高壓細(xì)水霧系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用

龔麗虹

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

日常生活中，消防系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的噴水或氣體滅火劑進(jìn)行滅火較為普遍，但都有一些客觀存在的缺點(diǎn)。例如，使用水消防在滅火后，會(huì)產(chǎn)生水漬污染，還容易造成設(shè)備損壞；氣體滅火劑的物理化學(xué)性質(zhì)會(huì)診人體和保護(hù)物帶來(lái)?yè)p害等。隨著社會(huì)的發(fā)展，火災(zāi)發(fā)生的原因越來(lái)越復(fù)雜，社會(huì)對(duì)環(huán)境和人員的保護(hù)要求也越來(lái)越高。高壓細(xì)水霧作為一種新型高效、清潔、環(huán)保、節(jié)能的滅火技術(shù)有效地解決了上述問(wèn)題。

1 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)滅火機(jī)理及分類

1.1 滅火機(jī)理

高壓細(xì)水霧系統(tǒng)是二十世紀(jì)九十年代初，由歐美一些國(guó)家開(kāi)發(fā)出的一種高效滅火系統(tǒng)。近幾年，高壓細(xì)水霧系統(tǒng)在民生工程消防領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的效果。高壓細(xì)水霧是指在不小于10 MPa的工作壓力下,經(jīng)噴頭噴出并在噴頭軸線向下1.0 m處的平面上形成的霧滴直徑DV0.99＜400μm或DV0.50＜200μm的細(xì)水霧。

該系統(tǒng)滅火原理在于：1）通過(guò)氣化和霧化的方式，讓水微粒增加表面積,從而能夠快速降低火場(chǎng)環(huán)境溫度，更好地吸收熱量；2）通過(guò)產(chǎn)生大量水蒸氣的方式，使得氣體快速增加，周圍空氣中氧氣濃度降低；3）通過(guò)霧化的方式可以對(duì)熱輻射進(jìn)行有效隔絕；4）細(xì)水霧還可以對(duì)可燃性液體進(jìn)行稀釋和乳化，進(jìn)一步扼制燃燒。

該系統(tǒng)既能在一定程度上保證人員的安全，還能兼顧良好的環(huán)境保護(hù)效果；使用水微粒作為滅火介質(zhì)，對(duì)于電氣、A類、B類、C等火災(zāi)都有極好的效果。在通常狀態(tài)下，高壓細(xì)水霧系統(tǒng)采用開(kāi)式系統(tǒng)，呈常壓狀態(tài)，能夠很好地解決傳統(tǒng)消防系統(tǒng)中氣體或者水體泄漏的情況，因此維護(hù)成本也極大降低。本文以下均以開(kāi)式系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行論述。

1.2 系統(tǒng)分類

系統(tǒng)按照保護(hù)空間的不同，分為全空間應(yīng)用、分區(qū)應(yīng)用和局部應(yīng)用3種。全空間應(yīng)用是向整個(gè)防護(hù)區(qū)內(nèi)噴放高壓細(xì)水霧,保護(hù)其內(nèi)部所有防護(hù)對(duì)象的系統(tǒng)應(yīng)用方式，如柴油發(fā)電機(jī)房等。分區(qū)應(yīng)用是根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的實(shí)際需要,把一個(gè)面積較大的防護(hù)空間,劃分為若干個(gè)防護(hù)分區(qū),滅火時(shí)1個(gè)或若干個(gè)防護(hù)區(qū)同時(shí)噴霧的應(yīng)用方式，如工業(yè)廠房?jī)?nèi)局部工藝區(qū)域等。局部應(yīng)用方式是直接向保護(hù)對(duì)象噴放高壓細(xì)水霧,用于保護(hù)空間內(nèi)某具體保護(hù)對(duì)象的應(yīng)用方式，如油浸變壓器、熱油泵等[1]。

