醫(yī)用氧艙水噴淋消防系統(tǒng)的功能核查及使用參數(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證

宋全軒 李玉軍

(河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院 鄭州 450016)

醫(yī)用氧艙水噴淋消防系統(tǒng)的功能核查及使用參數(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證

宋全軒 李玉軍

(河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院 鄭州 450016)

該文章系統(tǒng)闡述了醫(yī)用空氣加壓氧艙水噴淋消防系統(tǒng)功能的核查要點(diǎn)；闡明了水噴淋消防系統(tǒng)使用參數(shù)的理論計(jì)算方法，彌補(bǔ)了現(xiàn)行規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)未提供理論計(jì)算的空白；明確了滅火噴淋功能及運(yùn)行參數(shù)的試驗(yàn)方法、步驟和內(nèi)容；為醫(yī)用空氣加壓氧艙在使用過程中水滅火噴淋系統(tǒng)功能的可靠性提供了保證。

醫(yī)用空氣加壓艙 水噴淋消防系統(tǒng) 試驗(yàn)驗(yàn)證 功能核查

1 前言

醫(yī)用氧艙作為某些病灶輔助治療的一種行之有效的設(shè)備，被醫(yī)療機(jī)構(gòu)越來越重視使用，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步，醫(yī)用氧艙近幾年不但數(shù)量出現(xiàn)了較快的增長，同時(shí)也向多人化，艙群化發(fā)展；在多人醫(yī)用空氣加壓艙的使用中，有效的保證水噴淋消防系統(tǒng)的可靠性是醫(yī)用氧艙安全使用的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

2 醫(yī)用空氣加壓艙水滅火噴淋系統(tǒng)的功能要求

醫(yī)用空氣加壓艙現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)主要包括《醫(yī)用氧艙安全管理規(guī)定》和GB/T 12130—2005《醫(yī)用空氣加壓氧艙》。

根據(jù)《醫(yī)用氧艙安全管理規(guī)定》（第十八條）規(guī)定：多人艙內(nèi)需有消防設(shè)施。大型醫(yī)用氧艙宜設(shè)置水噴淋消防裝置和應(yīng)急呼吸裝置。

GB/T 12130—2005《醫(yī)用空氣加壓氧艙》（第5.2.10條）規(guī)定：“多人艙應(yīng)設(shè)有獨(dú)立的水滅火裝置，在艙內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，該裝置應(yīng)能從艙內(nèi)和艙外任意一側(cè)開啟向艙內(nèi)地板均勻噴水，噴水強(qiáng)度應(yīng)不小于50 L/（m2·min）；水滅火裝置的供水能力應(yīng)能滿足同時(shí)向各艙室供水至少1min的水量，噴水動(dòng)作的響應(yīng)時(shí)間不大于3s；水滅火裝置的供水管路和閥件應(yīng)選用耐腐蝕的銅材或不銹鋼材料；壓力水柜應(yīng)配置液位指示器，配套壓力容器的內(nèi)部應(yīng)防銹涂層處理?！?/p>

上述規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水滅火噴淋系統(tǒng)設(shè)置的儲(chǔ)水柜容積和送水管道的規(guī)格、長度及其使用時(shí)的壓力等參數(shù)的控制計(jì)算方法和運(yùn)行參數(shù)的調(diào)試試驗(yàn)內(nèi)容并未作出明確規(guī)定，給安裝、使用管理、檢驗(yàn)驗(yàn)收等人員帶來了困惑，無法有效地對(duì)水滅火噴淋系統(tǒng)的功能從理論計(jì)算方面和可操作性試驗(yàn)方面進(jìn)行驗(yàn)證核查。

