白酒陶壇酒庫的水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周璇

（東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，南京210096）

1 項(xiàng)目簡介

本項(xiàng)目位于宿遷市洋河新城，建筑共3層，1層為白酒陶壇庫和少量工具間及設(shè)備機(jī)房，樓上為丁類庫房。整棟建筑設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、室外消火栓系統(tǒng)，除酒庫區(qū)域外設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。白酒陶壇庫總建筑面積為1 198m2，分為3個(gè)防火分區(qū)，貯存的是大于50°小于60°的白酒。根據(jù)GB 50694—2011《酒廠設(shè)計(jì)防火規(guī)范》【1】（以下簡稱《酒規(guī)》）表3.0.1可知，火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲級，建筑耐火等級為二級。

2 水噴霧滅火系統(tǒng)的確定及滅火機(jī)理

根據(jù)《酒規(guī)》7.2.2，占地面積大于750m2的白酒庫應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)或泡沫滅火系統(tǒng)。泡沫滅火劑滅火后會(huì)造成環(huán)境污染，泡沫管槍射流會(huì)導(dǎo)致陶壇容器破損、形成流淌火；白酒屬于水溶性液體，必須選用抗溶性泡沫液，而抗溶性泡沫價(jià)格較高且需定期更換，此外，泡沫液生產(chǎn)廠家有限，不便于管理【2】。根據(jù)GB 50219—2014《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》【3】（以下簡稱《霧規(guī)》）1.0.3，“水噴霧可用于撲救飲料酒火災(zāi)”。水噴霧系統(tǒng)具有滅火劑易于獲取和貯存、無污染、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、施工簡單和便于維修等優(yōu)點(diǎn)。綜上，本設(shè)計(jì)采用水噴霧滅火系統(tǒng)。

水噴霧系統(tǒng)的滅火原理是冷卻、窒息和稀釋作用。水霧滴直徑小，比表面積大，和空氣接觸范圍大，極易吸收熱氣流的熱量，能很快地冷卻降溫。窒息作用是由于水霧滴受熱后氣化成原體積1 680倍的水蒸氣，降低了燃燒物周圍空氣中的氧濃度，燃燒會(huì)因缺氧而受抑制或中斷【4】。稀釋作用是指對于酒精等水溶性液體火災(zāi)，可利用水霧稀釋液體，使液體的燃燒速度降低而較易撲滅。

3 水噴霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本工程水噴霧滅火系統(tǒng)由消防水池、消防水泵、管道、雨淋報(bào)警閥、過濾器、水霧噴頭、水泵接合器和火災(zāi)探測報(bào)警裝置等組成。

3.1 供給強(qiáng)度、響應(yīng)時(shí)間、工作壓力

根據(jù)《酒規(guī)》7.2.6，滅火設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度為20L/（min·m2），持續(xù)噴霧時(shí)間為0.5h，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不大于45s，水霧噴頭的工作壓力不小于0.4MPa；根據(jù)《霧規(guī)》，設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度為20L/（min·m2），持續(xù)噴霧時(shí)間為0.5h，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不大于60s，水霧噴頭的工作壓力不小于0.35MPa。兩者均應(yīng)滿足，以更嚴(yán)的《酒規(guī)》參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)《霧規(guī)》4.0.3，設(shè)置雨淋閥組。

本建筑僅1層白酒陶壇酒庫設(shè)置水噴霧系統(tǒng)，庫區(qū)分為3個(gè)防火分區(qū)，建筑面積分別為409.6m2、378.9m2和410.0m2。水噴霧系統(tǒng)的保護(hù)面積按防火分區(qū)的建筑面積確定，設(shè)3組雨淋閥，與其余部位設(shè)置的自噴系統(tǒng)濕式報(bào)警閥組共同設(shè)置于報(bào)警閥間。1層水噴霧平面如圖1所示。

圖1 1層水噴霧平面圖

3.2 水霧噴頭

3.2.1 型號和流量

本工程擬采用ZSTWB/SL-S222-80-120型水霧噴頭，流量系數(shù)K=42.8，霧化角θ=120°，有效距離2.3m，最不利水霧噴頭工作壓力P=0.40MPa。水霧噴頭的流量=85.6L/min。

