某地下酒窖水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計

楊永剛

（中鐵隧道勘察設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州511458）

1 工程概況

某地下酒窖位于某酒廠中部的一個山體下，總共有5 個巷道，其中1 號巷道約230 米，2 號巷道約220 米，3 號巷道約210米，4 號巷道約190 米，5 號巷道約110 米，隧道斷面總寬約11米，其中儲酒室洞寬約7 米，疏散通道約4 米，洞高約8.6 米，單個洞庫房間約160 平米。地下酒窖效果圖見圖1，單個洞室平面圖見圖2。

圖1 地下酒窖效果圖

圖2 單個洞室平面圖

2 水噴霧滅火系統(tǒng)介紹

按照《酒廠設(shè)計防火規(guī)范》（GB50694-2011）及《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2014，2018 版）可知，地下酒窖屬于人工洞白酒庫，其火災(zāi)危險等級為甲類，按照《酒廠設(shè)計防火規(guī)范》7.2.2條規(guī)定應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)或泡沫滅火系統(tǒng)，鑒于儲存白酒為價值不菲的名酒，滅火后應(yīng)考慮回收利用，因此本次酒窖洞室滅火措施采用水噴霧滅火系統(tǒng)更為妥當(dāng)。

2.1 水噴霧滅火系統(tǒng)滅火機(jī)理

水噴霧滅火系統(tǒng)是利用水霧噴頭在一定水壓下將水流分解成細(xì)小水霧滴進(jìn)行滅火或防護(hù)冷卻的一種固定式滅火系統(tǒng)。

水噴霧滅火系統(tǒng)通過改變水的物理狀態(tài)，利用水霧噴頭使水從連續(xù)的灑水狀態(tài)轉(zhuǎn)變成不連續(xù)的細(xì)小水霧噴射出來，水霧可迅速汽化，從而有效的提高水的滅火效率，增加冷卻效果；另外水霧迅速汽化也可以有效隔離空氣，形成窒息效果，阻止燃燒。如果應(yīng)用在引發(fā)火情為可溶于水的液體燃燒物時，水霧滴可稀釋在燃液體，達(dá)到阻燃作用；此外，水霧在蒸發(fā)時會吸取熱量，降低可燃液體和火情現(xiàn)場溫度，進(jìn)而撲滅火情。由此可知，水噴霧滅火系統(tǒng)主要就是通過沖擊乳化、冷卻降溫、窒息和稀釋的作用控制及撲滅火情。由于它具有較高的電絕緣性能和良好的滅火性能，水噴霧滅火系統(tǒng)廣泛用于撲救固體物質(zhì)火災(zāi)、丙類液體火災(zāi)、飲料酒火災(zāi)和電氣火災(zāi)，并可用于可燃?xì)怏w和甲、乙、丙類液體的生產(chǎn)、儲存裝置設(shè)施的防護(hù)冷卻。

2.2 水噴霧滅火系統(tǒng)組成

水噴霧滅火系統(tǒng)由水源、供水增壓設(shè)備、過濾器、雨淋閥組、信號閥、管網(wǎng)、水霧噴頭、火災(zāi)探測器、火災(zāi)控制器等設(shè)備和組件組成，如圖3。

圖3 水噴霧滅火系統(tǒng)的組成

水噴霧滅火系統(tǒng)中雨淋閥組和水霧噴頭是整個系統(tǒng)中最為重要的組件，其中雨淋閥組主要作用是自動報警和控制；水霧噴頭主要作用是在一定壓力下利用離心或撞擊原理將水流分解為小于1mm 以下的水滴，從而達(dá)到滅火效果。

2.2.1 雨淋閥組

水噴霧滅火系統(tǒng)組的雨淋閥主要有角式雨淋閥和直通式雨淋閥兩種，其中角式雨淋閥進(jìn)水和出水方向成90°，水力摩阻較大，適合用于需要改變安裝方向的場所；直通式雨淋閥進(jìn)水和出水方向一致，水力摩阻較小，水力性能好。本次地下酒窖水噴霧滅火系統(tǒng)采用直通式雨淋閥組作為報警和控制組件。典型直通式水噴霧雨淋閥組如圖4。

雨淋閥組主要由信號蝶閥、雨淋報警主閥、水力警鈴、壓力開關(guān)、調(diào)試閥及電磁閥組成。其中信號蝶閥主要用于檢修時關(guān)閉水流、雨淋閥報警主閥平時關(guān)閉，火災(zāi)時自動打開向管網(wǎng)供水、水力警鈴用于產(chǎn)生聲音報警、壓力開關(guān)用于產(chǎn)生報警電信號或啟動水噴霧泵、調(diào)試球閥用于在雨淋閥關(guān)閉的情況下調(diào)試警鈴、電磁閥用于電動控制打開，進(jìn)而控制雨淋報警主閥。

