消防安全技术实务第三篇建筑消防设施第四章水喷雾灭火系统

第一节 系统分类、组成及灭火机理

一、系统分类和组成

水喷雾灭火系统通常由水源、供水设备、管道、雨淋报警阀(或电动控制阀、启动控制阀)、过滤器和水雾喷头等组成。按启动方式分,水喷雾灭火系统可分为电动启动水喷雾灭火系统和传动管启动水喷雾灭火系统。

(一)电动启动水喷雾灭火系统

电动启动水喷雾灭火系统是以普通的火灾报警系统为火灾探测系统,通过传统的点型火灾探测器、线型火灾探测器探测火灾。当有火情发生时,火灾探测器将火警信号传到火灾报警控制器(联动型),火灾报警控制器(联动型)控制打开雨淋阀的电磁阀,雨淋阀控制腔的压力下降,雨淋阀打开,供水侧水压降低,系统压力开关自动启动消防水泵,系统喷水灭火。为了减少系统的响应时间,雨淋阀前的管道内应是充满水的状态。

电动启动水喷雾灭火系统
电动启动水喷雾灭火系统

(二)传动管启动水喷雾灭火系统

传动管启动水喷雾灭火系统是以传动管作为火灾探测系统,传动管内充满压缩空气或压力水。对于传动管充水的系统,当闭式喷头受火灾高温影响动作后,传动管内的压力迅速下降,导致雨淋阀控制腔压力下降,雨淋阀打开。对于传动管充气的系统,喷头动作后,传动管内的压力下降,传动管与雨淋阀控制腔之间的气动阀动作、排水,使雨淋阀控制腔的压力下降,雨淋阀打开,雨淋阀打开后使系统供水侧压力下降,压力开关自动启动消防水泵,通过雨淋阀、管网将水送到水雾喷头,水雾喷头开始喷水灭火。传动管启动水喷雾灭火系统一般适用于防爆场所等不适合安装普通火灾探测系统的场所。

消防安全技术实务第三篇建筑消防设施第四章水喷雾灭火系统
传动管启动水喷雾灭火系统

传动管启动水喷雾灭火系统按传动管内的充压介质不同,可分为充液传动管和充气传动管两种。充液传动管内的介质一般为压力水,这种方式适用于不结冰的场所,充液传动管的末端或最高点应安装自动排气阀。充气传动管内的介质一般为压缩空气,平时由空压机或其他气源保持传动管内的气压,这种方式适用于所有场所,但在北方寒冷地区,应在传动管的最低点设置冷凝器和汽水分离器,以保证传动管不会因冷凝水结冰而堵塞。

二、灭火机理

水喷雾灭火系统通过改变水的物理形态,利用水雾喷头使水送连续的洒水状态转变成不连续的细小水雾滴喷射出来。它具有较高的电绝缘性能和良好的灭火性能。水喷雾的灭火机理主要是表面冷却、窒息、乳化和稀释作用,在水雾滴喷射到燃烧物质表面时通常是几种作用同时发生并实现控火、灭火。

(一)表面冷却

相同体积的水以水雾滴形态喷出时表面积比直射流形式喷出时的表面积要大几百倍,当水雾滴喷射到燃烧物质表面时,因换热面积大而会吸收大量的热能并迅速汽化,使燃烧物质表面温度迅速降到物质热分解所需要的温度以下,热分别中断。燃烧即终止。

表面冷却的效果不仅取决于喷射雾液滴的表面积,还取决于灭火用水的温度与可燃物闪点的温度差。可燃物的闪点越高,与喷雾用水之间的温差越大,冷却效果就越好。对于气体和闪点低于灭火所使用水温度的液体火灾,表面冷却是无效的。

(二)窒息

水雾滴受热后汽化形成水蒸气,其体积为原液态水体积的1680倍,可使燃烧物质周围空气中的氧含量降低,燃烧将会因缺氧而受到抑制或中断,实现窒息灭火。

(三)乳化

乳化只适用于不溶于水的可燃液体,当水雾滴喷射到正在燃烧的液体表面时,由于水雾滴的冲击,在液体表层产生搅拌作用,与水不相容的可燃液体与细小水滴产生乳化,并在液体表面产生乳化层,由于乳化层的不燃性而使燃烧中断。对于某些轻质油类,乳化层旨在连续喷射水雾的条件下存在,但对于黏度大的重质油类,乳化层在喷射停止后仍能保持相当长的时间,有利于防止复燃。

