某原料藥廠高架冷庫自噴系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

引言

近年來，冷庫火災(zāi)頻發(fā)，由于冷庫火勢蔓延迅速和人員疏散困難，可能造成嚴(yán)重的人員傷亡[1]。冷庫制冷系統(tǒng)本身是引發(fā)火災(zāi)的一個(gè)重要原因，某些制冷劑如氨具有爆炸危險(xiǎn)性，乙二醇具有可燃性。此外，低溫環(huán)境也是導(dǎo)致火災(zāi)的另一個(gè)主要原因。低溫會(huì)使電路管線的塑料保護(hù)管變脆、破損，內(nèi)部線纜裸露，容易引發(fā)電氣火災(zāi)。冷庫需要大量墻體保溫材料，以維持環(huán)境溫度的穩(wěn)定性，尤其是醫(yī)藥冷庫對溫度穩(wěn)定性的要求極高[2]，而這些保溫材料大多為聚氨酯泡沫等不低于B1級的非不燃材料，使得冷庫火災(zāi)呈現(xiàn)出蔓延速度快的特點(diǎn)。因此，合理設(shè)計(jì)冷庫自噴系統(tǒng)對于防止冷庫火災(zāi)具有深遠(yuǎn)的意義。

一、工程概況

本文的研究對象為某原料藥廠的高架冷庫。該原料藥廠位于淮安，其高架冷庫設(shè)于一個(gè)占地面積為 1665m² 、總建筑面積為 2329m² 的綜合丙類倉庫內(nèi)，見圖1。該綜合倉庫內(nèi)設(shè) 29C-8C 高架冷庫、 -18^°C 高架冷庫、常溫庫和其他輔助用房，高架冷庫區(qū)域未吊頂前凈空高度為16. 0m 。 2^°C-8^°C 冷庫主要用于存放輔助原料和成品藥，-18^°C 冷庫主要用于存放主要原料。如果冷庫發(fā)生火災(zāi)，會(huì)給該藥廠帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失，因此自噴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤為重要。

圖1倉庫平面示意圖

二、自噴系統(tǒng)形式的確定

根據(jù)《建筑防火通用規(guī)范》的要求，該綜合倉庫需全區(qū)域配備自動(dòng)滅火系統(tǒng)，高架冷庫區(qū)域需設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。鑒于冷庫環(huán)境溫度低于 4^°C ，報(bào)警閥后的管道內(nèi)不宜充水，因此需采用干式系統(tǒng)或預(yù)作用系統(tǒng)。高架冷庫區(qū)域的吊頂前凈空高度為 16.0m ，為節(jié)約造價(jià)，需確保能夠采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，而非自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)。通過協(xié)商，在滿足冷庫高架儲(chǔ)藏高度的前提下，設(shè)置吊頂，保證吊頂后的凈空高度為 13.5m ，吊頂內(nèi)無可燃物。考慮到冷庫區(qū)域已配備火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，因此采用報(bào)警單聯(lián)鎖的預(yù)作用系統(tǒng)最為經(jīng)濟(jì)、安全。

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

（一）噴頭形式的選擇

高架庫噴頭的選擇本身就是一項(xiàng)技術(shù)難題。噴頭的性能直接關(guān)乎火災(zāi)的早期探測與滅火效果。本設(shè)計(jì)在選用噴頭時(shí)，需全面考量以下關(guān)鍵因素。

1.吊頂對噴頭濺水盤形式的要求

噴頭根據(jù)濺水盤形式的不同，分為直立安裝型和下垂型。直立型噴頭的濺水盤周圍一圈小翅片略微向下彎曲，而下垂型則相反，這是為了控制豎直方向的噴水，確保噴頭的水流向四周均勻噴灑。鑒于本設(shè)計(jì)冷庫區(qū)域均設(shè)有吊頂，按照《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱《噴規(guī)》）的要求，需采用下垂型噴頭。

2.低溫環(huán)境對噴頭內(nèi)部的要求

在正常工作狀態(tài)下，管道和噴頭內(nèi)均不得存水，因此干式噴頭是本設(shè)計(jì)的理想選擇。干式下垂噴頭具有獨(dú)特的內(nèi)部構(gòu)造，其噴頭螺紋接口處設(shè)有一個(gè)帶彈性密封墊圈的管堵頭。在正常狀態(tài)下，該堵頭保持封閉，以防止水進(jìn)入。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，通過熱敏材料觸發(fā)等機(jī)械動(dòng)作，打開供水通道，使水能夠流入噴頭并噴出，從而進(jìn)行滅火[3]。

