超高速雨淋灭火技术及其应用综述

王俭龙; 李新锐; 于水晴; 李天宇; 吕智星; 张珊珊

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2506042

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (23) :9759-9769 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2506042

建筑科学

超高速雨淋灭火技术及其应用综述

王俭龙 ¹ ,
李新锐 ¹^,² ,
于水晴 ¹ ,
李天宇 ¹ ,
吕智星 ¹ ,
张珊珊 ¹^,^*

作者信息 +

Review of Ultra-high-speed Deluge Fire Suppression Technology

Author information +

文章历史 +

摘要

针对火炸药、弹药生产场所危险特性、事故危害后果及生产过程安全防护需求,综述了超高速雨淋灭火技术在扑灭火炸药、弹药生产场所火灾,控制火势蔓延,减少事故损失等方面起到的重要防护作用。介绍了美国超高速雨淋系统类型、组成、特点及其在火炸药、弹药生产场所的应用情况和研究进展情况,分析了美国火炸药、弹药称重及装药等生产场所火灾危险特点及超高速雨淋系统设置要求。总结了中国火炸药、弹药生产场所超高速雨淋灭火技术现状及存在问题,对中国超高速雨淋灭火技术在响应时间范围、探测器性能优化、系统设计标准建立、组合型系统应用等方面进行了展望,为中国火炸药、弹药生产场所超高速雨淋灭火技术的研究与应用提供参考。

Abstract

Ultra-high-speed deluge fire suppression technology plays a crucial role in rapidly extinguishing fires, controlling the spread of fire, and minimizing accident-related losses.The applications of ultra-high-speed deluge-fire suppression technology in explosives and ammunition production facilities were summarized by examining the hazardous characteristics of these sites, the potential consequences of accidents, and the corresponding safety protection requirements during production. The types, composition, and features of ultra-high-speed deluge systems used in the United States, along with their current application status and research progress in explosive and ammunition manufacturing facilities were also introduced. The fire hazard characteristics of weighing and loading production sites was studied for explosives and ammunition in the United States, along with the installation requirements for ultra-high-speed deluge systems. Furthermore, the current development status and existing challenges of ultra-high-speed deluge fire suppression technology applied in China’s explosives and ammunition production facilities were summarized. Future research directions are outlined, focusing on optimizing system response time, enhancing detector performance, establishing system design standards, and promoting the adoption of integrated suppression systems. A valuable reference was provided for the research and practical application of ultra-high-speed deluge fire suppression technology in China’s explosives and ammunition production facilities.

Graphical abstract

关键词

超高速雨淋系统 / 火炸药安全 / 灭火技术 / 灭火装置

Key words

ultra-high-speed deluge system / explosives safety / fire suppression technology / fire extinguishing device

引用本文

引用格式 ▾

王俭龙, 李新锐, 于水晴, 李天宇, 吕智星, 张珊珊. 超高速雨淋灭火技术及其应用综述[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(23): 9759-9769 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2506042

WANG Jian-long, LI Xin-rui, YU Shui-qing, LI Tian-yu, LÜ Zhi-xing, ZHANG Shan-shan. Review of Ultra-high-speed Deluge Fire Suppression Technology[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(23): 9759-9769 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2506042

登录浏览全文

4963

注册一个新账户忘记密码

火炸药与弹药作为武器系统实现精确打击、高效毁伤的核心能源,在国防工业发展进程中占据着至关重要的地位^[1-5]。火炸药、弹药具有易燃、易爆的危险特性^[6-7],在生产过程中若发生设备故障、人员误操作等情况,或受到高温、撞击、摩擦及静电火花等因素的作用,极易引发燃烧或爆炸事故^[8-11]。目前火炸药、弹药生产正逐步向自动化、连续化、数智化方向发展^[12],但仍有不少危险工序需依赖人工作业。由于火炸药、弹药生产场所的火灾具有燃烧速度快、释热率高等特点^[13],一旦发生火情,若未能在燃烧初期进行有效控制,火势极易迅速蔓延,甚至可能发展为燃烧转爆轰^[14-18],进而造成大量人员伤亡与财产损失^[19-20]。安全生产关系到人员生命安全,是维护社会稳定和经济发展的基础,其中火炸药、弹药的生产安全尤为重要^[21-22]。为减少火炸药、弹药生产场所的火灾事故,需在该类场所设置快速有效的安全防护技术,将燃烧事故控制在初始阶段,实现完全灭火或阻止火势蔓延,防止燃烧向爆轰转化,减小事故灾害后果,这对保障火炸药、弹药的生产安全具有重要作用^[23-25]。现有雨淋系统一方面因保护面积大导致喷水强度较低,另一方面探测器响应时间和雨淋阀开启时间均偏慢,难以有效扑灭火炸药、弹药生产场所的火灾^[26]。火炸药、弹药生产场所的灭火系统需在爆燃初始阶段及时响应,并快速喷水冷却,唯有如此才能阻止火焰快速蔓延,从而有效限制或终止燃烧,达到保护操作人员与设备安全的目的^[27-28]。若灭火系统的响应时间超过1 s,此时可能已错过火炸药、弹药的初始燃烧阶段,燃烧火势会迅速向周围及内部蔓延;同时,火炸药快速燃烧形成的气体屏障会阻碍系统出水到达燃烧表面,导致爆燃发展至失控程度,使灭火系统失效,进而扩大事故灾害后果。因此,针对火炸药、弹药生产场所火灾的灭火系统必须在毫秒级时间内响应。超高速雨淋系统是指响应时间不超过100 ms的雨淋系统,与传统雨淋系统相比,具有响应时间快、喷水强度大等优点。美国的超高速雨淋灭火技术发展处于世界前列,美国陆军作战支援司令部及其所属的陆军弹药厂在该技术的开发与改进中发挥了主导作用。自20世纪60年代起,超高速雨淋系统便开始在美国火炸药、弹药生产场所应用,多年来成功扑灭多起火灾,积累了丰富的应用经验,在保障火炸药、弹药生产安全方面发挥了重要作用。然而,中国超高速雨淋灭火技术研究尚处于起步阶段,尚未建立技术标准体系。为此,重点介绍美国超高速雨淋灭火技术及其在火炸药、弹药生产场所的发展应用与研究情况,总结中国该技术的现状及需解决的问题,为中国火炸药、弹药生产场所超高速雨淋灭火技术的研究与应用提供参考。