3.2.2 噴頭間距

噴頭的平均保護(hù)面積為S1=q/w=85.6/20=4.28m2，水霧噴頭按矩形布置，噴頭的平均間距H=4.281/2=2.07m【5】。

本設(shè)計(jì)水霧噴頭間距為2m（部分為1.8m），根據(jù)《霧規(guī)》3.2.4，2m≤1.4R；水霧錐底圓半徑R≥2.0/1.4=1.43m；水霧噴頭的噴口與陶壇酒液之間的距離B=R/tan（θ/2）≥0.83m，陶壇的酒液液面距地面高度約為1.0m，噴頭距地面安裝高度為2.2m，B=1.2m可滿足要求。

3.2.3 噴頭個(gè)數(shù)

庫房3為最大面積防火分區(qū)，S=410m2，且離報(bào)警閥間最遠(yuǎn)，即為最不利防火分區(qū)，以此進(jìn)行計(jì)算：設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度W=20L/（min·m2），所需的水霧噴頭數(shù)量：N=SW/q=410×20/85.6=95.8只，至少需要96只。根據(jù)平面布置可知，實(shí)際布置了112只，比計(jì)算結(jié)果多了16只。

3.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量

本設(shè)計(jì)管材選用內(nèi)外熱浸鍍鋅鋼管。3個(gè)庫區(qū)各設(shè)1組雨淋閥，雨淋閥前為環(huán)狀供水管網(wǎng)，雨淋閥后為支狀。根據(jù)《霧規(guī)》7.2，沿程水頭損失采用舍維列夫公式（i為管道的單位水頭損失，MPa/m；V為管道內(nèi)水的平均流速，m/s；dj為管道的計(jì)算內(nèi)徑，m），局部水頭損失采用當(dāng)量長度法，庫房3各計(jì)算節(jié)點(diǎn)如圖1所示，計(jì)算過程及結(jié)果詳見表1。

表1 計(jì)算過程與結(jié)果

根據(jù)表1可知，系統(tǒng)的計(jì)算流量Qj=168.26L/s；安全系數(shù)k取1.05，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量Qs=kQj=176.7L/s；平均噴水強(qiáng)度w′=176.7×60/410=25.9L/（min·m2）＞20L/（min·m2），所有管段的流速均小于5m/s，滿足規(guī)范要求。室外設(shè)13組地上式水泵接合器。

水噴霧系統(tǒng)的持續(xù)供給時(shí)間為0.5h，該系統(tǒng)撲滅一次火災(zāi)的消防水量V=176.7×3600×0.5/1000=318m3。

水噴霧系統(tǒng)消防水池的有效容積為330m3，可滿足要求。

3.4 響應(yīng)時(shí)間

根據(jù)圖1可知，最不利噴頭為節(jié)點(diǎn)1，庫房3對應(yīng)的雨淋閥至節(jié)點(diǎn)19管線長度L=28.5m，DN250mm，流速v=3.37m/s；L/v=28.5/3.37=8.5s，根據(jù)表1管長和流速，節(jié)點(diǎn)1至節(jié)點(diǎn)19管道流動(dòng)時(shí)間如表2所示。

表2 管道流動(dòng)時(shí)間

∑ti=12.5s（ti為管段水的流動(dòng)時(shí)間），響應(yīng)時(shí)間t=8.5+12.5=21s＜45s，滿足規(guī)范要求。

3.5 消防泵的選型

根據(jù)表1可知，最不利防火分區(qū)管道系統(tǒng)的入口壓力即節(jié)點(diǎn)19的水壓P=0.552 3MPa；從節(jié)點(diǎn)19到水泵房出水管管徑均為DN250mm，流速v=3.37m/s，i=0.000 73MPa/m。

本工程水噴霧采用臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)，水噴霧消防水池泵房選用箱泵一體化設(shè)備，置于室外地面，最低有效水位1.10m，節(jié)點(diǎn)19梁下噴霧環(huán)管標(biāo)高2.70m，高差hz=2.70-1.10=1.60m；從節(jié)點(diǎn)19到水泵吸水口的管長約為200m，三通、彎頭和止回閥的當(dāng)量長度為69.1m，Y型過濾器的當(dāng)量長度113.4m，雨淋閥的局部水頭損失按0.08MPa計(jì)算，總水頭損失∑h=0.000 73×（200+69.1+113.4）+0.08=0.359MPa；水泵的揚(yáng)程H=∑h+P+hz=0.359+0.552 3+0.016=0.927MPa。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量為176.7L/s，選用XBD9.4-60G-FWG型消防泵，額定流量60L/s，額定壓力0.94MPa，3用1備共4臺。