系統(tǒng)按照供應(yīng)方式的不同，可分為瓶組式和泵組式兩種。瓶組式是指在出廠之前對(duì)儲(chǔ)水罐進(jìn)行有效地加壓和預(yù)裝，針對(duì)防護(hù)區(qū)域面積的不同，選擇不同規(guī)格的儲(chǔ)水消防罐體。在指定區(qū)域放置儲(chǔ)水消防罐，一旦發(fā)生火災(zāi)，可以通過(guò)有效的系統(tǒng)控制來(lái)進(jìn)行有針對(duì)性的滅火處理，如加油站內(nèi)對(duì)儲(chǔ)油罐進(jìn)行保護(hù)而設(shè)置的瓶組式消防系統(tǒng)等。泵組式是指采用噴頭加壓的方式供水。不同的噴頭，其加壓方式與加壓系統(tǒng)也不同。開(kāi)式系統(tǒng)所使用的是開(kāi)式噴頭。對(duì)于開(kāi)式系統(tǒng)而言，管道內(nèi)平時(shí)并沒(méi)有水存在，一旦發(fā)生火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警以后，就會(huì)有消防泵向管道內(nèi)進(jìn)行注水進(jìn)行滅火處理，直到火被撲滅。

2 高壓細(xì)水霧滅火的系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1 工作壓力大、覆蓋面廣

對(duì)于傳統(tǒng)自動(dòng)滅火系統(tǒng)而言，在大型綜合體建筑中都會(huì)通過(guò)額外安裝壓力泵的方式來(lái)進(jìn)行協(xié)助，這樣才能夠確保在樓層較高的情況下?lián)碛凶銐虻乃畨?。但是?xì)水霧系統(tǒng)其自身具有高壓的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)12 MPa的壓力，可以確保每個(gè)樓層都有相同的壓力，而且具有較遠(yuǎn)的覆蓋范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)1.2 km的范圍覆蓋。所以，相對(duì)于其他系統(tǒng)而言，其能夠更好地節(jié)約成本。

2.2 用水量小，節(jié)能效率高

高壓細(xì)噴霧滅火系統(tǒng)與傳統(tǒng)水噴淋系統(tǒng)在用水量上相比，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的用水量大大減少。其用水量?jī)H為傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)用水量的1%～5%。普通組合式滅火系統(tǒng)通常需要配合兩個(gè)水箱、借助更多的輔助設(shè)備來(lái)達(dá)到滅火效果。但是高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的細(xì)水霧噴頭可以將水顆粒進(jìn)行霧化，這使相同體積的水擁有了更好的滅火效果，用水量也隨之大大減少。因此，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)只需要一個(gè)水箱就可以達(dá)到高樓層大面積滅火的目的，不僅降低了操作難度，也節(jié)約了建筑成本。另外，由于高壓細(xì)水霧所使用的水體中不具備礦物質(zhì)，導(dǎo)電性能降低，因此對(duì)于一些電纜場(chǎng)所的滅火效果更好。

2.3 管材安裝與維修方便

普通滅火系統(tǒng)在管材消耗非常大，大量管材的敷設(shè)需要占用更多的空間，同時(shí)還需要有一系列的配件來(lái)實(shí)現(xiàn)管材的安裝，安裝難度較高。而高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，對(duì)安裝工人的專業(yè)性要求不高，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的卡扣連接即可，材料消耗量降低。且管材直徑較小，比傳統(tǒng)管材更加節(jié)省空間，維護(hù)也更加方便。

3 工程案例運(yùn)用與探析

在有色冶金行業(yè)稀土分離項(xiàng)目中，通常設(shè)有大型萃取車間。根據(jù)《有色金屬工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50630—2010）有關(guān)規(guī)定：有色金屬生產(chǎn)中的萃取工藝等宜設(shè)泡沫或細(xì)水霧滅火系統(tǒng)進(jìn)行消防。以下筆者就某萃取車間給水排水設(shè)計(jì)中的高壓細(xì)水霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

該萃取車間屬于丙類生產(chǎn)廠房，分為上下兩層，每層設(shè)置有大小若干個(gè)敞口式萃取槽及有機(jī)相儲(chǔ)槽。每層存有有機(jī)相400 t左右，分布于萃取槽上部和有機(jī)相儲(chǔ)槽內(nèi)，其中260#溶劑油（閃點(diǎn)≥65℃）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～50%。有機(jī)相屬于易燃易爆有機(jī)溶液，一旦發(fā)生火災(zāi)，會(huì)對(duì)整個(gè)廠區(qū)及城市造成極大的影響。為了保證更好的滅火效果，本次設(shè)計(jì)采用了開(kāi)式高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。