一方面，從使用環(huán)節(jié)考慮，供水管道內(nèi)水的流速應(yīng)有限定。當(dāng)流速小時(shí)，無法滿足滅火噴淋系統(tǒng)水量要求，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的規(guī)定時(shí)間內(nèi)的噴淋水量；但是，流速也并非越大越好，當(dāng)流速過大時(shí)，會(huì)造成水沖擊，致使管道發(fā)生震動(dòng)，影響水的供給，嚴(yán)重的造成設(shè)備損傷，滅火噴淋功能無法實(shí)現(xiàn)，后果是嚴(yán)重的。另一方面，從制造、安裝角度考慮，管道供水流速制約著供水管道的通徑和長度，進(jìn)而制約著儲(chǔ)水罐加壓所必需的氣源壓力等使用參數(shù)。因此，供水管道內(nèi)水的流速控制至關(guān)重要，正確確定水流速的限值范圍是醫(yī)用空氣加壓艙設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)必須考慮確定的。

3 水噴淋消防系統(tǒng)的相關(guān)計(jì)算

3.1 水噴淋消防系統(tǒng)使用參數(shù)的計(jì)算

從儲(chǔ)水罐到艙體內(nèi)各個(gè)噴淋頭，由相應(yīng)的管道、管件和控制閥門連接，構(gòu)成了滅火噴淋水的輸送系統(tǒng)，根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)，可以計(jì)算確定供水管道中水流速的上下限值（滿足氧艙水噴淋消防功能要求），進(jìn)而計(jì)算出系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所需的相應(yīng)參數(shù)值。

●3.1.1 供水管道內(nèi)水流速限值范圍的確定

1）管道供水量的確定。

如前所述，GB/T 12130—2005標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)滿足滅火噴淋功能的噴水強(qiáng)度、最小噴淋時(shí)間和噴淋的范圍作出了規(guī)定，據(jù)此可以計(jì)算出每秒所需要的管道供水量：

式中：

S ——地板面積，m2；

t ——需要的噴淋時(shí)間，min；

50×10-3——系數(shù)即所需的噴淋強(qiáng)度，m3/min。

2）管道內(nèi)水流速限值范圍的確定。

設(shè)供水管道直徑為d，則供水管道截面面積S1=π(d/2)2，據(jù)此可計(jì)算出輸水管道滿足向艙體內(nèi)噴水量要求的最小流速：

即：

式中：

V1——管道內(nèi)供水的最小流速，m/s。

輸水管道為了保證管道的安全以及輸水的經(jīng)濟(jì)性，在工程中有一經(jīng)濟(jì)流速，根據(jù)GB 50084—2005《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，管道內(nèi)水流速宜采用經(jīng)濟(jì)流速，必要時(shí)可超過5m/s，但不應(yīng)大于10m/s；據(jù)此，筆者選擇管道內(nèi)的水流速最大值V2=10m/s。