3.高大凈空高度對噴頭響應(yīng)速度的要求

在高大空間中，火災(zāi)產(chǎn)生的熱量和煙氣上升速度較快，因此噴頭需要具備在火災(zāi)初期迅速響應(yīng)并釋放滅火劑的能力。如前文所述，本設(shè)計(jì)中將凈空高度控制在13.50m ，這是冷庫設(shè)置自噴系統(tǒng)的凈高極限。若超過此高度，需采用造價(jià)更高的自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)?！秶娨?guī)》規(guī)定，當(dāng)倉庫凈高在 12m 至 13.5m 之間時(shí)，應(yīng)使用早期抑制快速響應(yīng)噴頭，即ESPR噴頭。

4.感溫元件的選擇

噴頭的感溫元件是火災(zāi)探測的核心部件。常見的感溫元件包括玻璃球和易熔合金兩種類型。盡管玻璃球噴頭響應(yīng)迅速，但在低溫環(huán)境下易因溫度波動(dòng)而破裂，因此不宜用于冷庫環(huán)境。相較之下，易熔合金噴頭具備更優(yōu)的耐低溫性能和機(jī)械穩(wěn)定性，其結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長，響應(yīng)時(shí)間更短。鑒于冷庫的特殊環(huán)境溫度要求，本設(shè)計(jì)中的冷庫噴頭采用 57% 的易熔合金感溫元件[4]，以確保其在低溫環(huán)境中穩(wěn)定工作，并在火災(zāi)發(fā)生時(shí)迅速觸發(fā)。

（二）基本參數(shù)的確定

在本設(shè)計(jì)中，冷庫的火災(zāi)危險(xiǎn)等級按倉庫危險(xiǎn)級Ⅱ級設(shè)計(jì)。根據(jù)《噴規(guī)》5.0.11可知，作用面積和噴水強(qiáng)度均按表5.0.5選擇即可。根據(jù)表5.0.5，本設(shè)計(jì)凈空高度13.50m ，儲(chǔ)物高度小于等于 12m ，采用干式下垂型ESPR噴頭，流量系數(shù) K=363 ，噴頭最低工作壓力 0.35Mpa ，噴頭最大間距 3.0m ，噴頭最小間距 2.4m ，作用面積內(nèi)開放的噴頭數(shù)12個(gè)。

根據(jù)噴頭流量計(jì)算公式，可得每一個(gè)噴頭的流量q為 11.32L/s ，作用面積內(nèi)的設(shè)計(jì)流量為 11.32×12= 135.84L/s 。以上均為設(shè)計(jì)參數(shù)，而實(shí)際發(fā)生火災(zāi)時(shí)，只有最不利點(diǎn)處噴頭的工作壓力為 0.35Mpa ，其他噴頭工作壓力均高于 0.35Mpa 。

該設(shè)計(jì)實(shí)際按 3×3 間距布置噴頭，并保證距端墻間距不小于 0.1m 布置噴頭。通過專業(yè)軟件計(jì)算各管段流速、長度和水頭損失，在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下，作用面積內(nèi)噴頭總流量為 136.66L ，預(yù)作用閥組后配水管網(wǎng)充水時(shí)間為44s，不超過 2min ，均滿足規(guī)范要求。最不利水流通路的總水頭損失為 3.53m 。

（三）報(bào)警閥組的設(shè)計(jì)

1.報(bào)警閥的選擇

報(bào)警閥組是自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的核心組件，其設(shè)計(jì)直接關(guān)系系統(tǒng)的可靠性和滅火效率。本設(shè)計(jì)選用預(yù)作用報(bào)警閥，該閥由雙閥體構(gòu)成，沿水流方向依次為濕式報(bào)警閥和雨淋報(bào)警閥。濕式報(bào)警閥的主要功能是在系統(tǒng)未觸發(fā)時(shí)維持管道內(nèi)壓力穩(wěn)定，防止誤噴；雨淋報(bào)警閥在火災(zāi)發(fā)生時(shí)迅速啟動(dòng)，確保滅火劑能夠快速釋放。這種雙閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅提升了系統(tǒng)的可靠性，還顯著提高了滅火響應(yīng)速度。

2.報(bào)警閥的數(shù)量及位置

根據(jù)基本參數(shù)進(jìn)行布置后，兩個(gè)不同溫度的冷庫噴頭總數(shù)不超過800個(gè)，符合《噴規(guī)》中對單個(gè)報(bào)警閥組控制噴頭數(shù)量的限制，因此僅需設(shè)計(jì)一套預(yù)作用報(bào)警閥組即可。在正常工作狀態(tài)下，報(bào)警閥組前存在水源，若將其設(shè)置在冷庫中，會(huì)導(dǎo)致報(bào)警閥前區(qū)域的水凍結(jié)，因此該報(bào)警閥組不宜設(shè)置在冷庫內(nèi)，而應(yīng)就近安置于冷庫附近的上下貨區(qū)域。同時(shí)，水力警鈴也應(yīng)設(shè)置在該區(qū)域，以便在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，警鈴聲能夠及時(shí)提醒附近的工作人員。