3.6 穩(wěn)壓泵

整個(gè)廠區(qū)的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)和自噴系統(tǒng)合用高位消防水箱，有效容積為18m3，設(shè)置于廠區(qū)最高建筑——二類高層辦公樓（本工程北側(cè)）屋面。水箱底標(biāo)高30.10m，高度2.5m，本工程水噴霧系統(tǒng)擬與室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自噴系統(tǒng)合用該消防水箱。由于辦公樓早已投入使用，在屋頂增設(shè)1套水噴霧穩(wěn)壓設(shè)施需要結(jié)構(gòu)加固，故將水噴霧穩(wěn)壓設(shè)施置于泵房。

從高位消防水箱引1根DN100mm出水管，出水管上設(shè)流量開關(guān)，可直接啟動(dòng)消防泵。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生，開啟最不利點(diǎn)處單個(gè)水霧噴頭時(shí)，流量為1.43L/s，故流量開關(guān)啟動(dòng)消防泵的流量應(yīng)小于1.43L/s，取1.2L/s，即當(dāng)流量≥1.2L/s時(shí)啟動(dòng)消防泵。

根據(jù)GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》【6】5.3.2，“無管網(wǎng)泄露量數(shù)據(jù)時(shí)，穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)流量宜按消防給水設(shè)計(jì)流量的1%～3%計(jì)，且不宜小于1L/s”，水噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量約180L/s，1%即為1.8L/s，然而，當(dāng)流量大于1.2L/s時(shí)流量開關(guān)已經(jīng)啟動(dòng)消防泵，此時(shí)啟動(dòng)穩(wěn)壓泵已無意義，故本設(shè)計(jì)穩(wěn)壓泵的流量取1L/s。將高位消防水箱出水管接至穩(wěn)壓泵的吸水口，選擇30m揚(yáng)程的穩(wěn)壓泵，可維持最不利水霧噴頭0.40MPa的水壓。為防止穩(wěn)壓泵頻繁啟停，配套有效容積150L的氣壓罐。

3.7 排水及其他

《霧規(guī)》5.1.7“設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)的場所應(yīng)設(shè)排水措施”，《酒規(guī)》7.3.1“酒廠應(yīng)采取防止泄露的酒液和消防廢水排出場外的措施”，《霧規(guī)》5.1.7的條文解釋說明消防排水可以和其他系統(tǒng)共用，本設(shè)計(jì)即考慮消防排水與酒液事故排放管共用。

在每個(gè)防火分區(qū)內(nèi)均設(shè)2根DN200mm酒液事故排放管，排出口在室外設(shè)水封井，水封高度不小于0.25m，水封井設(shè)沉泥段，深度不小于0.25m，水封裝置出口設(shè)易于開關(guān)的隔斷閥門。事故排放管排至室外獨(dú)立設(shè)置的廢水管網(wǎng)，接至事故存液池。

陶壇酒庫除了設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)外，還根據(jù)規(guī)范設(shè)有室內(nèi)消火栓、室外消火栓系統(tǒng)，并按嚴(yán)重危險(xiǎn)級B類火災(zāi)場所布置滅火器，本文僅介紹水噴霧系統(tǒng)，其余消防系統(tǒng)略去不提。

4 水噴霧滅火系統(tǒng)的控制

根據(jù)《霧規(guī)》6.0.1的要求，水噴霧系統(tǒng)具有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和應(yīng)急機(jī)械啟動(dòng)3種控制方式。本工程酒庫水噴霧滅火系統(tǒng)的工作原理如圖2所示【7】。由于白酒燃燒時(shí)基本無煙；感溫探測器反應(yīng)較慢，具有一定的惰性；本設(shè)計(jì)未選用常規(guī)的感煙和感溫探測器，選用更靈敏的紅外火焰探測器和紫外火焰探測器。為了避免誤噴，采用雙紅外和紫外火焰探測器聯(lián)用，其中任何一種動(dòng)作都不會(huì)啟動(dòng)滅火系統(tǒng)，三者同時(shí)動(dòng)作，才能啟動(dòng)水噴霧滅火系統(tǒng)。

5 結(jié)語

水噴霧滅火系統(tǒng)具有保護(hù)范圍廣、滅火時(shí)間短、節(jié)水、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。希望本文可為同行提供參考，使水噴霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加合理完善，水噴霧滅火系統(tǒng)得到更廣泛的應(yīng)用。

圖2 水噴霧滅火系統(tǒng)工作原理圖