建筑工程中泡沫灭火系统设计的体会

黄均兆

(贵阳建筑勘察设计有限公司，贵州贵阳550001)

泡沫灭火系统是目前普遍用于生产、加工、储存、运输和使用甲、乙、丙类液体场所的灭火系统，主要体现在甲、乙、丙类液体液体储罐区和石油化工装置区的广泛应用，如炼油厂、化工厂、油田、油库、为铁路油槽车装卸油品的鹤管栈桥、码头、飞机库、机场及燃油锅炉房、大型汽车库等。实践证明，该系统具有安全性高、经济适用、灭火效率高等优点。它主要由消防水泵、泡沫比例混合装置、泡沫产生装置及管道管件等组成。它通过泡沫比例混合装置将泡沫液与水按比例混合成泡沫混合液，经泡沫产生装置吸入空气(非吸气型除外)形成泡沫，施加到燃烧的甲、乙、丙类液体表面上。

1 泡沫灭火剂

泡沫灭火剂按其类型分为普通型和多用途型，普通型泡沫灭火剂主要用于扑救非水溶性甲、乙、丙类液体火灾和A类火灾，它包括蛋白泡沫灭火剂(P)、氟蛋白泡沫灭火剂(FP)、水成膜泡沫灭火剂(AFFF)、成膜氟蛋白泡沫灭火剂(FFFP)等；多用途型泡沫灭火剂除了具有通型泡沫灭火剂的功能外，主要特点是能扑救水溶性甲、乙、丙类液体燃料(醇、酯、醛、酮等)火灾，它包括抗溶氟蛋白泡沫灭火剂(FP/AR)、合成抗溶泡沫灭火剂(S/AR)、抗溶水成膜泡沫灭火剂(AFFF/AR)、抗溶成膜氟蛋白泡沫灭火剂(FFFP/AR)等，多用途型泡沫灭火剂一般在6%的混合比下使用。

1.1 蛋白泡沫灭火剂(P)

蛋白泡沫灭火剂是由动植物蛋白质水解的产物，加入适宜的泡沫稳定剂、抗冻剂、缓蚀剂、防腐败剂等制成的泡沫浓缩液。有6%型(6份体积灭火剂与94份体积的水混合)和3%型(3份体积灭火剂与97份体积的水混合)两种。

特点：(1)蛋白泡沫灭火剂原料易得，生产工艺简单，成本低。他的原料是动物的蹄、角、毛、血、豆饼、草籽饼等，原料来源广泛；(2)泡沫稳定性好，持水性好，抗烧性好；(3)对水质要求不高，既适于淡水又适于海水；(4)不适用于液下喷射泡沫系统；(5)储存较短，一般储存2～3年，而且不能以预混液储存；(6)灭火效率低，易被油污染，不能与干粉联合使用。

适用范围：蛋白泡沫灭火剂适用于扑救诸如原油、汽油、柴油、苯、甲苯等非水溶性甲、乙、丙类液体燃料火灾，也适用于扑救如纸张、木材、棉、毛等A类火灾。

1.2 氟蛋白泡沫灭火剂(FP)

我国20世纪70年代研制出了“6201”氟碳表面活性剂和氟蛋白泡沫灭火剂，克服了蛋白泡沫灭火剂的缺点，并将灭火能力提高了一倍，氟蛋白泡沫灭火剂是我国扑救石油火灾使用最广的灭火剂之一，有6%型和3%型两种。

特点：(1)由于氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂的加入，使氟碳蛋白泡沫的表面张力、界面张力、剪切力低，因此泡沫的流动性、封闭性好；(2)泡沫对油类污染抵抗力高，由于氟碳表面活性剂的存在，使泡沫具有了疏油性，避免了象蛋白泡沫那样由于泡沫与油接触或搅动而被油污染，使泡沫上带油着火；(3)能与干粉灭火剂联合使用；(4)适用于储油罐的液下喷射；(5)储存较短，一般储存2～3年，而且不能以预混液储存。

适用范围：氟蛋白泡沫适用的火灾范围与蛋白泡沫相同。

1.3 水成膜泡沫灭火剂(AFFF)

20世纪70年代以来美国、英国等过国的多家公司研制生产了多种规格型号的水成膜泡沫液，成为在石油化工消防中广泛应用的灭火剂，有6%型、3%型、1%型及耐寒型等多种产品。

特点：

(1)水成膜泡沫施加到燃烧液体表面上时，能产生一层防护膜，能起到隔绝和降温作用，同时也确保了泡沫流动性好，疏油性强，抑制燃料的挥发，使燃料对泡沫的破坏作用变弱，具有非常好的灭火性能和抗复燃能力。其灭火性能是蛋白泡沫灭火剂的2～3倍。

(2)储存时间长，泡沫原液可以储存20 a，预混液也能储存5 a。

(3)能与干粉灭火剂联合使用。

(4)适用于储油罐的液下喷射。

(5)由于防护膜的灭火作用，所以它适用于非吸气型泡沫喷射装置。

适用范围：水成膜泡沫灭火剂适用于扑救诸如原油、汽油、柴油、苯、甲苯等非水溶性甲、乙、丙类液体燃料火灾，也适用于扑救如纸张、木材、棉、毛等A类火灾。由于其渗透性强，对于A类火灾它比水的灭火效率高。