3.1 系統(tǒng)工作原理

在沒(méi)有火災(zāi)的情況下，區(qū)域閥組與泵組之間的壓力維持在正常大氣壓左右，閥組后面沒(méi)有水流的存在；一旦出現(xiàn)火情,報(bào)警裝置開(kāi)啟,系統(tǒng)會(huì)快速啟動(dòng)穩(wěn)壓泵。如果在10 s內(nèi),管網(wǎng)的壓力值沒(méi)有超過(guò)1.2 MPa，消防主泵就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，繼而觸發(fā)高壓細(xì)水霧進(jìn)行滅火動(dòng)作，系統(tǒng)工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)工作原理

3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)要求

噴霧強(qiáng)度不小于1 L/（min·m2）；噴霧的持續(xù)時(shí)間要達(dá)到20 min；火情出現(xiàn)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)要在30 s時(shí)間內(nèi)完成開(kāi)啟；作用面積按照噴頭數(shù)量進(jìn)行有效計(jì)算；最不利點(diǎn)噴頭在工作的過(guò)程中壓力不小于10 MPa。

3.3 噴頭設(shè)計(jì)

按照實(shí)際的火災(zāi)情況以及火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的空間分布來(lái)對(duì)噴頭進(jìn)行針對(duì)性選用。

噴頭設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式見(jiàn)式（1）：

式中：q為噴頭的設(shè)計(jì)流量，L/min；K為噴頭的流量系數(shù)；P為噴頭的設(shè)計(jì)工作壓力，MPa。在保護(hù)區(qū)內(nèi)所使用的噴頭為開(kāi)式噴頭，K=1.0。經(jīng)計(jì)算，噴頭流量q=10 L/min。

3.4 消防管網(wǎng)設(shè)計(jì)

萃取車間為兩層建筑，每層建筑面積約為4 500 m2，一層、二層分別設(shè)置高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)采用開(kāi)式系統(tǒng)，因此采用分區(qū)應(yīng)用方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。按每個(gè)防護(hù)分區(qū)不超過(guò)500 m2計(jì)，將每層分為12個(gè)保護(hù)分區(qū)。高壓細(xì)水霧系統(tǒng)總管管徑為DN65，分區(qū)控制閥集中設(shè)置；根據(jù)每個(gè)保護(hù)分區(qū)內(nèi)設(shè)置的微水霧滴噴頭數(shù)量，各控制閥后分別接出DN32、DN40給水管，高壓細(xì)水霧自動(dòng)噴水系統(tǒng)采用不銹鋼無(wú)縫鋼管，詳見(jiàn)圖2。噴頭安裝間距控制在3.5 m以內(nèi)，且應(yīng)大于1.5 m，與墻距離控制在1.75 m以內(nèi)。

圖2 高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)示意

3.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量確定

該系統(tǒng)流量最大的區(qū)為第20、22、24分區(qū)，三個(gè)保護(hù)區(qū)同時(shí)啟動(dòng)，同時(shí)這三個(gè)分區(qū)也是最遠(yuǎn)分區(qū)，故本次水力計(jì)算只計(jì)算第20、22、24分區(qū)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式見(jiàn)式（2）：

式中：Q8為系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，L/min；n為計(jì)算噴頭數(shù)，個(gè)；qi為計(jì)算噴頭的設(shè)計(jì)流量，L/min。

噴頭流量系數(shù)K=1.0。本系統(tǒng)最多同時(shí)有112只噴頭噴霧,系統(tǒng)工作壓力按最不利點(diǎn)噴頭工作壓力為10 MPa計(jì)算。根據(jù)所選細(xì)水霧噴頭，可知流量系數(shù)K=1.0，單個(gè)噴頭設(shè)計(jì)流量q=10 L/min；系統(tǒng)計(jì)算流量為1 120 L/min，見(jiàn)圖3。

圖3 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)最不利點(diǎn)布置平面

3.6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)供水壓力確定

系統(tǒng)設(shè)計(jì)供水壓力計(jì)算公式見(jiàn)式（3）：

式中：Pt為系統(tǒng)設(shè)計(jì)供水壓力，MPa；Pf為管道的水頭損失，MPa；Pe為最不利點(diǎn)處噴頭與儲(chǔ)水箱或儲(chǔ)水容器最低水位的壓力差，MPa；Ps為最不利點(diǎn)處噴頭的工作壓力，MPa。

