量化注入式泡沫滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)*

解繼紅，杜 勇

(晉中學(xué)院，山西晉中 4030600)

1 引言

泡沫滅火系統(tǒng)是大型滅火系統(tǒng)的一種，在泡沫滅火系統(tǒng)中，泡沫混合液的混合比精確與否是影響滅火效果的核心因素，為此設(shè)計(jì)數(shù)字化控制的注入式泡沫比例混和裝置來控制泡沫液和消防水的流量，從而克服壓力式泡沫比例混合裝置流量范圍小和平衡式比例混合裝置計(jì)量不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。

2 系統(tǒng)的組成和工作原理

注入式滅火系統(tǒng)主要由常壓泡沫液儲(chǔ)罐、流量計(jì)、持壓/泄壓閥、安全閥、泡沫比例混合器、泡沫液泵、可編程控制柜、手動(dòng)觸摸屏及管道附件等組成。該裝置是依靠消防主管線上的數(shù)字流量計(jì)采集現(xiàn)行主管線水流量的大小，按設(shè)計(jì)的要求非常精確地提供泡沫液的混合比。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

當(dāng)控制裝置獲取主管線流量計(jì)的流量數(shù)值時(shí)，經(jīng)過電腦換算出泡沫液需求量，同時(shí)通過PLC變頻器，指令泡沫液供給系統(tǒng)按要求供給泡沫液，并隨著主管線的不同流量提供準(zhǔn)確的混合比。另外，泡沫液管線上也配備有流量計(jì)，其主要作用是用來修定泡沫液的供給量，并將數(shù)值反饋到控制裝置，由控制裝置隨時(shí)進(jìn)行修正泡沫液供給系統(tǒng)，以得到更精確的泡沫液混合比，同時(shí)也將泡沫液混合比數(shù)字化處理。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵組件的選擇及注意事項(xiàng)

由于該系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)為具有腐蝕性的泡沫滅火劑，故整個(gè)系統(tǒng)組件應(yīng)具有良好的耐腐蝕性，其中一些主要組件可根據(jù)《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］(GB 50151)的要求來選擇。

3.1 泡沫液泵

齒輪泵和蝸桿泵的性能較為穩(wěn)定，在轉(zhuǎn)速和外界壓力微量變化時(shí)流量不會(huì)劇烈變化，而一般離心泵不具備此項(xiàng)性能，故注入式泡沫比例混和裝置的動(dòng)力部分選擇齒輪泵或蝸桿泵。泡沫液泵的工作壓力和流量應(yīng)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)采用水力驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)將其消耗的水流量計(jì)入泵的額定流量，泵的進(jìn)口管道上應(yīng)設(shè)置真空壓力表或真空表，出口管道上應(yīng)設(shè)置壓力表、單向閥和回流管。

由于該套系統(tǒng)需要嚴(yán)格控制泡沫混合液的混合比，故對(duì)動(dòng)力部分的選擇也是至關(guān)重要的。該套系統(tǒng)主要采用變頻調(diào)速的原理來控制混合比，因此選用交流電機(jī)作為該系統(tǒng)的動(dòng)力，電機(jī)功率應(yīng)根據(jù)泡沫混合液的流量和混合比來確定。按國家標(biāo)準(zhǔn)要求［2］泡沫液泵應(yīng)設(shè)備用泵，其規(guī)格型號(hào)應(yīng)與工作泵相同，工作泵故障時(shí)應(yīng)能自動(dòng)(或手動(dòng))切換到備用泵，因此備用泵也選用齒輪泵或蝸桿泵。

3.2 控制閥門和管道

低倍數(shù)、中倍數(shù)和高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)的水與泡沫混合液管道及泡沫-水噴淋系統(tǒng)的管道應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］(GB50084)的相關(guān)規(guī)定，且管道外壁應(yīng)進(jìn)行防腐處理。

主要管道附件包括單向閥、閘閥、安全閥、智能流量計(jì)等。

(1)單向閥和閘閥一般按照管線直徑來選擇，材質(zhì)為不銹鋼。

(2)安全閥裝接在系統(tǒng)出液管線上，主要是為了防止系統(tǒng)壓力持續(xù)升高造成管道破裂，一般額定值為2.5 MPa，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過此設(shè)定值時(shí)，安全閥打開泄壓。