1 超高速雨淋系统

超高速雨淋系统最早由美国提出,专门用于保护存在爆燃或燃烧转爆轰等高风险的场所。超高速雨淋系统^[29-30]是指从向探测器提供能量到喷头开始出水的响应时间不超过100 ms的雨淋系统。该系统通常由高速探测器、控制系统、供水系统、系统管道、快速开启阀、喷头等部分组成。高速探测器采用高速火焰探测器,控制系统包含控制器、高速控制模块、控制继电器等,可接收高速探测器的信号并传输电信号以启动快速开启阀。快速开启阀主要有电爆阀、先导式阀等类型。为缩短喷水至着火点的时间,系统管道会预先充水至喷头位置。系统的响应时间主要由高速探测器、高速控制器、快速开启阀等部分的响应时间构成。根据保护场所的不同,超高速雨淋系统可分为区域保护型和点保护型;部分生产场所同时需要点保护和区域保护,这类系统为组合保护型,其保护类型如图1所示。

1.1 高速火焰探测器

高速火焰探测器是超高速雨淋系统的重要组成部分^[31],高速火焰探测是该系统首选的探测方式。系统最初采用紫外(ultraviolet detector,UV)探测器和红外(infrared detector,IR)探测器,这类探测器可对燃烧过程中特定波长的辐射快速做出响应。其中,紫外探测器能够响应波长范围为0.185~0.285 μm的辐射(图2)^[32],而发出这一波长辐射的火焰通常为扩散燃烧的高强度火焰。紫外探测器需接收到火焰辐射才能发挥作用,且遵循光学平方反比定律,其响应时间与探测器和能量源之间的距离成反比,到达探测器的辐射功率表达式^[32]为

(1)

$S=\frac{Kp{e}^{cd}}{{d}^{2}}$

式(1)中:S为到达探测器的辐射功率;K为常数;p为火焰发出的辐射功率,是燃料特性和火灾规模的函数;c为空气的消光系数,即被空气吸收或散射的辐射能量,是湿度、灰尘等因素的函数;d为从火焰位置到探测器的直线距离。

从式(1)中可以看出,增大紫外探测器与燃烧点的距离,会导致探测器接收到的辐射量大幅减少。反之,缩短紫外探测器与燃烧点的距离,会使探测器接收到的辐射量大幅增加,从而缩短紫外探测器的响应时间。电弧焊、闪电、X射线等会对紫外探测器造成影响,因此,紫外探测器适用于室内等非开放场所。红外探测器对波长范围在0.85~1.0 μm的辐射做出响应(图2)^[32],红外辐射强度与火源的相对大小或距离有关。由于太阳光的辐射波长范围包含红外探测器的响应波长,因此,红外探测器会受阳光影响,还会受高强度灯光和高温物体影响,所以红外探测器一般适用于封闭、半封闭空间或能遮挡太阳光的空间内。

由于紫外探测器和红外探测器所探测的波长范围不同,且受不同因素影响,存在误报率较高等问题。为提高火炸药、弹药生产场所超高速雨淋系统的响应时间和高速火焰探测器的可靠性,近年来,超高速雨淋系统多采用多波段红外/红外、红外/紫外探测器,多波段探测器能够搜索多个波段的光谱辐射,具有误报率低的优点。根据文献[33 -36]测试结果,不同类型探测器的反应时间随火炸药材料燃烧火焰增长速度而变化,对于垂直增长速度大于2.54 cm/ms的火焰,多波段红外/紫外探测器响应时间更快,平均响应时间为6 ms,且多波段红外/紫外探测器对于白炽灯、电弧、喷灯等误报率更低。根据不同火炸药材料在燃烧过程中发出独特的光谱区域和辐射强度等特征优化探测器参数,还可以进一步提高探测器的响应时间和可靠性^[37-38]。

1.2 区域保护型超高速雨淋系统

区域保护型超高速雨淋系统由多个喷头保护一片区域,适用于保护面积比较大的火炸药、弹药生产场所。为提高系统的灭火效果,通常系统供水量不大于1.89 m³,系统供水压力在1.20 MPa左右,由高位水箱提供系统初始压力,喷头布置应尽可能靠近保护位置。在美国超高速雨淋灭火技术体系中,常见的区域保护型系统有电爆阀型超高速雨淋系统、先导式超高速雨淋系统、便携式超高速雨淋灭火装置等。

1.2.1 电爆阀型超高速雨淋系统

电爆阀型超高速雨淋系统^[39]于20世纪60年代早期研发而成,是最早应用在火炸药、弹药生产场所的超高速灭火系统,至今仍广泛应用在美国陆军弹药厂弹药装药、炸药干燥、推进剂加工等场所。系统主要由高速火焰探测器、控制系统、电爆阀、带封盖或爆破片的喷头、系统管道、供水系统等部分组成。系统主要特点是电爆阀(图3)^[32]内配有两个并联线路控制的起爆器,起爆器内装有起爆药。