通過(guò)計(jì)算可得，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中系統(tǒng)的供水壓力不小于13.873 MPa。選用單臺(tái)泵流量Q=130 L/min，P=16 MPa，N=37 kW的高壓柱塞泵10套(9用1備)滿足設(shè)計(jì)要求，見(jiàn)圖4。

圖4 高壓細(xì)水霧泵組配管示意

3.7 消防水箱設(shè)計(jì)

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱的儲(chǔ)水量計(jì)算公式見(jiàn)式（4）：

式中：Wc為儲(chǔ)水量，L；Q為系統(tǒng)計(jì)算流量，L/min；t為開(kāi)式系統(tǒng)持續(xù)噴霧時(shí)間，應(yīng)取20 min。

根據(jù)系統(tǒng)用水量可得消防儲(chǔ)水箱水量應(yīng)不小于22.4 m3。由于細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的用水水質(zhì)要求不低于生活飲用水的水質(zhì)，因此消防水箱采用不銹鋼水箱。高壓柱塞泵的進(jìn)水壓力要求穩(wěn)定在0.2 MPa左右，因此在高壓柱塞泵進(jìn)水總管上需增加Q=130 L/min，P=20 m的泵2臺(tái)（1用1備）。

3.8 小結(jié)

高壓細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)能夠快速對(duì)火情做出反應(yīng)，其冷卻速度比噴淋系統(tǒng)快，細(xì)水霧具有很強(qiáng)的穿透性，對(duì)熱輻射具有良好的屏蔽作用，能防止火災(zāi)蔓延，并迅速控制火勢(shì)。萃取車間內(nèi)敞口萃取槽存有大量有機(jī)相，如果采用傳統(tǒng)的水噴淋或氣體消防裝置，會(huì)對(duì)有機(jī)相產(chǎn)生破壞，使有機(jī)相被廢棄，而高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)用水量?jī)H為噴淋系統(tǒng)用水量的1%～5%，對(duì)有機(jī)相的影響較小，有機(jī)相可繼續(xù)使用，從而降低了工廠的損失。

4 有待提升的方面及注意事項(xiàng)

高壓細(xì)水霧系統(tǒng)的工作壓強(qiáng)通常要達(dá)到10 MPa以上，這就要求設(shè)備整體要具備很強(qiáng)的抗壓能力。此系統(tǒng)的每個(gè)設(shè)備都會(huì)存在大量的連接點(diǎn)，從材料的聯(lián)合到各部分的連接，任何一處接頭出現(xiàn)問(wèn)題，都可能引發(fā)安全事故。這就對(duì)高壓細(xì)水霧系統(tǒng)從生產(chǎn)質(zhì)量到使用規(guī)范都提出了更為嚴(yán)苛的要求。在設(shè)備制造過(guò)程中，廠家需要不斷改進(jìn)其生產(chǎn)工藝，使系統(tǒng)工作時(shí)能夠避免其內(nèi)部安裝的精密部件因受到外部干擾而出錯(cuò)的情況發(fā)生。

在應(yīng)用此系統(tǒng)時(shí)，要注意以下事項(xiàng)：1）此系統(tǒng)使用的消防介質(zhì)是水，當(dāng)消防對(duì)象是會(huì)與水產(chǎn)生劇烈化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)時(shí)，不能使用該系統(tǒng)；2）火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)存在遇水會(huì)造成毀滅性損失的物件時(shí)，也不適合使用此系統(tǒng)。

5 結(jié)語(yǔ)

高壓細(xì)水霧系統(tǒng)是消防領(lǐng)域的一項(xiàng)革新。該系統(tǒng)具有極高的滅火效率，且具有安全性高、穩(wěn)定性好、環(huán)境保護(hù)效果良好、有效節(jié)約消防用水的特點(diǎn)，目前已在各個(gè)領(lǐng)域的消防系統(tǒng)中都獲得了廣泛應(yīng)用。隨著城市化建設(shè)不斷加快，對(duì)于火災(zāi)預(yù)防與處理的要求也越來(lái)越高，在今后的發(fā)展中這一系統(tǒng)將會(huì)得到更多更好的應(yīng)用。