(四)稀释

对于水溶性液体(如酒精)火灾,允许系统设计为控制灭火和稀释灭火,利用水来稀释液体,使液体的燃烧速度降低,并有足够的喷雾强度和覆盖面实现灭火。对多种水溶性可燃液体应通过实验来获得参数以确定水喷雾系统的适用性,有可靠数据时例外。

第二节 系统工作原理与适用范围

一、系统工作原理

水喷雾灭火系统的工作原理是:当系统的火灾探测器探测到火灾后,发出火灾报警信号给火灾报警控制器,火灾报警控制器控制启动雨淋报警阀组,系统供水侧压力开关自动启动消防水泵,水通过供水管网达到水雾喷头,水雾喷头喷水灭火。

水喷雾灭火系统的工作原理
水喷雾灭火系统的工作原理

二、系统适用范围

水喷雾灭火系统的防护目的主要有两个,即灭火和防护冷却,其适用范围随不同的防护目的而设定。

(一)灭火的适用范围

固体火灾、可燃液体火灾、电气火灾(离心雾化喷头)。

(二)防护冷却的适用范围

(1)可燃气体和甲、乙、丙类液体的生产、储存装置和装卸设施的防护冷却。

(2)火灾危险性大的化工装置及管道,例如加热器、反应器、蒸馏塔等的防护冷却。

三、典型设置场所

(1)建筑内的燃油、燃气锅炉房,可燃油油浸电力变压器室,充可燃油的高压电容器和多油开关室,自备发电机房。

(2)单台容量在40MW及以上的厂矿企业可燃油油浸变压器,单台容量在90MW及以上的电厂可燃油油浸电力变压器,单台容量在125MW及以上的独立变电所可燃油油浸电力变压器。

(3)输送机皮带、电缆、液氨储罐。

(4)甲B、乙、丙类液体储罐,全压力、半冷冻式液化烃储罐,全冷冻式液化烃储罐。

四、不适用范围

(一)不适宜用水扑救的物质

过氧化物(发生剧烈反应)、遇水燃烧物质。

(二)使用水雾会造成爆炸或破坏的场所

高温密闭的容器内或空间内(造成压力急剧升高)、表面温度经常处于高温状态的可燃液体(造成飞溅)。

第三节 系统设计

一、水雾喷头的工作压力

用于灭火时,水雾喷头的工作压力不应小于0.35MPa;用于防护冷却时,水雾喷头的工作压力不应小于0.2MPa。但对于甲B、乙、丙类液体储罐防护冷却时,水雾喷头的工作压力不应小于0.15MPa。

二、水喷雾灭火系统的保护面积

保护面积是指保护对象的全部暴露外表面面积。水喷雾灭火系统主要用于保护室外的大型专用设施或设备,同时也用于保护建筑物内的设施或设备,其保护面积可按一下原则确定:

(1)按保护对象的规则外表面面积确定。

(2)当保护对象的外形不规则时,应按包容保护对象的最小规则形体的外表面面积确定。

(3)变压器的保护面积除应按扣除地面面积以外的变压器油箱外表面面积外,还应包括散热器的外表面面积和油枕及集油坑的投影面积。

(4)分层敷设电缆的保护面积应按整体包容电缆的最小规则形体的外表面面积确定。

(5)输送机皮带的保护面积应按上行皮带的上表面面积确定。

(6)开口可燃液体容器的保护面积应按其页面面积确定。

(7)当水喷雾灭火系统用于室内保护对象时,保护面积可按室内建筑面积或保护对象的外表面面积确定。

(8)甲、乙类液体泵,可燃气体压缩机及其他相关设备,其保护面积应按相应设备的投影面积确定,且水雾应包络密封面和其他关键部位。

(9)系统用于冷却甲B、乙、丙类液体储罐时,着火的地上固定顶储罐及距着火储罐管壁1.5倍着火罐直径范围内的相邻地上储罐应同时冷却,当相邻地上储罐超过3座时,可按3座较大的相邻储罐计算冷却用水量。着火的浮顶罐应冷却,其相邻储罐可不冷却。着火罐的保护面积应按罐壁外表面面积计算,相邻罐的保护面积可按实际需要冷却部位的外表面面积计算,但不得小于管壁外表面面积的1/2。