当高速火焰探测器识别到火灾时,探测器会发出电信号给控制系统开启电爆阀,系统供水压力瞬间上升超过喷头的启动压力,喷头封盖自动弹出或爆破片破裂,喷头开始喷水。系统最大喷头数量不超过6个,系统静压保持在0.30~0.50 MPa。系统每次动作结束后,需要更换电爆阀组件和重新盖上喷头封盖或更换喷头爆破片。系统响应时间与电爆阀管径、系统规模、阀门到喷头的距离、供水压力等因素有关,对于立管非常靠近保护区域、供水压力较高且喷头数量较少的系统,响应时间可以达到100 ms,系统形式如图4所示^[32]。

1.2.2 先导式超高速雨淋系统

先导式超高速雨淋系统^[40]于20世纪60年代初问世,主要用于美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)载人航天计划的高压舱和海军舰艇弹药库防护系统,早期系统响应时间为150 ms,经过多年发展与改进,如今系统响应时间可以达到100 ms以内,该系统主要应用在火炸药切药及弹药生产场所。系统由高速火焰探测器、控制系统、高速电磁阀启动的先导式系统、喷头、系统管道、供水系统等部分组成。先导式系统包括高速电磁阀、先导式阀门(图5)^[32]、系统管道、系统阀门等部分组成。先导式超高速雨淋系统主要特点是先导式阀门同时连接雨淋系统和先导式系统,雨淋系统管道预充水至喷头处,先导式系统对先导式阀门施加压力防止喷头喷水。高速火焰探测器接收到火灾信号后,控制系统启动先导式系统上的高速电磁阀,先导式系统开始排水并泄压,先导式阀门开启,喷头开始喷水。系统响应时间与喷头数量、供水压力、高速电磁阀与先导式阀门之间距离等因素有关,系统最大喷头数量不超过10个。系统形式如图6所示^[32]。

1.2.3 便携式超高速雨淋灭火装置

便携式超高速雨淋灭火装置^[32]由高速火焰探测器、电子控制装置、高速雨淋阀、储水罐(容积为397 L)、氮气加压装置等部分组成,是一种便携式、可移动型超高速雨淋灭火装置,灭火装置通常配备一体式电源和电池组两种供电模式。灭火装置主要应用在火炸药或烟火药的机械加工、混合、造粒、压伸、干燥及清理等位置。灭火装置响应时间小于50 ms,每个喷头流量为1.9 L/s,保护范围不超过9.3 m²,也可以用于保护局部生产点作为点保护型系统使用,系统装置如图7所示。

虽然区域保护型超高速雨淋系统能在100 ms内做出反应,但在实际应用中,有些系统喷头距离保护点超过了3 m,大大增加了系统水到保护点的时间,造成系统无法发挥有效灭火的作用^[41]。区域保护型超高速雨淋系统喷头在不影响人员操作、设备运行的情况下应尽量靠近保护区域,才能发挥快速响应的灭火作用。

1.3 点保护型超高速雨淋系统

点保护型超高速雨淋系统一般为独立的小型灭火装置,系统设置一个或多个喷头用于一个点位的保护,为达到高效的灭火效果,喷头和探测器距离保护位置均不超过0.9 m,喷头采用相对布置的方式。在美国超高速雨淋灭火技术体系中,常见的点保护型超高速雨淋系统有先进的消防雨淋系统、新型爆炸阀启动的雨淋装置、超高速灭火装置等类型。

1.3.1 先进的消防雨淋系统

文献[36,42]针对火炸药、弹药生产场所研发出一种先进的消防雨淋系统,该系统主体装置为一个装有雷管的高压储水球体(压力为3.4 MPa),球体容积有10 L和30 L两种。当高速火焰探测器识别火灾后,控制系统发出电信号引爆雷管,球体内压力瞬间上升至6.8 MPa,球体内的爆破膜被上升的高压打破,喷头喷出高压水进行灭火。该系统实现了8 ms的响应时间,其中探测时间为6 ms,系统启动时间为2 ms,比美国国家防火协会规定的100 ms标准快92 ms。该系统启动后,系统水能够在18 ms内到达距喷头0.9 m处的着火点,而现有系统从喷头流出后需要90 ms才能到达着火点,系统水到达着火点的时间比现有系统缩短了72 ms,很大程度上提高了系统的快速灭火能力。该系统装置如图8所示^[36]。

文献[33 -36,43]采用此系统对10种烟火药、4种推进剂(包含单基、双基发射药),3种炸药(包含TATB、HMX等)进行了灭火测试,测试质量最多为908 g,除了2次质量为908 g的烟火药需要后续灭火系统进行灭火外,其余火炸药燃烧都被系统成功扑灭。在28 g烟火剂完全燃烧试验中,距离烟火剂61 cm位置的热通量值超过了美国《弹药作战用防护罩设计及验收试验标准》要求。然而在114 g烟火剂的灭火试验中,距离烟火剂40.5 cm位置的热通量值符合美国《弹药作战用防护罩设计及验收试验标准》要求。通过对比烟火剂完全燃烧与灭火试验的热通量数据,先进的消防雨淋系统可以防止操作人员皮肤二度烧伤,操作人员可以得到保护。先进的消防雨淋系统易于安装,可以在火炸药、弹药生产场所保护人员和设备安全,提高场所的安全防护水平。目前,先进的消防雨淋系统已经在多个火炸药、弹药生产场所应用,在火炸药筛选、切药、干燥、压制、挤压和浇注等多种生产场所也有巨大的应用潜力。