圖4 典型直通式雨淋閥組

雨淋閥有自動控制和手動控制兩種方式。自動控制是當(dāng)保護(hù)區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，通過火災(zāi)報警控制器直接打開雨淋閥組的電磁閥，使閥腔內(nèi)的水快速排出，進(jìn)而啟動主閥；手動控制是工作人員手動打開控制管路上的手動球閥排出閥腔內(nèi)的水，進(jìn)而啟動主閥，使管網(wǎng)充水進(jìn)行滅火。

2.2.2 水霧噴頭

水霧噴頭按結(jié)構(gòu)類型可分為離心霧化型水霧噴頭和撞擊型水霧噴頭。離心霧化噴頭是由主體、渦流器組成，在較高壓力下水流通過噴頭內(nèi)部離心旋轉(zhuǎn)形成水霧噴射出來，這種噴頭噴射的水霧具有良好的電絕緣性和霧化效果，但水霧噴頭的通道較小，時間長了容易堵塞，因此在雨淋閥入口前必須設(shè)置管道過濾器。撞擊型水霧噴頭是將壓力水流通過撞擊外置的濺水盤，通過濺水盤將水流分散成錐形水霧，這種水霧噴頭不易堵塞，但所需壓力一般較高。水霧噴頭的霧化效果與噴頭的工作壓力有直接關(guān)系，正常情況下，噴頭工作壓力越高，其水霧霧滴粒徑越小，霧化效果越好，滅火效率越高，但過高的工作壓力會增加投資造價。離心霧化噴頭和撞擊型噴頭見圖5 和圖6。

圖5 離心型水霧噴頭

圖6 撞擊型水霧噴頭

2.3 水噴霧滅火系統(tǒng)工作原理及控制

2.3.1 系統(tǒng)工作原理

水噴霧滅火系統(tǒng)的工作原理是當(dāng)系統(tǒng)的火災(zāi)探測器發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后，自動或由手動打開雨淋報警閥組，同時發(fā)出火災(zāi)報警信號給報警控制器，并啟動消防水泵，通過供水管網(wǎng)到達(dá)水霧噴頭，水霧噴頭噴射水霧進(jìn)行滅火。

2.3.2 系統(tǒng)控制方式

水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)有自動控制、遠(yuǎn)程控制和應(yīng)急操作三種控制方式。

2.3.2.1 自動控制是指水噴霧滅火系統(tǒng)的火災(zāi)探測、報警部分與供水設(shè)備、雨淋閥組等組件自動聯(lián)鎖操作的控制方式。當(dāng)火災(zāi)報警系統(tǒng)接收到報警信號（同一報警區(qū)域內(nèi)兩只及以上獨立的感溫火災(zāi)探測儀或一只火災(zāi)感溫探測儀與一只手動火災(zāi)報警器按鈕）時，消防聯(lián)動控制器自動聯(lián)動啟動水噴霧泵和雨淋閥，使管網(wǎng)充水進(jìn)行滅火。

2.3.2.2 遠(yuǎn)程控制是人為遠(yuǎn)距離操作供水設(shè)備、雨淋閥組等系統(tǒng)組件的控制方式。遠(yuǎn)程控制分為遠(yuǎn)程自動控制和遠(yuǎn)程手動控制。

（1）遠(yuǎn)程自動控制是消防聯(lián)動控制器處于自動控制狀態(tài)下,當(dāng)火災(zāi)報警系統(tǒng)接收到（水噴霧泵上的壓力開關(guān)或高位消防水箱出水管的流量開關(guān)或雨淋報警閥組的壓力開關(guān)）報警信號時，作為觸發(fā)信號，消防聯(lián)動控制器遠(yuǎn)程聯(lián)動啟動水噴霧泵及雨淋閥；

（2）遠(yuǎn)程手動控制是指水噴霧泵控制箱（柜）和雨淋閥組的電磁閥的啟動和停止按鈕用專用線路直接連接至設(shè)置在消防控制室內(nèi)的消防聯(lián)動控制器手動控制盤，通過手動控制盤遠(yuǎn)程手動啟動消防水泵和雨淋閥。

2.3.2.3 應(yīng)急操作是指人為現(xiàn)場操縱供水設(shè)備、雨淋閥組等組件的控制方式。

3 水噴霧滅火系統(tǒng)計算

水噴霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)使噴霧噴頭布置在被保護(hù)物的周圍，使水霧包圍覆蓋容易發(fā)生火災(zāi)或需冷卻的設(shè)備或裝置。因此噴頭的布置及增壓設(shè)備的選型是水噴霧滅火系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)，是決定水噴霧滅火系統(tǒng)成敗的決定性因素。水噴霧滅火系統(tǒng)計算主要用于確定水噴霧系統(tǒng)流量、壓力，確定水噴霧管道規(guī)格以及水霧噴頭個數(shù)、間距及型號等。

