浅谈自动喷水灭火系统设计
2019-02-25
（天津渤化工程有限公司，天津300193）
自动喷水灭火系统用于人员密集、不易疏散、外部增援灭火与救生较困难及火灾危害性较大的化工厂等。该系统从起始点消防水源至终点洒水喷头，每个单元均应设计合理，才能保证其灭火成功。其中设计计算是自动喷水灭火系统设计中的核心，涉及到系统的可靠性，经济性。
1 系统分类及主要组件
根据系统的作用形式和特点，自动喷水灭火系统分为湿式灭火系统、干式灭火系统、预作用系统、重复启闭预作用系统、雨淋系统、水幕系统和自动喷水-泡沫联用系统等7种形式。
自动喷水灭火全系统由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置（压力开关或水流指示器）等组件，以及管道、供水设施和火灾探测器等组成。
1.1 喷头
1.1.1 常用的喷头形式有：闭式喷头、开式喷头、特殊喷头和自动喷水-泡沫联用系统的喷头。其中：闭式喷头，在喷头的喷口处设有定温封闭装置，当环境温度达到其动作温度时，该装置可自动开启，一般定温装置有玻璃球形和易熔合金两种形式，为防误动作，选择喷头时，要求喷头的工程动作温度比使用环境的最高温度要高30℃。喷头在动作喷水后需更换定温装置。可用于湿式系统、干式系统、预作用系统、重复启闭预作用系统。开式喷头，是不安装感温元件的喷头，用于雨淋系统或水幕系统。特殊喷头，包括快速响应洒水喷头、早期拟制快速响应洒水喷头和扩大覆盖面洒水喷头。自动喷水-泡沫联用系统的喷头：包括水泡沫喷头、水喷雾喷头和自动喷水喷头。
1.1.2 喷头的布置间距
喷头的布置间距是自动喷水灭火系统设计的重要参数，其中设置场所的火灾危险等级对喷头布置起决定性因素。喷头间距过大会影响喷头的开放时间及系统的控、灭火效果，间距过小会造成作用面积内喷头布置过多，系统设计用水量偏大。为控制喷头与起火点之间的距离，保证喷头开放时间，又不致引起喷头开放过多，应按相关规范要求的布置间距和喷头最大保护面积设计，确保喷头既能适时开放，又能使系统按设计选定的强度喷水。
1.2 报警装置
报警阀：报警阀的作用是开启和关断管网的水流，传递控制信号至控制系统并启动水力警铃直接报警。包括湿式、干式、干-湿式和雨淋式。水流报警装置：主要包括水力警铃、水流指示器及压力开关。延迟器：罐式容器，安装于报警阀与水力警铃或压力开关之间，防止水源压力波动引起误报警，延迟15～90s之间可调。
1.3 管道
配水管道可采用内外壁热镀锌钢管、铜管、不锈钢管和氯化聚氯乙烯（PVC-C）管。当报警阀入口前管道采用不防腐的管道时，应在报警阀前设置过滤器。当系统中设有2个及以上报警阀组时，报警阀组前设置成环状供水管道，其上设置信号阀，如不采用信号阀时，需设锁具锁定阀位。为了充水时易于排气，维修时易于排尽管道内积水。水平设置的管道要求有坡度，并坡向泄水管。
1.4 供水设备和设施
1.4.1 消防喷淋水泵
为了保证系统供水的稳定性，喷淋水泵需独立设置，并设置备用泵。对于一些改造项目，消火栓和喷淋共用水泵时，管道需在报警阀前分开，采取措施确保消火栓用水不影响喷淋用水。
1.4.2 气压供水设备
对于一些改扩建项目，原设计没有设置高位消防水箱并且现在也没有条件增设时，该喷淋系统需要设置气压供水设备。气压供水设备的有效容积按最不利处的4只喷头在最不利工作压力时5min的用水量来确定，最大不超过18m3。
1.4.3 高位水箱
高位消防水箱设置于临时高压给水系统的自动喷水灭火系统中最高建筑物的屋顶或水箱间，可以为系统提供所需水压，使管道内水压满足最不利消火栓使用要求。并能保证初期火灾的用水量和水压，在消防喷淋水泵故障时，能够提供应急水，以控制初期火灾和争取救援时间。
1.4.4 水泵接合器
自动喷水灭火系统供水管道需设置水泵接合器（10～15L/s），其数量根据系统设计流量确定。当其供水流量和压力不能满足最不利点处喷头的流量和压力时，需设置接力供水设施。接力供水设施主要由接力水箱、接力水泵及消防水泵接合器等组合而成。
1.4.5 火灾探测器
火灾探测器有感烟型、感温型、感光型、可燃气体探测器等形式，该系统由电气自控专业负责设计。
1.4.6 其他
自动喷水灭火系统还需根据规范要求设置信号阀、阀门、末端试水装置等等。
2 设计计算
2.1 化工场所的火灾危险等级
首先根据设计对象的用途、储存化工物料的性质及规模等因素，分析其火灾特点和喷头灭火的难易程度确定。
2.2 设计基本参数
根据火灾危险等级确定喷水强度、作用面积及喷头工作压力、喷头最大保护面积、喷头间距等等。
2.3 布置形式
常见的喷头布置形式有：正方形布置、矩形布置及菱形布置。
2.4 布置要求
喷头布置应满足自身的布水特性和水力特性，最大和最小间距要求，且不超过其最大保护面积；喷头需设置在有利于喷水且易于接触火灾气流的位置，同时避免障碍物的阻挡。具体要求详见《自动喷水灭火系统设计规范》第7章节。
2.5 设计流量的计算
常见的计算方法有3种。作用面积法：其实质为估算法，即作用面积与喷水强度的乘积再乘以1.15～1.30的系数，不考虑管径对流量的制约。此方法用于设计初期估算设计流量，从而选定喷淋水泵。粗算法：最不利作用面积内最不利点处喷头工作压力不低于0.05MPa作为终点压力，不计算其它喷头与支管连接的短立管的水头损失和高差势能。精算法：最不利作用面积内最不利点处喷头工作压力应经计算确定。
式中q—喷头出流量（L/min）；
P—喷头的工作压力（MPa）；
K—喷头的流量系数。
系统的设计流量，按最不利点作用面积内喷头喷水的总流量来确定，公式如下：
Q—系数设计流量（L/s）；
qi—最不利点处作用面积内各喷头节点的流量（L/min）；
n—最不利点处作用面积内的洒水喷头数。
2.6 计算系统供水压力和水泵扬程
根据系统设计流量计算最不利点处作用面积末端至消防喷淋水泵吸水口的水头损失，确定系统所需压力。
消防喷淋水泵的扬程或系统入口的供水压力具体计算公式见《自动喷水灭火系统设计规范》9.2.4条。
2.7 减压措施
根据规范要求核实系统是否需要减压，常用的减压方法有：设置减压孔板、节流管、减压阀以及缩小配水支管的管径等。
3 结论
目前，我国化工行业发展迅速，陆续建成了大批大型化工厂，涉及许多大型化工装置及配套的附属设施等，其消防设计难度不断加大。因此，自动喷水灭火系统的设计要密切结合被保护对象的功能及火灾特点，采用新技术、新材料、新设备，做到安全可靠、经济合理。以期更好地适应我国化工行业的高速发展。