1.3.2 新型爆炸阀启动的雨淋装置

为缩短超高速雨淋系统的响应时间、提高系统性能,从而有效控制燃速较快的推进剂、烟火剂火灾,文献[44]开发出一种新型光敏晶体管火焰探测器,同时研发了一种新型爆炸阀启动的雨淋装置,该装置为钢筒内设置一个钢锥体,在钢锥体顶点固定炸药,装满水后有15 L的水在钢锥体内部,有45 L的水在钢锥体和钢筒之间。当火焰探测器探测到火灾时,控制器发出电信号引爆炸药,锥体内部的压力迅速上升,迫使钢锥体内高压水从塑料爆破膜中迅速喷出,喷水速度接近152.4 m/s,后续补充水经锥体侧面的孔流向着火点。根据对烟火药的测试结果,系统探测时间为1.3 ms,仅用7.3 ms的时间系统水就到达了着火点,共用15 ms的时间就扑灭了908 g的烟火药火灾。目前新型爆炸阀启动的雨淋装置仅仅进行了烟火药的灭火有效性试验,还未广泛应用,新型爆炸阀启动的雨淋装置如图9所示^[44]。

1.3.3 超高速灭火装置

美国菲克(Fike)公司开发了一套超高速灭火装置,该装置由高压储罐、爆破片、喷头、氮气填充阀和气体盒驱动器五部分组成。高压储罐容积有10、30、50 L等不同规格,高压储罐内装有75%的水,用氮气加压至6.2 MPa。喷头为孔型,喷洒角度为150°。该装置主要特点是采用不含火炸药的气体盒驱动器,当高速探测器探测到火灾时,控制器会发出电信号直接开启爆破片启动装置,控制器反应时间加上装置反应时间一共为2.5 ms,灭火装置如图10所示。文献[45]使用高速火焰探测器和该装置组合成超高速灭火系统对推进剂和烟火剂进行灭火测试,该系统对于227 g的推进剂燃烧灭火时间为13 ms,对于1.8 kg的烟火剂燃烧灭火时间为28 ms,结果表明,美国菲克公司的超高速灭火装置能够抑制快速燃烧的推进剂和烟火剂火灾,该装置响应时间及灭火性能与先进的消防雨淋系统大致相同,优点是该装置的所有组件均可以从美国菲克公司购买。

点保护型超高速雨淋系统适用于药量小、局部操作点位的保护,系统安装不影响生产操作,对于药量较大及燃烧速度较快的火炸药、弹药生产场所,应与其他类型的快速灭火系统组合使用,才能达到理想的灭火效果。

2 超高速雨淋灭火技术在火炸药、弹药生产场所的应用

超高速雨淋灭火技术适用于设置在1.3级和1.4级以燃烧危险为主的火炸药、弹药生产场所^[46],用于保护操作人员、生产设备和建筑物免受火炸药、弹药燃烧火焰和热伤害,以及用于防止火炸药燃烧转爆轰导致事故扩大等危害。在许多炸药的生产场所,如炸药的压药或熔化等生产场所,爆炸前会发生火灾,一旦起火,火势会快速蔓延,直到压力积累到引发爆炸,如果超高速雨淋灭火技术在炸药燃烧初起阶段扑灭火势,就可以阻止因炸药燃烧引发的爆炸事故。美国自20世纪60年代起就陆续颁布了与安全生产和危险防护相关的一系列强制性法规标准,用于火炸药、弹药生产场所人员和设备的防护,并根据相关技术和产品的发展不断进行修订和更新。文献[47 -51]规定在易燃烧、产生大量热量及燃烧转爆轰等风险较大的推进剂、弹药、烟火药生产场所应设置超高速雨淋系统。美国超高速雨淋灭火技术已经成功应用于多种火炸药、弹药生产场所,包括推进剂、二硝基重氮酚(DDNP)、三硝基甲苯(TNT)、特屈儿(TETRYL)、黑索今(RDX)、C-4、黑火药、烟火药、照明弹和发烟装置等,根据产品和生产工艺不同,每种场所都涉及不同的保护方案,超高速雨淋系统具体适用保护的场所如表1所示,其他存在高风险的火炸药、弹药生产场所应进行风险评估,确定其火灾和热伤害的风险程度,若评估结果为燃烧能够对操作人员或设备造成伤害时,应设置超高速雨淋系统进行保护。

3 中国火炸药、弹药生产场所快速灭火技术现状

目前中国火炸药、弹药生产场所设置的自动灭火系统为预充水的雨淋系统,系统探测器为通用点型火焰探测器或图像型火焰探测器,响应时间为20~30 s^[52-53],系统开启阀为雨淋阀,响应时间为15 s^[54],整个系统响应时间为35~45 s。现有雨淋系统存在响应时间长、喷水强度低、喷头距保护位置距离大等缺点,不能有效扑灭或控制火炸药、弹药生产场所火灾,虽然雨淋系统在少数火炸药、弹药生产场所火灾事故中起到了防止火势传播的作用,但在大部分火灾事故中作用并不显著。超高速雨淋灭火技术具有响应时间快、喷水强度大等优点,能够将火炸药、弹药生产场所火灾控制在初始阶段,防止燃烧转爆轰,保护操作人员和设备安全,是火炸药、弹药生产场所快速灭火技术的发展方向。中国火炸药、弹药生产场所超高速雨淋灭火技术研究起步较晚,侯鹏飞^[55]对典型火药进行了燃烧火焰光谱测试,结果表明,典型单基药、双基药、三基药、黑火药等固体火药燃烧火焰辐射光谱中均有极强的金属Na、K的发射峰,系统探测器可根据不同火药连续光谱波长及杂质峰值等特征进行设计,可以提高探测器的探测性能。陈战斌^[56]搭建实验平台开展了双铅-2推进剂燃烧灭火试验研究,结果表明,喷射压力、喷头类型等因素对扑灭推进剂火灾起着关键作用。李晋等^[57]开展了固体推进剂燃烧灭火试验,结果表明,喷洒流量越大、水流动量越大,固体推进剂燃烧灭火的效果越好。卫欣欣等^[58]试验研究表明,水雾对自由堆积状态黏塑性炸药PBXN-5 粉末燃烧具有很好的抑制作用。司振宽等^[59]研究了水喷雾对NC-NG(nitrocellulose-nitroglycerin) 双基火药药柱燃烧的抑制作用,研究表明,水压越大,水喷雾对NC-NG 双基火药的灭火效果越好。