(10)系统用于冷却全压力式或半冷冻式液化烃或类似液体储罐时,着火罐及距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的相邻罐应同时冷却;当相邻罐超过3座时,可按3座较大的相邻罐计算消防冷却用水量。着火罐保护面积应按其罐体外表面面积计算,相邻罐保护面积应按其罐体外表面面积的1/2计算。

(11)系统用于冷却全冷冻式液化烃或类似液体储罐时,采用钢制外壁的但容罐,着火罐及距着火罐1.5倍着火罐直径范围内的相邻罐应同时冷却。着火罐保护面积应按其罐体外表面面积计算,相邻罐保护面积应按管壁外表面面积的1/2及罐顶外表面面积之和计算。

三、水喷雾灭火系统的供给强度、持续供给时间和响应时间

系统的供给强度、持续供给时间应符合下表的规定。

水喷雾灭火系统的供给强度、持续供给时间和响应时间
水喷雾灭火系统的供给强度、持续供给时间和响应时间(水印遮挡处数字分别是6、60)

注:1.添加水系灭火剂的系统,其供给强度应由试验确定。2.钢制单盘式、双盘式、敞口隔舱式内浮顶罐应按浮顶罐对待,其他内浮顶罐应按固定顶罐对待。

第四节 系统组件及设置要求

水喷雾灭火系统由水雾喷头、雨淋阀、过滤器、供水管道等主要部件组成。

一、水雾喷头

水雾喷头是在一定的压力作用下,利用离心或撞击原理将水流分解成细小水雾滴的喷头。

(一)分类

水雾喷头按结构可分为离心雾化型水雾喷头和撞击型水雾喷头两种。

1.离心雾化型水雾喷头

离心雾化型水雾喷头有喷头体、涡流器组成,水在较高的水压下通过喷头内部的离心旋转形成水雾喷射出来,它形成的水雾同时具有良好的电绝缘性,扑救电气火灾应选用此种。但离心雾化型水雾喷头的通道较小,时间长了容易堵塞。

2.撞击型水雾喷头

撞击型水雾喷头的压力水流通过撞击外置的溅水盘,在设定区域分散为均匀的锥形水雾。撞击型水雾喷头根据需要套可以水平安装,也可下垂、斜向安装。

(二)主要性能参数

1.工作压力

水雾喷头的雾化效果与喷头的工作压力有直接关系。通常,工作压力越大,其水雾滴粒径越小,雾化效果越好,灭火和冷却效率也就越高。当水雾喷头的工作压力大于或等于0.2MPa时,能获得良好的分布形状和雾化效果,满足防护冷却的要求;当压力大于或等于0.35MPa时,能获得良好的雾化效果,满足灭火的要求。

2.雾化角

水雾了难题常见的雾化角有45度、60度、90度、120度和150度五种规格。

3.流量系数

常见水雾喷头的流量系数K通常为16~102,由喷头制造商自行确定。

4.有效射程

水雾喷头的有效射程是指喷头水平喷射时,水雾达到的最高点与喷口之间的距离。水雾锥是指在水雾有效射程内水雾形成的圆锥体。

5.水雾滴平均直径

水雾滴平均直径随喷头工作压力的变化而变化,压力越大,水雾滴平均直径就越小。水雾滴的大小直接影响灭火效果,当水雾滴平均直径小于300μm时,灭火时很难穿透火焰燃烧时产生的上升气流,不能到达燃烧物质的表面。一般水雾滴的粒径应在0.3~1mm的范围内。

(三)布置要求

1.基本原则

水雾喷头布置的基本原则是“保护对象的水雾喷头数量应根据设计喷雾强度、保护面积和水雾喷头特性,按公式计算确定(略)。

2.布置方式

水雾喷头的平面布置方式可为矩形或菱形。当按矩形布置时,水雾喷头之间的距离不应大于水雾喷头水雾锥底圆半径的1.4倍;当按菱形布置时,水雾喷头之间的距离不应大于水雾喷头水雾锥底圆半径的1.7倍。