1.4 成膜氟蛋白泡沫灭火剂(FFFP)

20世纪70年代末英国以水解蛋白为基础，添加了适宜的氟碳表面活性剂研制出了成膜氟蛋白泡沫灭火剂，它同时具有水成膜泡沫灭火剂和氟蛋白泡沫灭火剂的优点，使用范围基本同于水成膜泡沫灭火剂，有6%型和3%型两种。

1.5 合成抗溶泡沫灭火剂(S/AR)

20世纪70年代美国以触变形多糖为抗醇剂，制成了凝胶型抗溶泡沫灭火剂，具有上述其他泡沫灭火剂所具有的吸热、降温、隔绝、窒息等灭火原理，凝胶型抗溶泡沫与水溶性液体接触时，泡沫中的多糖就凝聚，在水溶性液体燃料表面上形成一层胶膜保护了上面的泡沫，使之免受水溶性液体的脱水作用而破坏，通过隔绝空气和冷却灭火。凝胶型抗溶泡沫主要用于扑灭水溶性液体火灾，也可用于扑灭非水溶性液体火灾和A类火灾。

1.6 抗溶氟蛋白泡沫灭火剂(FP/AR)

抗溶氟蛋白泡沫灭火剂是在氟蛋白泡沫灭火剂的基础上添加了高分子多糖和其他添加剂而制成。它具有氟蛋白泡沫灭火剂和凝胶型抗溶泡沫的特点，主要用于扑灭水溶性液体火灾，也可用于扑灭非水溶性液体火灾和A类火灾。

1.7 抗溶水成膜泡沫灭火剂(AFFF/AR)

20世纪70年代美国在水成膜泡沫灭火剂的基础上，添加了一种抗醇的高分子化合物制成了一种抗溶水成膜泡沫灭火剂，也称多用途水成膜泡沫灭火剂，在灭液态烃类火还是灭水溶性液体火都有非常好的效果，并且还能以中倍数的形式扑灭水溶性或非水溶性液体火灾。

1.8 抗溶成膜氟蛋白泡沫灭火剂(FFFP/AR)

抗溶成膜氟蛋白泡沫灭火剂是在成膜氟蛋白泡沫灭火剂的基础上添加了高分子抗醇化合物制成的，其灭火机理和使用范围与抗溶水成膜泡沫灭火剂基本相同。

2 泡沫灭火系统应用形式的选择

(1)非水溶性甲、乙、丙类液体固定顶储罐，可选用液上喷射系统、液下喷射系统、半液下喷射系统。

(2)水溶性甲、乙、丙类液体固定顶储罐，应选用液上喷射系统、半液下喷射系统。

(3)甲、乙、丙类液体外浮顶和内浮顶储罐应选用液上喷射系统。

(4)储存温度大于70℃或15℃时粘度大于440×10-6m2/s的非水溶性液体固定顶储罐，应选用液上喷射系统。

2.1 操纵方式

操纵方式有手动操纵和自动操纵两种，目前我国多采用手动操纵方式，自动操纵方式很少采用。

2.2 泡沫液和水用量的确定

(1)对非水溶性甲、乙、丙类液体，当采用液上喷射泡沫灭火时，宜选用蛋白泡沫液、氟蛋白泡沫液、水成膜泡沫液或成膜氟蛋白泡沫液；当采用液下喷射泡沫灭火时，应选用氟蛋白泡沫液、水成膜泡沫液或成膜氟蛋白泡沫液。

(2)对水溶性甲、乙、丙类液体以及含氧添加剂含量超过10%(v/v)的无铅汽油或加醇汽油等，必须选用抗溶性泡沫液。

(3)当用一套泡沫灭火系统同时保护水溶性和非水溶性甲、乙、丙类液体时，应选用抗溶性泡沫液。

(4)泡沫液储存在通风干燥的了房间内或敞棚内，泡沫液的储存温度应为0～40℃。

将泡沫液配制成泡沫混合液所使用的水为淡水或海水，一般要根据泡沫液生产商的要求选择水质，不得使用影响泡沫灭火性能的水。水温为4～35℃。

3 泡沫灭火系统设计

3.1 工程概况

某油茶籽加工及精炼厂，占地面积1.3×104m2，设有油茶籽仓库、浸提车间、压榨车间、精炼车间、灌装车间、机修间、办公楼、宿舍楼、锅炉房、消防泵房、储罐区等建、构筑物单体，总建筑面积7×103m2。主要从事油茶籽加工、精炼及产品研发等相关生产工作。其中厂区设有茶油储罐区：8个地面立式储罐，单个储罐尺寸直径3 m、高6 m，单罐容积38 m3，储罐区容总积304 m3，固定顶储罐。