本文作者团队组建了一套快速火灾抑制系统,该系统主要由高速火焰探测器、控制系统、快速开启阀、喷头、供水管、压力给水装置、供气系统等部分组成。高速火焰探测器响应时间小于等于15 ms,控制系统控制器响应时间为2 ms,快速开启阀响应时间为30 ms,在喷头与保护点距离不超过0.6 m、喷头动作压力大于等于0.55 MPa时,系统响应时间可实现从出现火焰到系统喷水至着火点的时间不超过100 ms。使用此系统开展了发射药燃烧灭火试验测试,当喷水强度为6.0 L/(s·m²)时,5 kg发射药燃烧量为0.47 kg,燃烧率为9.4%,当喷水强度为7.0 L/(s·m²)时,5 kg发射药燃烧量为0.32 kg,燃烧率为6.4%,试验结果表明,当增大系统喷水强度时,可以提高系统灭火效果。发射药燃烧灭火试验过程图如图11所示。

近年来,中国一些单位也研制出适用于火炸药、弹药生产场所火灾的快速灭火装置,该装置主要由红紫外复合型火焰探测器、快速开启阀、集成箱体、控制系统、喷头等部分组成^[60]。该装置红紫外复合型火焰探测器紫外检测波段为0.185~0.265 μm,红外检测波段为4.3 μm^[61],可实现对火炸药火灾的快速识别,快速开启阀由电磁阀控制压缩气体的通断实现快速开启阀门的效果^[62],喷头喷洒角度为70°,可实现系统水快速到达着火点,当喷头与保护点的距离小于等于0.60 m时,该装置能够实现从出现火焰至系统水到达着火点的响应时间小于等于100 ms。该装置具有响应时间快、安装方便等特点,属于点保护型系统。由于火炸药、弹药生产场所缺少超高速灭火技术相关设计标准,目前快速灭火装置还未能实现在火炸药、弹药生产场所广泛应用。

4 结论与展望

经过多年的发展,美国超高速雨淋灭火技术有区域保护型和点保护型等多种型式,已经应用在多种火炸药、弹药生产场所,对火炸药、弹药生产起到了重要的保护作用,超高速雨淋系统响应时间从100 ms逐步提高到2.5 ms,经多次研究测试表明,系统可以有效扑灭烟火药、炸药、推进剂等多种火炸药火灾,可以有效保护人员和设备安全。与美国相比,中国超高速雨淋灭火技术在技术研究和系统应用等方面还存在很大的差距,随着火炸药、弹药生产逐渐向着自动化、数智化等方向发展,结合不同火炸药、弹药生产场所危险特点,未来中国火炸药、弹药生产场所超高速雨淋灭火技术发展可以从以下几方面进行优化。

(1)美国超高速雨淋系统响应时间是从向探测器提供能量到喷头出水这段时间不超过100 ms,不包括系统水至着火点的时间。由于火炸药燃烧具有速度快、释放热量高等特点,一旦系统水至着火点的时间晚于火炸药燃烧的初起阶段,系统将无法有效扑灭火灾或阻止其发展,系统水至着火点的时间直接影响了系统的火灾控制效果,建议将出现火焰至系统水到达着火点的这一段时间作为超高速雨淋系统的响应时间,这样系统才能真正发挥控火、灭火的作用。

(2)针对现有火炸药、弹药生产场所自动灭火系统使用的探测器响应时间慢、对其他光源存在误报等问题,根据火炸药在燃烧过程中会发出独特的光谱区域和辐射强度开展火炸药燃烧光谱测试,获得不同火炸药燃烧过程中红外与紫外波长范围及辐射强度,优化现有红紫外复合型火焰探测器响应参数,提高探测器响应时间和可靠性。

(3)针对火炸药、弹药生产场所缺少超高速雨淋系统设计方法及设计标准,导致现有快速灭火装置无法广泛应用等问题,建立火炸药火灾灭火参数测试方法,逐步形成火炸药、弹药生产场所超高速雨淋系统设计方法及设计标准,指导超高速雨淋系统有效应用,提升火炸药、弹药生产场所安全防护水平。

(4)对于初始燃烧程度高、燃烧发展迅速等高风险火灾的火炸药、弹药生产场所,应根据生产场所火炸药燃烧特点开展不同技术参数的灭火测试,获得超高速雨淋系统有效灭火的响应时间、喷洒强度、系统持续喷洒时间等灭火技术参数,提高超高速雨淋系统在应用场所的控火效果。

(5)由于推进剂混合、装药等生产场所药量比较大,一旦起火蔓延非常迅速,事故破坏程度也比较严重。针对此类火炸药、弹药生产场所无区域型超高速雨淋系统问题,根据现有快速开启阀及喷头特点,开展区域型超高速雨淋系统测试研究,实现区域型系统在大药量、大面积火炸药、弹药生产场所应用。结合生产场所燃烧风险特点,开展超高速雨淋系统与其他自动灭火系统等组合灭火技术应用研究,组合灭火系统能够兼顾两种系统优点,具有响应时间快、喷水强度大、保护范围广、喷水时间长等优点,可以有效控制燃烧范围,阻止火势快速蔓延,保护操作人员和设备安全。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

[1]	肖忠良. 火炸药导论[M]. 北京: 国防工业出版社, 2019.