3.保护变压器的水雾喷头的布置要求

保护变压器时,水雾喷头应布置在变压器周围,不宜布置在变压器顶部;保护变压器顶部的水雾不应直接喷向高压套管;变压器的绝缘子升高座孔口、油枕、散热器、集油坑军应设水雾喷头进行保护;水雾喷头之间的水平距离与垂直距离应满足水雾锥相交的要求。

4.保护储罐、球罐的水雾喷头的布置要求

(1)当保护对象为可燃气体和甲、乙、丙类液体储罐时,水雾喷头宜布置在保护对象周围,其与保护储罐外壁之间的距离不应大于0.7m。

(2)当保护对象为球罐时,水雾喷头的喷口应面向球心;水雾锥沿球罐纬线方向相交,沿经线方向相接;当球罐的容积大于或等于1000立方米时,水雾锥沿球罐纬线方向相交、经线方向相接,但赤道以上环管之间的距离不应大于3.6m;无防护层的球罐钢支柱和罐体液位计、阀门等处应设水雾喷头进行保护。

(3)当保护对象为卧式储罐时,水雾喷头的布置应使水雾完全覆盖裸露表面,储罐液位计、阀门等处应设水雾喷头进行保护。

5.保护电缆的水雾喷头的布置要求

当保护对象为电缆时,水雾喷头喷射的水雾应完全包围电缆。电缆水平敷设或垂直敷设时,都应按平面保护对象考虑。对于水平敷设的电缆,喷头宜布置在其上方;对于垂直敷设的电缆,喷头可沿其侧面布置。多层水平或垂直敷设的电缆,其层间没有装设耐火隔板时,设置的喷头要采用包围式,使中间层的电缆处于水雾的包围中。当电缆支架阻挡水雾时,在该部位应增设喷头。

6.保护输送机皮带的水雾喷头的布置要求

水雾应完全包络输送机的机头,机尾和上、下行皮带。

7.保护其他对象的水雾喷头的布置要求

当保护对象为室内燃油锅炉、电液装置、氢密封油装置、发电机、油断路器、汽轮机油箱、磨煤机润滑油箱时,水雾喷头宜在保护对象的顶部周围布置,使水雾直接喷向并完全覆盖保护对象。

二、雨淋阀

角式雨淋阀和直通雨淋阀。

雨淋阀组的功能及设置要求

1.雨淋阀组应具备的功能

(1)有自动控制和手动控制两种操作方式。

(2)能检测供水、出水压力。

(3)能接通或关闭水喷雾灭火系统的供水。

(4)能接收电信号电动开启雨淋阀,或能接收传动管信号液动或启动开启雨淋阀。

(5)能驱动水力警铃报警。

(6)能显示雨淋阀启、闭状态。

2.雨淋阀组的设置要求

(1)雨淋阀组宜设置在环境温度不低于4摄氏度并有排水设施的室内,其位置宜靠近保护对象并便于操作。

(2)雨淋阀组设在室外时,雨淋阀组配件应具有防腐功能;设在防爆区的雨淋阀组配件应符合防爆要求。

(3)寒冷地区的雨淋阀组应采用电伴热或蒸汽伴热进行保温。

(4)并联设置的雨淋阀组,雨淋阀入口处应设止回阀。

(5)雨淋阀前的管道应设置可冲洗的过滤器;当水雾喷头无滤网时,雨淋阀后的管道上应设置过滤器。过滤器滤网应采用耐腐蚀的金属材料,滤网的孔径应为0.7~0.71mm。

(6)雨淋阀的试水口应接入可靠的排水设施。

三、管道

水喷雾灭火系统的管道分为雨淋阀前管道和阀后管道两部分。阀后管道应采用内外热镀锌钢管,且管道上不应设置其他用水设施。系统管道的工作压力不应大于1.6MPa,系统管道应采用沟槽式连接件(卡箍)连接,或螺纹、法兰连接。镀锌管道不得采用电焊、气焊挖孔、热煨弯或其他破坏镀锌层的操作。系统管道采用镀锌钢管时,管径不应小于25mm;采用不锈钢管或铜管时,管径不应小于20mm。系统管道的最低处或水容易聚集的地方应设置放水阀或排污口。

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