根據(jù)上面計(jì)算分析，確定管道內(nèi)輸水流速V范圍：V1＜V≤10m/s。

●3.1.2 供水管道內(nèi)流速V的計(jì)算

式中：

V——水在管道內(nèi)計(jì)算流速；

C——謝才系數(shù)；

R——水力半徑；

J——水力坡度。

式中：

n ——管道內(nèi)壁粗糙度，鋼管一般取0.012。

式中：

A——過流面積；

X——濕周，滿管流時(shí)取內(nèi)壁周長。

式中：

H1，H2——管道兩端的水壓頭；

L——管道長度。

管道水平布置時(shí)：

式中：

P1，P2——管道兩端壓強(qiáng)；

ρ——水的密度；

g——重力加速度；

L——管道長度。

●3.1.3 儲(chǔ)水柜所需的供氣源壓力值確定

根據(jù)式（2）代入J值推出

式（1）中V1代替式（3）中V，R=d/4則有：

進(jìn)而推出

式中H1-H2是輸水管道兩端的壓頭差值，則有儲(chǔ)水柜所需的最小壓力：

推出

式中P1、P2單位是MPa，P2為艙體正常使用中的最高使用壓力。

把R=d/4，V=10帶入式（3）則：

則有：

可知儲(chǔ)水柜所需的氣源壓力：

●3.1.4 儲(chǔ)水罐最小儲(chǔ)水量的計(jì)算

根據(jù)前述滿足滅火噴淋功能的三個(gè)條件，計(jì)算出的最小儲(chǔ)水量：

式中：

Q——儲(chǔ)水柜的最小儲(chǔ)水量，m3；

S——地板面積，m2；

t——需要的噴淋時(shí)間，min，取1；

50×10-3——系數(shù)即所需的噴淋強(qiáng)度，m3/min。

3.2 對(duì)儲(chǔ)水罐儲(chǔ)水量及氣源壓力的修正

前面的計(jì)算是建立在管道在理想狀態(tài)的基礎(chǔ)上，水流為穩(wěn)流狀態(tài)，但是在實(shí)際中，管道存在拐角和閥門等，這樣也增加了水流的阻力，根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)增加進(jìn)口壓頭，這里增加0.1MPa以抵消因管道的轉(zhuǎn)角等因素而形成的附加阻力（在管道設(shè)置應(yīng)盡量使管道平直鋪設(shè)，盡量減少管道折角過多的存在）；若儲(chǔ)水柜與艙體內(nèi)水噴淋口存在高度差應(yīng)按照水的靜壓差進(jìn)行補(bǔ)償(ΔP)；根據(jù)GB 50084—2005《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中說明，水流量指示器指示值0.02MPa，雨淋閾值0.07MPa，濕式報(bào)警閥值為：0.04MPa；則儲(chǔ)水罐所需的最小壓力修正為：P′=P+0.1+ΔP+S′(MPa），這里S′為系統(tǒng)內(nèi)管道上的各閥值的總和。

特別注意的是修正后的氣源壓力受制于儲(chǔ)水柜本體所能承受的最高壓力的限制。

根據(jù)3.1.4中的計(jì)算，儲(chǔ)水罐的容量最小應(yīng)為：Q=50×10-3St，為了保證有效的水量，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)增加2．0的系數(shù)；即儲(chǔ)水罐的儲(chǔ)水量不應(yīng)小于2Q(m3)。

3.3 醫(yī)用氧艙水噴淋消防系統(tǒng)的功能核查

對(duì)安裝完成的醫(yī)用氧艙系統(tǒng)的檢驗(yàn)驗(yàn)收，消防滅火噴淋系統(tǒng)的功能核查是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，正確、規(guī)范、有效的完成對(duì)醫(yī)用氧艙水滅火功能進(jìn)行核查是保證氧艙在運(yùn)行中水滅火噴淋裝置隨時(shí)投入使用并能達(dá)到滅火效果的重要保證。

核查主要內(nèi)容包括水滅火噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布置圖，系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的有效資料，系統(tǒng)滅火功能的調(diào)試記錄和調(diào)試報(bào)告等，具體如下：

1）核查水滅火噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布置圖；

2）核查水滅火噴淋系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的技術(shù)資料：

主要包括：（1）核查壓力儲(chǔ)水柜的出廠證明書，合格證及要求的監(jiān)督檢驗(yàn)證書的正確性和有效性。主要設(shè)計(jì)和使用壓力參數(shù)的限定，材質(zhì)證明，儲(chǔ)水柜的容積等；（2）核查消防滅火噴淋連接管道的設(shè)計(jì)和使用壓力參數(shù)，材質(zhì)證明（應(yīng)為銅或不銹鋼），管道的規(guī)格（內(nèi)徑、厚度、長度應(yīng)實(shí)際進(jìn)行測(cè)量）；（3）核查壓力儲(chǔ)水柜和壓力管道上的安全附件和系統(tǒng)排氣等設(shè)置；（4）核查系統(tǒng)內(nèi)所設(shè)置的閥件、閥門及其它應(yīng)用設(shè)置等。