[2]	Xiao Zhongliang. Introduction to explosive and propellant[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2019.

[3]	刘强, 张皋, 王嘉宇, 等. 光谱分析技术在火炸药领域的应用研究进展[J]. 火炸药学报, 2023, 46(12): 1023-1042.

[4]	Liu Qiang, Zhang Gao, Wang Jiayu, et al. Research progress in the application of spectral analysis technology for explosive and propellant[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants, 2023, 46(12): 1023-1042.

[5]	张超, 张晓宏, 马亮, 等. LLM-105研究新进展[J]. 科学技术与工程, 2015, 15(23): 75-86.

[6]	Zhang Chao, Zhang Xiaohong, Ma Liang, et al. The new progress of 2, 6-diamino-3, 5-dinitro pyrazine-1-oxide[J]. Science Technology and Engineering, 2015, 15(23): 75-86.

[7]	任家桐, 崔鹏腾, 张衡, 等. 含叠氮增塑剂发射药的材料优选和配方特性[J]. 科学技术与工程, 2024, 24(35): 15163-15173.

[8]	Ren Jiatong, Cui Pengteng, Zhang Heng, et al. Material optimization and formulation characteristics of gun propellants containing azido plasticizers[J]. Science Technology and Engineering, 2024, 24(35): 15163-15173.

[9]	韦丁, 靳建伟, 严文荣, 等. 高能硝胺发射药烧蚀特性分析[J]. 科学技术与工程, 2020, 20(21): 8563-8567.

[10]	Wei Ding, Jin Jianwei, Yan Wenrong, et al. Analysis of the erosion characteristics of high energy nitramine propellant[J]. Science Technology and Engineering, 2020, 20(21): 8563-8567.

[11]	张洪林, 张晓晖, 彭翠枝, 等. 火炸药工艺技术[M]. 北京: 兵器工业出版社, 2022.

[12]	Zhang Honglin, Zhang Xiaohui, Peng Cuizhi, et al. Process technology of explosives and propellants[M]. Beijing: Ordnance Industry Press, 2022.

[13]	李连强, 林新兵, 颜录科, 等. 火炸药理化实验室危害辨识与防护[J]. 四川兵工学报, 2013, 34(3): 64-67.

[14]	Li Lianqiang, Lin Xinbing, Yan Luke, et al. The identification and protection of risk and hazard factors in the physical and chemical analysis laboratory of powders and explosives[J]. Journal of Sichuan Ordnance, 2013, 34(3): 64-67.

[15]	Teja G V, Meikandan M. Design of automatic deluge fire protection system for explosive processing building[C]// Innovative Design, Analysis and Development Practices in Aerospace and Automotive Engineering. Berlin: Springer, 2021: 351-357.

[16]	廖亚立, 傅孝忠, 吴雪艳. 火炸药事故应急管理现状研究[J]. 价值工程, 2012, 31(16): 304.

[17]	Liao Yali, Fu Xiaozhong, Wu Xueyan. Status quo of explosive accident emergency management[J]. Value Engineering, 2012, 31(16): 304.

[18]	Choi J, Lee S, Kim J, et al. Research of solid propellant electrostatic sensitivity in confinement[J]. Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, 2020, 24(4): 73-78.

[19]	De Klerk W P C. Assessment of stability of propellants and safe lifetimes[J]. Propellants Explosives Pyrotechnics, 2015, 40(3): 388-393.

[20]	李成龙, 李雯佳, 丁亚军, 等. 绿色火炸药进展与未来[J]. 科学通报, 2023, 68(25): 3311-3321.

[21]	Li Chenglong, Li Wenjia, Ding Yajun, et al. Progress and future of green explosives and propellants[J]. Chinese Science Bulletin, 2023, 68(25): 3311-3321.

[22]	张伟, 胡双启, 王文琪, 等. 火炸药粉尘云最小点火能的实验研究[J]. 科学技术与工程, 2018, 18(16): 247-250.

[23]	Zhang Wei, Hu Shangqi, Wang Wenqi, et al. Experimental research on minimum ignition energy of explosives material dust cloud[J]. Science Technology and Engineering, 2018, 18(16): 247-250.

[24]	王丹丹. 激波与火焰相互作用过程中的火焰增长与流场演化研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2021.

[25]	Wang Dandan. A study of flame growth and flow evolution in shock-flame interactions[D]. Nanjing: Nanjing University of Science & Technology, 2021.

[26]	胡立双, 刘洋, 杨亚军, 等. 水雾对RDX粉尘爆炸的抑制作用[J]. 爆炸与冲击, 2024, 44(5): 158-168.

[27]	Hu Lishuang, Liu Yang, Yang Yajun, et al. Inhibition effect of water mist on RDX dust explosion[J]. Explosion and Shock Waves, 2024, 44(5): 158-168.

[28]	王浩. 火炸药真空干燥工序风险评估及程序研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2019.

[29]	Wang Hao. Risk evaluation and software study for vacuum drying process of explosives[D]. Nanjing: Nanjing University of Science & Technology, 2019.

[30]	彭琪琪. GRS 固体推进剂生产过程燃爆事故分析与风险控制研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2016.

[31]	Peng Qiqi. Study on blasting accident analysis and risk control on GRS solid propellant production process[D]. Nanjing: Nanjing University of Science & Technology, 2016.

[32]	王鑫, 吴艳青, 杨昆, 等. 破片撞击高能推进剂装药爆燃机理实验研究[J]. 兵工学报, 2025, 46(3): 145-158.

[33]	Wang Xin, Wu Yanqing, Yang Kun, et al. Experimental study on the deflagration mechanism of high-energy propellant charge subjected to fragment impact[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(3): 145-158.

