浅谈甲类车间设备平台喷淋系统的设计

浅谈甲类车间设备平台喷淋系统的设计

夏海艳

上海凯赢达化工设计工程咨询有限公司  200000

[摘要] 结合某甲类车间，针对设备平台喷淋系统的选择进行探讨，对泡沫-水雨淋系统和闭式泡沫-水喷淋系统分别进行计算并对比。

[关键词]  甲类车间；泡沫-水雨淋系统；闭式泡沫-水喷淋系统

甲类车间是指根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014规定，生产车间火灾危险性分类中的甲类车间。这类车间在生产和加工过程中使用的原材料、中间品和产品等均具有高度的易燃性和可燃性，因此火灾风险较高。本文结合具体案例，对甲类车间喷淋系统的选择进行简要的阐述。

一、工程概况

某单层甲类车间，建筑面积2508m2,建筑高度23.9m，仅设一个防火分区，耐火等级为一级。主要用于FF和HP基球、琼脂糖基Purose系列产品、琼脂糖基Rigose系列产品的生产，以及葡聚糖基系列产品的生产。根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版）表3.3.1的规定，单层甲类车间每个防火分区的最大允许建筑面积为4000 m2，因此本单体建筑面积不超防火分区最大允许建筑面积。根据《精细化工企业工程设计防火标准》GB51283-2020第9.5.1条1-4点的规定，本车间可不设置自动喷水灭火系统。

应工艺要求，在车间中间位置设置三层架构设备平台，平台标高分别为4.00m、10.00m、16.00m，每一层设备平台的面积均为884 m2，且投影范围一致。各层设备平台均采用格栅板，且平台面积不计入防火分区的建筑面积内。根据《精细化工企业工程设计防火标准》GB51283-2020第8.2.5条的规定，各层应设置自动喷淋系统，并宜采用雨淋自动喷水灭火系统。

二、自动喷水灭火系统的选择

由于本单体属于甲类车间，属于初期火灾为液体流淌火灾情况，喷水可能会加速火灾蔓延，扩大火灾规模，难以控火和灭火，因此火灾前期需喷泡沫控灭火，后期喷水防护冷却防止复燃。因此，灭火介质的选择上首选泡沫灭火系统。

泡沫灭火系统，是当今世界上对扑救可燃液体火灾普遍使用的灭火系统，其原理是泡沫液与水通过特制的泡沫比例混合器混合成泡沫混合液，经泡沫产生器与空气混合产生泡沫，再通过不同的方式最后覆盖在燃烧物质的表面形成泡沫层，由于泡沫层的冷却、隔绝氧气与抑制燃料蒸发等作用而使火灾熄灭。按泡沫液的发泡倍数，可分为低倍数泡沫、中倍数泡沫和高倍数泡沫。

泡沫-水联用系统是在自动喷水灭火系统基础上发展而来，通过在自动喷水灭火系统上配置可供给泡沫混合液的设备，组成既可喷水又可喷泡沫的固定灭火系统。该系统采用的泡沫液为低倍数泡沫，具备灭火、冷却双功效，可有效防止灭火后因保护场所内高温物体引起可燃液体复燃，且系统造价又不会明显增加。目前，泡沫-水喷淋系统已成为液体火灾场所的重要灭火系统之一。泡沫-水喷淋系统的工作次序通常是先喷泡沫灭火，然后喷水冷却。依据自动喷水灭火系统的分类方式，泡沫-水喷淋系统可分为泡沫-水雨淋系统和闭式泡沫-水喷淋系统两大类。

由于本车间涉及有乙醇、甲苯、丙酮、 乙二胺、氯化氢、醋酸等多种水溶性液体，泡沫液的选择应考虑抗溶性，抗溶性泡沫可以在水溶性可燃液体表面形成一层高分子胶膜，避免泡沫因脱水而丧失灭火效果。本项目采用抗溶氟蛋白泡沫液，混合比采用6%。根据《泡沫灭火系统技术标准》GB50151-2021第6.1.3条，泡沫混合液供给时间为15min，后45min喷水，总持续时间为1h。

以下分别对两种系统的设计进行简单介绍及计算。

三、泡沫-水雨淋自动喷水灭火系统

泡沫-水雨淋 系统的系统组件包含雨淋报警阀组、泡沫液罐、泡沫比例混合器、压力开关、泡沫-水开式喷头、电磁阀、泡沫液控制阀等。

其工作原理为：系统平时由稳压泵对管网充水稳压，泡沫液罐处泡沫液控制阀前端的电磁阀关闭，此时系统雨淋阀后部管网空置；发生火情时，火灾探测装置动作，并向火灾报警控制器报警，随后消防联动控制器给出电信号，开启雨淋阀组中的泄压电磁阀，雨淋阀动作，压力开关发出信号向火灾报警控制器报警并启动喷淋主泵，消防水经加压后送入系统管网；启动系统喷淋主泵的同时，自动开启泡沫罐处泡沫液控制阀前端的电磁阀，泡沫罐开始供给浓缩泡沫液，并通过安装于雨淋阀后端的泡沫比例混合器与压力水混合，随后生成的6%泡沫混合液送入管网通过泡沫喷头喷射泡沫灭火；在设计的泡沫喷射时间内对火场喷射泡沫灭火之后，自动关闭泡沫液罐处控制阀前端的电磁阀，系统喷水冷却火场，防止复燃；火情扑灭，停止喷淋泵，设备复位准备投入下次使用。