3.1 系統(tǒng)參數(shù)確定

本次地下酒窖儲存物為白酒，按照《酒廠設(shè)計防火規(guī)范》（GB50694-2011）中7.2.6 條規(guī)定用于滅火為目的系統(tǒng)，最不利噴頭的最低工作壓力為0.4MPa，設(shè)計噴霧強(qiáng)度為20L/（min·m2），持續(xù)噴霧時間為0.5h，系統(tǒng)的響應(yīng)時間不應(yīng)大于45s，水噴霧保護(hù)面積應(yīng)為每個獨立防火分區(qū)的建筑面積。但是按照《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB50219-2014）中表3.1.2、3.1.3 及3.1.4 條要求，用于滅火為目的系統(tǒng)，最不利噴頭的最低工作壓力為0.35MPa，系統(tǒng)響應(yīng)時間為60s，水噴霧保護(hù)面積為被保護(hù)對象扣除底面面積外的表面積之和。本人認(rèn)為地下酒窖的水噴霧滅火系統(tǒng)參數(shù)應(yīng)取兩本規(guī)范中規(guī)定值的大者，即設(shè)計壓力應(yīng)取0.4MPa，設(shè)計噴霧強(qiáng)度取20L/（min·m2），持續(xù)噴霧時間取0.5h，系統(tǒng)的響應(yīng)時間不應(yīng)大于45s，水噴霧保護(hù)面積為單個洞室建筑面積，即160m2。

3.2 系統(tǒng)水力計算

3.2.1 系統(tǒng)流量計算

單個水霧噴頭流量按如下公式進(jìn)行計算：

其中q：水霧噴頭流量（L/min）

P：水霧噴頭的工作壓力（MPa）；

K：水霧噴頭的流量系數(shù)，取值由噴頭廠家提供。

水霧噴頭參照選取國家標(biāo)準(zhǔn)圖集04s206 中ZSTWB 類中高閃點水霧噴頭，流量系數(shù)為42.8，噴射角120°，有效射程2.0m。經(jīng)計算得出單個噴頭流量為85.6L/min。

單個洞室防護(hù)面積為160m2，因此單個洞室所需噴頭數(shù)量

其中N：單個洞室所需噴頭數(shù)；

S：單個洞室保護(hù)面積（m2）；

W：保護(hù)對象的設(shè)計水噴霧強(qiáng)度L/（min·m2）。

經(jīng)計算得出N=38，因此可知單個洞室最少需要設(shè)置38 個噴頭。

3.2.2 噴頭布置

水噴霧噴頭平面布置采用矩形布置，根據(jù)《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB50219-2014）中3.2.4 條可知水霧噴頭之間的距離不應(yīng)大于水霧噴頭水霧錐角圓半徑的1.4 倍。水霧錐角圓半徑按下式計算：

其中B：水霧噴頭與保護(hù)對象之間的距離；

θ：水霧噴頭霧化角。

本項目水霧噴頭與保護(hù)對象距離取0.8m，噴頭霧化角為120°，計算可得：

R=1.38m，因此噴頭間距取L=1.4×1.38=1.93m，因此噴頭間距圓整后取2.0m。噴頭平面及斷面布置見圖7 和圖8。

圖7 洞室內(nèi)水霧噴頭布置圖

根據(jù)噴頭間距要求在平面圖上布置噴頭后得出單個洞室需要44 個噴頭（大于38 個），符合系統(tǒng)要求，整個洞室水噴霧水量Q=44×85.6=63L/s，按《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB50219-2014）中要求，系統(tǒng)總水量需要考慮1.05 的安全系數(shù)，因此總水量Q 總=63×1.05=66L/s，圓整后整個水噴霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計水量取70L/s。

圖8 洞室內(nèi)水霧噴頭斷面圖

3.2.3 系統(tǒng)水力計算

管道系統(tǒng)水頭損失計算按海曾威廉公式進(jìn)行：

其中i：管道單位長度水頭損失；Ch：海曾威廉系數(shù)。

噴頭布置圖詳見圖7，經(jīng)水力計算后結(jié)果如表1。

表1 洞室內(nèi)水噴霧管道水頭損失表

由此可知節(jié)點8 處管道壓力為0.40MPa+0.33m=0.43Mpa。選定水噴霧主管管徑為DN200，長度約220m，水頭損失計算約為7m，接管處與水霧噴頭標(biāo)高差約6m，雨淋閥損失及閥門各按2m 計，由此可得水噴霧滅火系統(tǒng)接口處壓力約為60m，即為0.6MPa。

4 結(jié)論

通過計算得出該地下酒窖水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計流量為70L/s，與廠區(qū)管網(wǎng)接管處壓力需0.6MPa，水噴霧主管管徑DN200 選型是比較合理、經(jīng)濟(jì)的。水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計需要注意以下幾個關(guān)鍵點：（1）合理正確的選擇設(shè)計參數(shù)，設(shè)計參數(shù)應(yīng)根據(jù)建筑物類型及功能按照《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定。（2）合理選擇水霧噴頭和設(shè)置水霧噴頭與保護(hù)對象的距離，從而確定比較合理的噴頭間距和數(shù)量。（3）通過水力計算合理選擇經(jīng)濟(jì)管徑以減少管道摩阻和管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)費用。