[34]	俞统昌, 王晓峰, 王建灵. 火炸药危险等级分级程序分析[J]. 火炸药学报, 2006, 29(1): 10-13.

[35]	Yu Tongchang, Wang Xiaofeng, Wang Jianling. Hazard classification procedures for explosive and propellant[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants, 2006, 29(1): 10-13.

[36]	陆鈞, 王承伟. 火炸药生产过程安全研究[J]. 石油石化物资采购, 2022(20): 110-112.

[37]	Lu Jun, Wang Chengwei. Research on the safety of explosives and propellant production process[J]. Petroleum & Petrochemical Material Procurement, 2022(20): 110-112.

[38]	何爱军, 刘银莲, 于靖, 等. 智能物流装备在火炸药行业黑灯工厂中的应用[J]. 兵工学报, 2023(S1): 196-208.

[39]	He Aijun, Liu Yinlian, Yu Jing, et al. Application of intelligent logistics equipment in dark factory of explosive production[J]. Acta Armamentarii, 2023(S1): 196-208.

[40]	梁华琼, 刘建, 肖良成. 火炸药及其制品安全技术改造项目论证与研究[J]. 化工管理, 2018(8): 113-115.

[41]	Liang Huaqiong, Liu Jian, Xiao Liangcheng. Demonstration and research on the safety technical innovation of explosives and productions[J]. Chemical Enterprise Management, 2018(8): 113-115.

[42]	司振宽. 不同添加剂对水雾抑制单基药火焰的影响研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2022.

[43]	Si Zhenkuan. Study on the effect of different additives on the flame of water mist suppression single base drug[D]. Nanjing: Nanjing University of Science & Technology, 2022.

[44]	Elkins C. Rapid suppression of explosive and incendiary fires[M]. Washington: American Chemical Society, 1979: 187-189.

[45]	徐志刚, 王军义, 刘勇, 等. 火炸药黑灯工厂实现途径探析[J]. 新技术新工艺, 2022(11): 1-11.

[46]	Xu Zhigang, Wang Junyi, Liu Yong, et al. Exploration and analysis of the way to realize the explosive dark factory[J]. New Technology & New Process, 2022(11): 1-11.

[47]	胡双启, 赵海霞, 何中其. 含能材料安全技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2020: 168-169.

[48]	Hu Shuangqi, Zhao Haixia, He Zhongqi. Energetic materials safety technology[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2020: 168-169.

[49]	Liptak B G. Instrument and automation engineers’ handbook[M]. Boca Raton: CRC Press, 2017.

[50]	Anderson M, Wells S, Dover D. Active water explosion suppression system: AFRL-ML-TY-TR-2004-4529[R]. Tyndall AFB, FL: Air Force Research Laboratory, 2004.

[51]	Technical Committee on Water Spray Fixed Systems. Standard for water spray fixed systems for fire protection: NFPA 15[S]. Quincy, Massachusetts: National Fire Protection Association, 2022.

[52]	Fadorsen G A. Ultra-high-speed fire suppression for explosives facilities[M]. Washington D C: American Chemical Society, 1987.

[53]	Hosch M. Ultra-high-speed optical flame detection and releasing system solutions for the munitions industry[C]// Proceedings of the 43rd International Pyrotechnics Society Seminar. Fort Collins: International Pyrotechnics Society, 2018: 632-633.

[54]	Christian D, Kristin C B, Curt F, et al. Fire protection handbook[M]. Quincy: National Fire Protection Association, 2023.

[55]	Loyd R A. Advanced fire protection deluge system research project[R]. Rock Island: U.S. Army Industrial Operation Command Safety Division, 1996.

[56]	Wells S P, Loyd R A. Advance fire protection deluge system[R]. Tyndall: Air Force Research Laboratory, 1998.

[57]	Carr V, Cozart K S, Wells S P. Advanced fire protection deluge system (AFPDS)-Phase I report: AFRL-ML-TY-TR-1998-4526[R]. Tyndall AFB: Air Force Research Laboratory, 1998.

[58]	Wells S P, Carr V, Cozart K S. Advanced fire protection deluge system (AFPDS)-Phase II report: AFRL-ML-TY-TR-2000-4521[R]. Tyndall AFB, FL: Air Force Research Laboratory, 2000.

[59]	侯鹏飞, 潘仁明, 朱日宏, 等. 典型单基发射药和双基发射药燃烧火焰辐射特性[J]. 含能材料, 2023, 31(9): 910-916.

[60]	Hou Pengfei, Pan Renming, Zhu Rihong, et al. Combustion radiation characteristics of typical singlebase propellant and doublebase propellant[J]. Chinese Journal of Energetic Materials, 2023, 31(9): 910-916.

[61]	陈明华, 阎建平. 发射药燃烧光谱测试技术[J]. 光电技术应用, 2011, 26(4): 86-88.

[62]	Chen Minghua, Yan Jianping. Measurement of combustion spectrum for propellants[J]. Electrooptic Technology Application, 2011, 26(4): 86-88.

[63]	Goedeke A D, Fadorsen G A. Evaluation of state of the art high speed deluge systems presently in service at various US army ammunition plants: WL-TR-93-3510[R]. Newport Beach: Donmar Limited, 1993.

[64]	Loyd R A. Fire protection systems utilized in United States army ammunition plants (Ultra high speed deluge systems): AD-A192 447[R]. Rock Island: U.S. Army Armament Munitions and Chemical Command Safety Office, 1987.

[65]	Loyd R A, Armament M. Evaluation of ultra-high-speed fire protection systems presently in service at army ammunition plants[R] Rock Island: U.S. Army Armament Munitions and Chemical Command Safety Office, 1994.

[66]	Wells S P, Anderl T R. New fire suppression system[J]. The Military Engineer, 2002, 94(619): 44.