3.其他附件的設(shè)計(jì)

根據(jù)《噴規(guī)》的要求，同一防火分區(qū)僅需設(shè)置一套水流指示器和信號閥。盡管本設(shè)計(jì)中兩個(gè)冷庫位于同一防火分區(qū)內(nèi)，但為了在火災(zāi)發(fā)生時(shí)更準(zhǔn)確地傳遞報(bào)警信息，兩個(gè)冷庫分別配備了獨(dú)立的水流指示器和信號閥。一旦發(fā)生火災(zāi)，消控室可以迅速識別出哪個(gè)高架冷庫發(fā)生了火情。兩個(gè)冷庫均處于同一套預(yù)作用閥組的控制范圍內(nèi)，因此只需在最不利點(diǎn)處設(shè)置一套末端試水裝置。該裝置主要用于系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)期間，測試系統(tǒng)的壓力和流量，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，進(jìn)行必要的整改，確保火災(zāi)發(fā)生時(shí)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

綜上所述，本設(shè)計(jì)的預(yù)作用報(bào)警閥組在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝位置以及輔助設(shè)備配置方面，均充分考慮了冷庫環(huán)境的特殊性，從而確保了系統(tǒng)的高效性和可靠性。

（四）充排氣設(shè)計(jì)

配水管道內(nèi)充氣的主要目的是確保系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下保持管道內(nèi)部干燥，并通過管道內(nèi)氣壓變化來判斷是否存在漏損情況。在正常工作狀態(tài)下，報(bào)警閥組后的管道內(nèi)充氣壓力應(yīng)維持在 0.05MPa 。當(dāng)壓力降至0.03MPa 以下時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)空壓機(jī)進(jìn)行補(bǔ)氣，空壓機(jī)的排氣流量為 2m³/min ，這一流量足以確保系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)至正常工作壓力。補(bǔ)氣管道選用DN20鋼管，這一管徑的選擇既兼顧了補(bǔ)氣效率，又考慮了系統(tǒng)的整體布局和安裝空間需求。

泄水閥與水流指示器共同設(shè)置在配水干管的始端，配水干管設(shè)計(jì)有 0.4% 的坡度，坡向泄水閥，因此配水干管的最高點(diǎn)位于末端。自動(dòng)排氣閥設(shè)在此處，其前方配置電動(dòng)閥，并與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，以確?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)管道內(nèi)氣體迅速排出，同時(shí)完成充水操作以進(jìn)行滅火。

（五）火災(zāi)探測器設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用單連鎖預(yù)作用系統(tǒng)，需與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)?；馂?zāi)探測器作為“情報(bào)員”，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并報(bào)告給火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制器，進(jìn)而啟動(dòng)消防泵供水滅火，其靈敏性直接影響滅火響應(yīng)速度。

冷庫環(huán)境低溫且潮濕，火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙氣會(huì)迅速冷卻并沉降，因此選擇合適的火災(zāi)探測器至關(guān)重要。本設(shè)計(jì)選用管路采樣式吸氣感煙火災(zāi)探測器，該探測器能在火災(zāi)極早期檢測到微小的煙霧顆粒，具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、誤報(bào)率低等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于冷庫環(huán)境。

在本設(shè)計(jì)中，探測器主機(jī)布置在冷庫內(nèi)，控制器設(shè)置在冷庫外的上下貨區(qū)域。這種布置方式既確保探測器能實(shí)時(shí)監(jiān)測冷庫內(nèi)火災(zāi)情況，又便于操作人員在冷庫外進(jìn)行監(jiān)控和管理。在冷庫內(nèi)部垂直方向，每隔 1.5m 設(shè)置一個(gè)采樣孔，采樣孔分布經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，確保全面覆蓋冷庫各區(qū)域，提升火災(zāi)探測的可靠性。

結(jié)語

經(jīng)過系統(tǒng)研究，本文成功地設(shè)計(jì)出一套適用于高架倉庫的自噴系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，同時(shí)契合甲方對經(jīng)濟(jì)適用性的需求，對類似高架冷庫的自噴系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。該設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)在于通過合理地確定吊頂高度，采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，從而避免使用高造價(jià)的自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)。吊頂下選用的ESPR噴頭靈敏度高，滅火性能卓越。因此，該設(shè)計(jì)不僅確保了系統(tǒng)的可靠性，還簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使其更加穩(wěn)定、可靠。在未來高架冷庫自噴系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，建議持續(xù)關(guān)注新型噴頭和火災(zāi)探測器的發(fā)展，選用更經(jīng)濟(jì)、性能更優(yōu)的消防產(chǎn)品。

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