高压细水雾系统在工程中的应用

2021-11-09龚丽虹

有色冶金设计与研究 2021年5期

龚丽虹

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

日常生活中，消防系统采用传统的喷水或气体灭火剂进行灭火较为普遍，但都有一些客观存在的缺点。例如，使用水消防在灭火后，会产生水渍污染，还容易造成设备损坏；气体灭火剂的物理化学性质会诊人体和保护物带来损害等。随着社会的发展，火灾发生的原因越来越复杂，社会对环境和人员的保护要求也越来越高。高压细水雾作为一种新型高效、清洁、环保、节能的灭火技术有效地解决了上述问题。

1 高压细水雾系统灭火机理及分类

1.1 灭火机理

高压细水雾系统是二十世纪九十年代初，由欧美一些国家开发出的一种高效灭火系统。近几年，高压细水雾系统在民生工程消防领域得到了广泛应用，并取得了显著的效果。高压细水雾是指在不小于10 MPa的工作压力下,经喷头喷出并在喷头轴线向下1.0 m处的平面上形成的雾滴直径DV0.99＜400μm或DV0.50＜200μm的细水雾。

该系统灭火原理在于：1）通过气化和雾化的方式，让水微粒增加表面积,从而能够快速降低火场环境温度，更好地吸收热量；2）通过产生大量水蒸气的方式，使得气体快速增加，周围空气中氧气浓度降低；3）通过雾化的方式可以对热辐射进行有效隔绝；4）细水雾还可以对可燃性液体进行稀释和乳化，进一步扼制燃烧。

该系统既能在一定程度上保证人员的安全，还能兼顾良好的环境保护效果；使用水微粒作为灭火介质，对于电气、A类、B类、C等火灾都有极好的效果。在通常状态下，高压细水雾系统采用开式系统，呈常压状态，能够很好地解决传统消防系统中气体或者水体泄漏的情况，因此维护成本也极大降低。本文以下均以开式系统为基础进行论述。

1.2 系统分类

系统按照保护空间的不同，分为全空间应用、分区应用和局部应用3种。全空间应用是向整个防护区内喷放高压细水雾,保护其内部所有防护对象的系统应用方式，如柴油发电机房等。分区应用是根据被保护对象的实际需要,把一个面积较大的防护空间,划分为若干个防护分区,灭火时1个或若干个防护区同时喷雾的应用方式，如工业厂房内局部工艺区域等。局部应用方式是直接向保护对象喷放高压细水雾,用于保护空间内某具体保护对象的应用方式，如油浸变压器、热油泵等[1]。

系统按照供应方式的不同，可分为瓶组式和泵组式两种。瓶组式是指在出厂之前对储水罐进行有效地加压和预装，针对防护区域面积的不同，选择不同规格的储水消防罐体。在指定区域放置储水消防罐，一旦发生火灾，可以通过有效的系统控制来进行有针对性的灭火处理，如加油站内对储油罐进行保护而设置的瓶组式消防系统等。泵组式是指采用喷头加压的方式供水。不同的喷头，其加压方式与加压系统也不同。开式系统所使用的是开式喷头。对于开式系统而言，管道内平时并没有水存在，一旦发生火灾自动报警以后，就会有消防泵向管道内进行注水进行灭火处理，直到火被扑灭。

2 高压细水雾灭火的系统特点

2.1 工作压力大、覆盖面广

对于传统自动灭火系统而言，在大型综合体建筑中都会通过额外安装压力泵的方式来进行协助，这样才能够确保在楼层较高的情况下拥有足够的水压。但是细水雾系统其自身具有高压的特点，能够实现12 MPa的压力，可以确保每个楼层都有相同的压力，而且具有较远的覆盖范围，能够实现1.2 km的范围覆盖。所以，相对于其他系统而言，其能够更好地节约成本。

2.2 用水量小，节能效率高

高压细喷雾灭火系统与传统水喷淋系统在用水量上相比，高压细水雾灭火系统的用水量大大减少。其用水量仅为传统喷淋系统用水量的1%～5%。普通组合式灭火系统通常需要配合两个水箱、借助更多的辅助设备来达到灭火效果。但是高压细水雾灭火系统的细水雾喷头可以将水颗粒进行雾化，这使相同体积的水拥有了更好的灭火效果，用水量也随之大大减少。因此，高压细水雾灭火系统只需要一个水箱就可以达到高楼层大面积灭火的目的，不仅降低了操作难度，也节约了建筑成本。另外，由于高压细水雾所使用的水体中不具备矿物质，导电性能降低，因此对于一些电缆场所的灭火效果更好。

2.3 管材安装与维修方便

普通灭火系统在管材消耗非常大，大量管材的敷设需要占用更多的空间，同时还需要有一系列的配件来实现管材的安装，安装难度较高。而高压细水雾灭火系统，对安装工人的专业性要求不高，只需进行简单的卡扣连接即可，材料消耗量降低。且管材直径较小，比传统管材更加节省空间，维护也更加方便。

3 工程案例运用与探析

在有色冶金行业稀土分离项目中，通常设有大型萃取车间。根据《有色金属工程设计防火规范》（GB 50630—2010）有关规定：有色金属生产中的萃取工艺等宜设泡沫或细水雾灭火系统进行消防。以下笔者就某萃取车间给水排水设计中的高压细水雾系统设计进行简要分析。