茶油，俗称油茶籽油，又名山茶油、山茶籽油，中文同义词：甜桦油；茶籽油；地檀香油；白珠木油；水杨酸甲酯；冬青油；冬青油水杨酸甲酯，是从山茶科山茶属植物的普通油茶成熟种子中提取的纯天然高级食用植物油，色泽金黄或浅黄，品质纯净，澄清透明，气味清香。分子式：C8H8O3，分子量：152.15，沸点 219 °C(lit.)，密度 1.181 g/mL at 25 ℃(lit.)，折射率 n20/D 1.54，闪点 107.8 °C，储存条件 2 ～8 °C，颜色：淡黄。茶油具有较高的医疗、美容、保健等功效。茶油火灾危险性为丙类，可燃液体，不溶于水。

3.2 泡沫灭火系统选择

根据GB 50016-2014《建筑设计防火规范》中8.1.4条、8.3.10条的规定，甲、乙、丙类液体储罐(区)内的储罐应设置移动水枪或固定水冷却设施，罐壁高度小于7 m或容量不大于200 m3的储罐可采用移动式泡沫灭火系统。

移动式泡沫灭火系统由消防车、机动消防泵或有压水源，泡沫比例混合器，泡沫枪、泡沫炮或移动式泡沫产生器，用水带等连接组成的灭火系统。泡沫液采用3%的氟蛋白泡沫液。

3.3 冷却用水量

本项目按移动式冷却水系统设计，地上立式固定顶储罐的喷水强度为0.8 L/(s·m)，邻近罐的喷水强度为0.7 L/(s·m)，邻近罐按3个计算：

冷却用水量Q1=3.14×3×0.8+3.14×3×0.5×0.7×3=17.5L/s

根据GB 50151-2010《泡沫灭火系统设计规范》(以下简称《规范》)，当采用移动式冷却水系统时室外消火栓设计流量等于冷却用水量。

3.4 泡沫混合液流量

根据《规范》，非水溶性丙类液体，当采用氟蛋白泡沫液时，供给强度为8 L/(min·m2)，连续供给时间为45 min，扑救着火罐所需的泡沫混合液流量为：

式中：Q2为泡沫混合液流量(L/min)；F为保护面积(储罐横截面积，m2)；I为泡沫混合液供给强度(L/(min·m2))。

经计算，Q2=3.14×1.5×1.5×8=56.5L/min(0.94 L/s)。

由于Q2较小，选用PQ4空气泡沫枪即可满足要求，PQ4空气泡沫枪技术参数：流量4 L/s，泡沫或水的射程24 m，使用压力范围0.6～0.8 MPa。

扑救着火罐所需的泡沫混合液量为：

式中：W1为扑救着火罐所需的泡沫混合液量(m3)；Q3为实际使用的泡沫枪的泡沫混合液流量(L/min)；t1为泡沫混合液连续供给时间(min。)

储罐区泡沫灭火系统水和泡沫混合液流速不宜大于3 m/s，泡沫混合液管管径为DN50。

充满管道所需的泡沫混合液量：

式中：W2为充满管道所需的泡沫混合液量(m3)；F2为泡沫混合液管截面积(m2)；L为泡沫混合液管输送长度(m)。

泡沫混合液总量W=W1+W2=10.8+0.3=11.1m3

泡沫原液储量Wp：

式中：b为泡沫液混合比。

选用泡沫原液储罐PGNL700型1个，储罐容量0.7 m3。

3.5 泡沫灭火系统设备器材

根据上述计算，选用相应设备器材：储罐的冷却水量17.5 L/s由厂区消火栓泵供给，消火栓泵流量50 L/s，扬程50 m，2台，1用1备，室外消火栓沿厂区消防车道布置，储罐区周围布置不少于2个室外消火栓。

泡沫混合液水泵流量10 L/s，扬程100 m，1台，可满足至少2支PQ4空气泡沫枪的流量和压力使用要求。

压力比例泡沫混合器PHYN32(DN50)1个，移动式空气泡沫枪PQ4(流量4 L/s)4支，消防水枪(φ19)4支，消防水带(内衬里，DN65，L=25m)8条，上述消防器材配置在消防泵房内。泡沫消火栓(PSS80-65X2)1个，DN65X2管牙接口，布置在储罐区附近。消防水池容积540 m3，满足本项目室内外消火栓、泡沫灭火系统用水要求，泡沫消防泵站可与消防水泵房合建，泡沫消防泵站与被保护甲、乙、丙类液体储罐或装置的距离不宜小于30 m。在泡沫混合液水泵出水管与比例混合器的进口之间的管段设置水泵接合器。

4 结束语

在建筑工程给排水设计中，平时用到泡沫灭火系统的机会少，致使在民用建筑设计单位的设计人员对泡沫灭火系统比较生疏，在设计一些丙类可燃液体储存使用场所时必须设计泡沫灭火系统，容易造成遗漏或设计不符合泡沫灭火系统的要求，造成违反规范强条的现象，在设计和审图中必须引起足够重视。在一些甲、乙、丙可燃液体储罐工程中，单罐容积和总容积比较小，只要设置移动式泡沫灭火系统即可，系统相对简单，设计计算难度不大，但是必须按《规范》设计。