如图1所示，系统设置泡沫-水雨淋自动喷水系统，火灾危险等级按严重危险级Ⅰ级考虑，每个雨淋报警阀组控制的喷水面积均不大于260 m2，采用开式喷头，流量系数K=115。每一层设置4组雨淋阀组，发生火灾时，系统最大水量按相邻3个保护区域雨淋阀组同时开启计算。每组雨淋阀作用面积内水力计算结果为：Q

1=89.94L/S、 Q2=89.94L/S、 Q3=81.89L/S、Q4=27.06L/S;

系统设计流量为：Q=Q1+ Q2+ Q3=261.77 L/S;

泡沫液用量：V1=14.13 m3； 喷淋用水量： V=943 m3

图1 泡沫-雨淋系统喷头布置 图2 闭式泡沫-水喷淋系统喷头布置

四、闭式泡沫-水喷淋系统

闭式泡沫-水喷淋系统的系统组件包含湿式报警阀组、泡沫液罐、泡沫比例混合器、压力开关、泡沫-水闭式喷头、电磁阀、泡沫液控制阀等。

其工作原理为：火灾发生时，温度升到一定程度后，闭式喷头的玻璃球会受热破裂开始喷水；水流指示器和信号阀门开始工作，湿式报警阀开启，水流进入报警水道，推动水力警铃和压力开关动作，压力开关连锁消防水泵启动，同时向控制中心发出报警信号。在压力水通过整个消防灭火系统供水阀时，开启压力泄放阀，减少压力水，知道泡沫液控制阀开启，泡沫液通过泡沫液控制阀、泡沫液管路、泡沫液止回阀、比例混合器后和压力水形成混合液，在经过系统控制阀、区域信号阀、水流指示器、闭式喷头后可以有效地消除火灾。火灾消除后，切断泡沫液罐供水控制阀和断流阀，直接由消防水系统供水，冷却火灾现场，避免火势复燃。

如图2所示，系统设置闭式泡沫-水喷淋系统，每层布置101个闭式喷头，根据《泡沫灭火系统技术标准》GB50151-2021第6.3.4条，系统的作用面积为465 m2，作用面积内共48个喷头，喷头流量系数K=115，本单体共设置一组报警阀组。对最有利作用面积内喷头进行计算，总流量为104.7L/S，作用面积入口压力为20.26mH2O，平均喷水强度14.10 L/ (min • ㎡ ），满足规范不应小于6.5L/ (min • ㎡ ）的要求。

经计算，系统设计流量为：Q=104.7 L/S;

泡沫液用量：V1=5.65 m3； 喷淋用水量： V=377 m3

五、总结

低倍数泡沫对扑灭液体火灾有很好的灭火效果，而且具有安全可靠、灭火效率高等优点。水和泡沫结合，起到了优势互补的作用，既减少了纯泡沫灭火系统的运行费用，又缩短了单纯用水灭火的自喷系统的灭火时间，减少了火灾与水渍损失。

通过以上计算发现，泡沫-水雨淋系统，虽然有利于扑救水平蔓延速度快的火灾，但系统设计流量非常大，消防水池有效容积和水泵的参数也比闭式系统大很多，工程造价会很高，影响了系统的经济性能。同时，一旦发生火灾时，所有喷头全部动作，导致产生大量的消防废水，带来较大的水渍损失，极易造成流淌火灾。

根据《泡沫灭火系统技术标准》GB50151-2021第6.3.1条，因液体火灾蔓延速度比较快，火灾发生后很快蔓延至所有液面，当流淌面积较大时，闭式泡沫水喷淋系统很难控火，为控制液体火灾流淌面积，降低火灾蔓延速度，车间内设围堰进行分割，同时在围堰分割部位设置消防地漏，地漏外设水封井，对系统防护区作用面积进行有效控制，满足可燃液体火灾保护要求。

在实际工程设计中，应针对项目的具体情况进行不同系统的对比，优化设计系统，既可以做到有效灭火、又能兼顾系统的经济性能。

参考资料：

[1]   徐向华   浅议雨淋自动喷水－泡沫联用系统设计，医药工程设计 2010年 第31卷 第2期

[2]   张民 关于泡沫喷淋灭火系统的设计广东化工 2009年 第36卷 第4期

[3]   刘晓澜 泡沫-水喷淋灭火系统在工程中的应用 应用科技