[67]	Wells S. AFPDS Bagged propellant fire suppression evaluations: AFRL-ML-TY-TR-2004-4528[R]. Tyndall AFB: Air Force Research Laboratory, 2004.

[68]	Dierdorf D, Hawk J. Blast initiated deluge system an ultra-high-speed fire suppression system[C]// Proceedings of the 2006 Fire Suppression & Detection Research Application Symposium. Singapore: Fire Protection Research Foundation, 2006: 1-16.

[69]	Hawk J, Carr V J. Evaluation of fike corporation’s explosion suppression system for ultra-high speed fire suppression applications: AFRL-RX-TY-TR-2008-4516[R]. Tyndall: Air Force Research Laboratory, 2007.

[70]	US Department of Defense. Defense explosives safety regulation: DESR 6055. 09[S]. Washington, D. C.: Department of Defense Explosives Safety Board, 2019.

[71]	U S Department of Defense. Unified facilities criteria fire protection engineering for facilities: UFC 3-600-01[S]. Washington, D C: Department of Defense, 2021.

[72]	U S Department of Defense. DOD Contractor’s safety manual for ammunition and explosives: DOD 4145. 26-M[S]. Washington, D C: Department of Defense, 2008.

[73]	National Aeronautics and Space Administration. Safety standard for explosives, propellants, and pyrotechnics: NASA-STD-8719. 12A[S]. Washington, D C: National Aeronautics and Space Administration, 2018.

[74]	Department of the Army. Ammunition and explosives safety standards: DA PAM 385-64[S]. Washington, D C: Department of the Army, 2011.

[75]	US Department of Energy. Explosives Safety: DOE-STD-1212-2019[S]. Washington, D C: Department of Energy, 2019.

[76]	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 特种火灾探测器: GB 15631—2008[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.

[77]	General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China & Standardization Administration of the People’s Republic of China. Special type fire detectors: GB 15631—2008[S]. Beijing: Standards Press of China, 2008.

[78]	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 点型紫外火焰探测器: GB 12791—2006[S]. 北京: 中国标准出版社, 2007.

[79]	General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China & Standardization Administration of the People’s Republic of China. Point type ultraviolet flame detectors: GB 12791—2006[S]. Beijing: Standards Press of China, 2007.

[80]	国家市场监督管理总局, 中国国家标准化管理委员会. 自动喷水灭火系统第5部分: 雨淋报警阀: GB 5135. 5—2018[S]. 北京: 中国标准出版社, 2018.

[81]	State Administration for Market Regulation & Standardization Administration of the People’s Republic of China. Automatic sprinkler systems—Part 5: deluge alarm valves: GB 5135. 5—2018[S]. Beijing: Standards Press of China, 2018.

[82]	侯鹏飞. 固体火药燃烧火焰光谱特性实验研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2023.

[83]	Hou Pengfei. Experimental study on combustion radiation characteristics of solid propellant[D]. Nanjing: Nanjing University of Science & Technology, 2023.

[84]	陈战斌. 固体推进剂火灾灭火技术研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2010.

[85]	Chen Zhanbin. Study on extinguishing technology of the fire of solid propellant[D]. Nanjing: Nanjing University of Science & Technology, 2010.

[86]	李晋, 杨斌, 赵树森. 固体推进剂在压延中燃烧的预防和灭火研究[J]. 中国安全生产科学技术, 2012, 8(8): 58-62.

[87]	Li Jin, Yang Bin, Zhao Shusen. Study on fire prevention and extinguishing of solid propellants in manufacture of rolling[J]. Journal of Safety Science and Technology, 2012, 8(8): 58-62.

[88]	卫欣欣, 胡双启, 董国强, 等. 水雾对黏塑性炸药PBXN-5燃烧的抑制作用研究[J]. 爆破器材, 2021, 50(6): 14-20.

[89]	Wei Xinxin, Hu Shuangqi, Dong Guoqiang, et al. Research on combustion inhibition of water mist on PBXN-5[J]. Explosive Materials, 2021, 50(6): 14-20.

[90]	司振宽, 李权威, 杜宇轩. 水喷雾对NC-NG双基火药燃烧的抑制作用[J]. 爆破器材, 2023, 52(3): 39-44.

[91]	Si Zhenkuan, Li Quanwei, Du Yuxuan. Inhibitory effect of water spray on combustion of NC-NG double-base gunpowder[J]. Explosive Materials, 2023, 52(3): 39-44.

[92]	吕智星, 王俭龙, 武铮, 等.一种模块化可移动快速雨淋系统: 202220762582. 7[P]. 2022-08-30.

[93]	Lü Zhixing, Wang Jianlong, Wu Zheng, et al. A modular mobile rapid deluge system: 202220762582. 7[P]. 2022-08-30.

[94]	王立新, 吕智星, 张珊珊, 等.一种高速红紫外复合型火灾探测器: 202220774175. 8[P]. 2022-08-30.

[95]	Wang Lixin, Lü Zhixing, Zhang Shanshan, et al. A high-speed infrared-ultraviolet composite fire detector: 202220774175. 8[P]. 2022-08-30.

[96]	阎翀, 吕智星, 刘剑, 等.一种应用于快速雨淋系统的快速开启阀组: 202220762604. X[P]. 2022-08-30.

[97]	Yan Chong, Lü Zhixing, Liu Jian, et al. A quick-opening valve applied to the rapid deluge system: 202220762604. X[P]. 2022-08-30.

基金资助

中国兵器工业火炸药工程与安全技术研究院科技开发项目(BAKN2024006)

PDF (11867KB)

访问

被引

详细

导航

Received	Published	Revised
2025-08-19	2026-08-18	2026-02-11
Online Date
2026-09-04

摘要