该萃取车间属于丙类生产厂房，分为上下两层，每层设置有大小若干个敞口式萃取槽及有机相储槽。每层存有有机相400 t左右，分布于萃取槽上部和有机相储槽内，其中260#溶剂油（闪点≥65℃）质量分数为20%～50%。有机相属于易燃易爆有机溶液，一旦发生火灾，会对整个厂区及城市造成极大的影响。为了保证更好的灭火效果，本次设计采用了开式高压细水雾灭火系统。

3.1 系统工作原理

在没有火灾的情况下，区域阀组与泵组之间的压力维持在正常大气压左右，阀组后面没有水流的存在；一旦出现火情,报警装置开启,系统会快速启动稳压泵。如果在10 s内,管网的压力值没有超过1.2 MPa，消防主泵就会自动开启，继而触发高压细水雾进行灭火动作，系统工作原理见图1。

图1 高压细水雾自动灭火系统工作原理

3.2 设计参数要求

喷雾强度不小于1 L/（min·m2）；喷雾的持续时间要达到20 min；火情出现时，整个系统要在30 s时间内完成开启；作用面积按照喷头数量进行有效计算；最不利点喷头在工作的过程中压力不小于10 MPa。

3.3 喷头设计

按照实际的火灾情况以及火灾现场的空间分布来对喷头进行针对性选用。

喷头设计流量计算公式见式（1）：

式中：q为喷头的设计流量，L/min；K为喷头的流量系数；P为喷头的设计工作压力，MPa。在保护区内所使用的喷头为开式喷头，K=1.0。经计算，喷头流量q=10 L/min。

3.4 消防管网设计

萃取车间为两层建筑，每层建筑面积约为4 500 m2，一层、二层分别设置高压细水雾自动灭火系统。由于本系统采用开式系统，因此采用分区应用方式进行设计。按每个防护分区不超过500 m2计，将每层分为12个保护分区。高压细水雾系统总管管径为DN65，分区控制阀集中设置；根据每个保护分区内设置的微水雾滴喷头数量，各控制阀后分别接出DN32、DN40给水管，高压细水雾自动喷水系统采用不锈钢无缝钢管，详见图2。喷头安装间距控制在3.5 m以内，且应大于1.5 m，与墙距离控制在1.75 m以内。

图2 高压细水雾自动灭火系统示意

3.5 系统设计流量确定

该系统流量最大的区为第20、22、24分区，三个保护区同时启动，同时这三个分区也是最远分区，故本次水力计算只计算第20、22、24分区。系统设计流量计算公式见式（2）：

式中：Q8为系统设计流量，L/min；n为计算喷头数，个；qi为计算喷头的设计流量，L/min。

喷头流量系数K=1.0。本系统最多同时有112只喷头喷雾,系统工作压力按最不利点喷头工作压力为10 MPa计算。根据所选细水雾喷头，可知流量系数K=1.0，单个喷头设计流量q=10 L/min；系统计算流量为1 120 L/min，见图3。

图3 高压细水雾系统最不利点布置平面

3.6 系统设计供水压力确定

系统设计供水压力计算公式见式（3）：

式中：Pt为系统设计供水压力，MPa；Pf为管道的水头损失，MPa；Pe为最不利点处喷头与储水箱或储水容器最低水位的压力差，MPa；Ps为最不利点处喷头的工作压力，MPa。

通过计算可得，在设计的过程中系统的供水压力不小于13.873 MPa。选用单台泵流量Q=130 L/min，P=16 MPa，N=37 kW的高压柱塞泵10套(9用1备)满足设计要求，见图4。

图4 高压细水雾泵组配管示意

3.7 消防水箱设计

高压细水雾灭火系统的储水箱的储水量计算公式见式（4）：

式中：Wc为储水量，L；Q为系统计算流量，L/min；t为开式系统持续喷雾时间，应取20 min。

根据系统用水量可得消防储水箱水量应不小于22.4 m3。由于细水雾灭火系统的用水水质要求不低于生活饮用水的水质，因此消防水箱采用不锈钢水箱。高压柱塞泵的进水压力要求稳定在0.2 MPa左右，因此在高压柱塞泵进水总管上需增加Q=130 L/min，P=20 m的泵2台（1用1备）。

3.8 小结

高压细水雾自动灭火系统能够快速对火情做出反应，其冷却速度比喷淋系统快，细水雾具有很强的穿透性，对热辐射具有良好的屏蔽作用，能防止火灾蔓延，并迅速控制火势。萃取车间内敞口萃取槽存有大量有机相，如果采用传统的水喷淋或气体消防装置，会对有机相产生破坏，使有机相被废弃，而高压细水雾灭火系统用水量仅为喷淋系统用水量的1%～5%，对有机相的影响较小，有机相可继续使用，从而降低了工厂的损失。

4 有待提升的方面及注意事项

高压细水雾系统的工作压强通常要达到10 MPa以上，这就要求设备整体要具备很强的抗压能力。此系统的每个设备都会存在大量的连接点，从材料的联合到各部分的连接，任何一处接头出现问题，都可能引发安全事故。这就对高压细水雾系统从生产质量到使用规范都提出了更为严苛的要求。在设备制造过程中，厂家需要不断改进其生产工艺，使系统工作时能够避免其内部安装的精密部件因受到外部干扰而出错的情况发生。

在应用此系统时，要注意以下事项：1）此系统使用的消防介质是水，当消防对象是会与水产生剧烈化学反应的物质时，不能使用该系统；2）火灾现场存在遇水会造成毁灭性损失的物件时，也不适合使用此系统。