,既简化结构,又保证了足够的启动气源;三是通过电磁驱动装置,手动机械启动操作灵活简单。
    (4)根据机车内油电路复杂的情况,系统设计专用喷头,对发动机的油槽、排气管和气缸盖等火灾易发部件实施重点保护、定点喷射。
    (5)为确保灭火的有效性和准确性,配套采用了紫外火焰探测报警系统,安装3个紫外火焰探测器,经过探测器三次相应才确认发生火灾,大大降低了系统的误报和误动作。另系统设有自动、手动及机械应急启动三中方式,确保了灭火动作顺利进行。
    (6)根据机车的特殊性,白沙消防工贸有限公司研制了机车专用气体灭火控制器,采用RISC单片机控制技术,具有火灾探测、火灾报警、联动控制、故障判断等多种功能。针对列车机车的使用环境恶劣的情况,为避免产生误报警、误动作,对本气体灭火控制器进行了优化设计,并做多项强化。如:1、针对机车上干扰源多干扰强度大的情况,采取了多级EMC措施和多重预警处理,极大地减少了误报警的机率,*大程度避免了对司机的干扰。2、针对可能出现的误动作情况,增加了多级安全防护,配备有授权硬件电路,杜绝在非报警情况下的误动作。3、增加了手动自动切换的方法,减少了按键误操作的可能。4、自动储存*近500多次发生的系统事件,完整再现启动过程,确定启动原因,可用于追溯已发生事件的原因和过程。数据掉电100年不丢失。
四、火车机车监控、报警与灭火系统    
    火车机车监控、报警、灭火综合系统系统由机车气体灭火控制器与七氟丙烷气体灭火系统和视频监控系统组成。三个子系统有机结合,各自发挥其作用,相互支持、互补,形成完整的、科学的灭火系统,确保火灾及时扑灭,保护机车的安全。
    火车机车火灾自动报警系统主要功能:探测火灾、启动灭火系统、接收手动启动和其他手动操作。白沙消防工贸有限公司已在DF11G机车批量安装火灾自动报警系统,该系统一直正常运行。火车机车火灾视频监控系统主要功能:可通过显示屏在**时间观察到火灾视频,使火车司机及时停车并手动启动灭火系统进行灭火,减少损失。
    白沙消防工贸有限公司已在DF4机车上安装视频监控系统,目前运行正常。火车机车七氟丙烷灭火系统的主要功能:有效灭火。白沙消防工贸有限公司七氟丙烷气体灭火系统已在DF11G机车批量安装,系统长期工作,深受用户好评。      
 “远红”牌气体灭火系统的优势  
      
    如上所介绍,“远红”牌气体灭火系统被专家认定为国际先进水平,多项技术为国内开创,产品可靠性高。
    “远红”牌与国内其他品牌固定灭火系统对比表
五、“远红”牌火车机车自动报警灭火系统在东风11G准高速内燃机车上的应用    
    白沙消防工贸有限公司生产的“远红”牌火车机车自动报警灭火系统与2004年开始应用在南车戚墅堰机车有限公司东风11G准高速内燃机车上,对动力室和供电室进行保护,总共安装218台机车,该产品通过不断改进,经受机车运行的严酷考验,整个气体报警灭火系统运行稳定可靠,并在****起到关键作用。公司在开发火车机车自动报警灭火系统,投入大量的人力、物力,集中公司的所有技术力量,进行研发。并得到南车戚墅堰机车有限公司的大力支持。
    下图为沙消防生产的七氟丙烷气体灭火系统在东风11G准高速机车上应用实物照片: 
                                          
东风11G准高速内燃机车
安装在机车上的七氟丙烷气体自动灭火系统的灭火剂瓶组
安装于机械室内的紫外火焰探测器
安装于驾驶室的气体灭火控制器
安装在驾驶室与机械室之间的门框上的紧急启停按钮
安装在机械室的七氟丙烷气体灭火系统的喷嘴
六、灭火系统在其他内燃机车上的应用
    白沙消防工贸有限公司的火车机车自动报警灭火系统在DF4机车上的运用,紫外火焰探测器分别对电阻柜、电气柜、整流柜、同步牵引电机等部位进行监控,喷嘴分别也安装在上述部位进行保护。同时增设视频监控系统,摄像头2只,分别安装在电气柜与同步牵引电机上部,两端驾驶室的显示屏每隔10S,切换一个摄像头的图像。显示屏安装在驾驶室,以便驾驶员及早发现火灾,进行手动操作灭火。
    火车机车自动报警灭火系统按上述产品安装。
    因为是旧车改造,条件较差,又不允许改变机车的任何结构,给安装带来许多不便,较难处理,外观也较难做得整洁。 
                                              
安装在DF4机械室内七氟丙烷气体灭火系统的瓶组
安装在DF4机械室内七氟丙烷气体灭火系统的瓶组
安装在DF4驾驶室内的气体灭火控制器,以方便驾驶员进行操作
为安装在DF4机车电控柜上的紫外火焰探测器与七氟丙烷灭火系统的喷嘴
安装在DF4机车发电机室上部的高清红外夜视摄像头
安装在DF4机车电控柜上部高清红外夜视摄像头
安装在DF4机车发电机室的七氟丙烷灭火系统喷嘴
安装在DF4机车驾驶室的显示屏(屏上显示电控柜的图像)
安装在DF4机车电控柜边的电源
    DF4机车上安装的火车机车火灾自动监控报警灭火系统,历经一年半,目前系统运行正常,没有发现故障。这对白沙消防工贸有限公司开发的火车机车自动报警灭火系统的升级、推广提供重要技术依据,也取得了丰富经验。可以预计,在原有其他车型的机车上增加火车机车自动监控报警灭火系统是可行的。
来源:慧聪消防网作者:白沙消防工贸有限公司