3）對(duì)水滅火噴淋系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算核查：

（1）核算儲(chǔ)水柜的容積是否不小于2Q(m3)；（2)根據(jù)式（4）和式（5）的計(jì)算值按照3.2進(jìn)行修正后P′的上、下限值核查壓力儲(chǔ)水柜的氣源壓力P是否在限值內(nèi)即P′下＜P≤P′上；若計(jì)算后上述關(guān)系不成立，則說明該水噴淋消防系統(tǒng)不能滿足滅火功能要求，應(yīng)查找原因，進(jìn)行整改。

3.4 水噴淋消防系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證

按照3.3對(duì)氧艙水滅火系統(tǒng)進(jìn)行核查合格后，應(yīng)通過實(shí)際試驗(yàn)對(duì)該系統(tǒng)的功能效果進(jìn)行驗(yàn)證，并確定運(yùn)行過程中的使用參數(shù)數(shù)值。

試驗(yàn)驗(yàn)證的操作步驟和內(nèi)容如下：

1）檢查氧艙水滅火噴淋系統(tǒng)（艙體內(nèi)和艙外部）的設(shè)置情況應(yīng)完好，符合要求；氧艙其它系統(tǒng)正常，滿足閉艙加壓要求。

2）關(guān)閉艙門，空氣加壓到艙室正常使用時(shí)的最高工作壓力。

3）記錄儲(chǔ)水柜的水位高度和壓力數(shù)值。

4）滅火裝置啟動(dòng)，秒表記錄啟動(dòng)噴淋控制機(jī)構(gòu)至艙體內(nèi)最不利處噴淋頭開始噴水時(shí)間。

5）用秒表記錄噴淋頭開始噴水至噴淋結(jié)束的時(shí)間（不得小于1min連續(xù)噴水）。

6）記錄儲(chǔ)水柜的噴淋后的水位和此時(shí)儲(chǔ)水柜的壓力數(shù)值。

7）按照上列步驟調(diào)整儲(chǔ)水柜的壓力為計(jì)算修正后的P′下、P′上值按上述方法各試驗(yàn)一次，記錄相關(guān)數(shù)值。

8）把試驗(yàn)數(shù)值填入表1（P′上不得大于儲(chǔ)水罐的設(shè)計(jì)壓力）。

表1 試驗(yàn)數(shù)值

9）根據(jù)表1數(shù)據(jù)，按照B=G/St,計(jì)算出B值。這里B是平均噴水強(qiáng)度，單位m3/(m2·min)；S氧艙艙體內(nèi)地板面積m2；G為噴水量m3，用儲(chǔ)水柜每次試驗(yàn)噴水前的液位和噴水后的液位計(jì)算出噴水量；t為噴水持續(xù)時(shí)間min。

10）比較B值。B應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，即B＞50 L/(m2·min)；且應(yīng)有以下關(guān)系成立：

此時(shí)B相對(duì)應(yīng)的P值則可確定為氧艙正常使用中，儲(chǔ)水柜應(yīng)保持穩(wěn)定的壓力值。對(duì)比噴水前、后儲(chǔ)水柜的壓力顯示，以確定為儲(chǔ)水柜提供壓力穩(wěn)定保證的壓力源的可靠性。

4 案例分析

某醫(yī)院安裝的氧艙型號(hào)為YC24-2014-15，艙體規(guī)格：φ2200×6000mm，實(shí)測(cè)地板面積為10m2；儲(chǔ)水罐規(guī)格：規(guī)格φ900×2881mm，容積：1．5m2，設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，儲(chǔ)水罐設(shè)置在地下一層；儲(chǔ)水罐出水口至艙體內(nèi)噴淋口連接管道規(guī)格為：φ45×3mm（內(nèi)徑d為39mm）；實(shí)際測(cè)量連接管道長度為20m；儲(chǔ)水罐出水口至噴淋口高度差3.5m。該儲(chǔ)水罐采用的氣源壓力為：1.0MPa。分析該氧艙水滅火噴淋系統(tǒng)是否可靠。

1）根據(jù)上文中推導(dǎo)出的公式和氧艙系統(tǒng)的條件知道：L=20m，d=39×10-3m，S=10m2；

則有：

把上述值代入式（4）、式（5）計(jì)算：

儲(chǔ)水罐最小儲(chǔ)水量：

修正后：

儲(chǔ)水罐儲(chǔ)水量至少應(yīng)為2Q=1.0m3。

2）從以上計(jì)算進(jìn)行分析如下：

（1）儲(chǔ)水罐容積為1.5m3＞1.0m3，能夠滿足水噴淋系統(tǒng)的儲(chǔ)水量要求；

（2）儲(chǔ)水罐采用的氣源壓力1．0MPa＜P′下，說明加載該系統(tǒng)的壓力不能滿足消防水噴淋功能要求；

（3）儲(chǔ)水罐的設(shè)計(jì)壓力1.6MPa＜P′上，則加載到儲(chǔ)水罐的氣源壓力不得大于1.6MPa。

3）結(jié)論：

（1）對(duì)該氧艙消防水噴淋系統(tǒng)，提供穩(wěn)定氣源壓力應(yīng)進(jìn)行修正為：1.022MPa≤P≤1.6MPa；

（2）在儲(chǔ)水罐液位計(jì)上標(biāo)示出最低儲(chǔ)水位置，該位置儲(chǔ)水罐的儲(chǔ)水量應(yīng)大于等于1.0m3。

在該氧艙水噴淋系統(tǒng)滿足以上運(yùn)行參數(shù)條件時(shí)，則該系統(tǒng)能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的消防噴水能力。

5 結(jié)束語

該文章結(jié)合河南省醫(yī)用氧艙近年來安裝監(jiān)檢及定期檢驗(yàn)過程中積累的經(jīng)驗(yàn)，闡述了醫(yī)用空氣加壓艙水噴淋消防系統(tǒng)使用參數(shù)的計(jì)算方法，推出了相關(guān)計(jì)算公式，彌補(bǔ)了現(xiàn)行規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)中未涉及的空白；通過分析，確定了對(duì)氧艙水噴淋消防系統(tǒng)功能的核查內(nèi)容和方法，明確了對(duì)醫(yī)用空氣加壓艙水噴淋消防系統(tǒng)使用參數(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證方法、步驟、內(nèi)容，明確了正常運(yùn)行參數(shù)的確定，在保證醫(yī)用氧艙的使用安全方面具有積極的探索意義。

[1] 袁素霞．醫(yī)用氧艙檢驗(yàn)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014．

[2] GB/T 50084—2005 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[4] GB/T 2130—2005 醫(yī)用空氣加壓氧艙[S]．

[5] 醫(yī)用氧艙安全管理規(guī)定[S]．

[6] 王強(qiáng)，劉壘．高壓氧醫(yī)學(xué)教程[M]．北京：軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社，2006．

[7] GB/T 16560—2011 甲板減壓艙[S]．

Function Check and Using Parameters Experiment Verifcation for Water Spray Fire Control System in Medical Oxygen Cabin

Song Quanxuan Li Yujun
(The Boiler & Perssure Vessel Safety inspection institute of Henan Province Zhengzhou 450016)

This article systematically expounded function verifcation point for water spray fre control system in the medical oxygen cabin and clarifed theoretical calculation method of using parameter which made up the blank of the current regulations, standards. It made clear the testing method, steps and content for the functions and operation parameters of water spray fire control system and provided assurance of the reliability of water spray fire control system in medical oxygen cabin in the using process.

Medical oxygen cabin Water spray fire control system Experiment verification Function Check

X924

B

1673-257X(2016)12-0038-05

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．12．008

宋全軒(1966～)，男，本科，所長，高級(jí)工程師，從事電站鍋爐和醫(yī)用氧艙檢驗(yàn)研究工作。

2016-04-01）