(5)智能流量計(jì)是用來采集系統(tǒng)中主管線水的流量和泡沫液的流量的，一般可采用電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等，分別裝接在比例混合裝置的進(jìn)水口和泡沫液出口處。

3.3 泡沫比例混合器

單罐容量不小于50.000 m3的內(nèi)浮頂和外浮頂儲(chǔ)罐，宜選擇計(jì)量注入式比例混合裝置，其混合比例一般常用的有3%和6%兩種規(guī)格［4］。

系統(tǒng)比例混合器的進(jìn)口工作壓力與流量，應(yīng)在標(biāo)定的工作壓力與流量范圍內(nèi)，且泡沫液注入點(diǎn)的泡沫液流壓力應(yīng)大于水流壓力，其壓差應(yīng)滿足產(chǎn)品的使用要求［5］。

為了保證流量計(jì)采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，流量計(jì)進(jìn)口前和出口后直管段的長度應(yīng)不小于10倍的管徑;泡沫液進(jìn)口管道上應(yīng)設(shè)單向閥以防止消防水進(jìn)入泡沫液儲(chǔ)罐。

3.4 控制系統(tǒng)

該套系統(tǒng)可采用繼電器控制也可采用PLC控制，主要控制泡沫供給系統(tǒng)的啟動(dòng)及泡沫液量的調(diào)節(jié)。

泡沫液量的調(diào)節(jié)主要靠控制柜內(nèi)的運(yùn)算器、變頻器以及設(shè)在管線上的兩個(gè)智能流量計(jì)來進(jìn)行，首先流量計(jì)將管線上的水流量及泡沫液流量反饋給控制系統(tǒng)，運(yùn)算器再根據(jù)反饋回來的數(shù)據(jù)運(yùn)算出瞬時(shí)泡沫液和水的混合比，然后與事先設(shè)定好的混合比數(shù)值進(jìn)行比較，如果有偏差，就計(jì)算出偏差值，然后通過變頻器來調(diào)節(jié)泡沫供給系統(tǒng)中電機(jī)的頻率，使電機(jī)速度變慢或變快，從而調(diào)節(jié)泡沫液的輸出量，使系統(tǒng)的實(shí)際混合比盡可能的接近設(shè)定值，這樣就得到了較為精確的泡沫混合比不僅節(jié)約了泡沫液量，而且使系統(tǒng)的可靠性進(jìn)一步加強(qiáng)。

3.5 泡沫液儲(chǔ)罐

由于該套系統(tǒng)采用注入泡沫液的方式，故泡沫液儲(chǔ)罐應(yīng)選用常壓儲(chǔ)罐，常壓罐的容積可達(dá)到十噸以上，這就有效克服了壓力式儲(chǔ)罐容積小的缺點(diǎn)。儲(chǔ)罐內(nèi)應(yīng)留有泡沫液熱膨脹空間和泡沫液沉降損失部分所占空間，出液口的設(shè)置應(yīng)保障泡沫液泵進(jìn)口為正壓，且應(yīng)設(shè)置在沉降層之上。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

經(jīng)過系統(tǒng)組件的選擇和分析，設(shè)計(jì)注入式滅火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 注入式泡沫滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

注入式和平衡式泡沫比例混合裝置均采用齒輪泵或渦輪泵提供泡沫液，均采用常壓泡沫罐，在相同的技術(shù)參數(shù)下，兩者設(shè)備底架外形尺寸基本相同。但注入式泡沫比例混合裝置能從數(shù)字上直接而又準(zhǔn)確地反映出混合比的大小，此外還可根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的需求，設(shè)置不同混合比和不同類型的泡沫液，方便快捷。這些特點(diǎn)是平衡式泡沫比例混合裝置不具備的。

5 結(jié)語

量化注入式泡沫滅火系統(tǒng)不消耗壓力，可靠性及準(zhǔn)確性高，特別適用于大中型泡沫滅火，大大提高了傳統(tǒng)泡沫滅火系統(tǒng)的效能。但目前，該套系統(tǒng)的動(dòng)力部分只能采用電動(dòng)機(jī)，而平衡式泡沫滅火系統(tǒng)則可以選用電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)以及當(dāng)前較為流行的水輪機(jī)，因此量化注入式滅火系統(tǒng)動(dòng)力部分的擴(kuò)展還有待進(jìn)一步研究。

［1］ GB50151-2010.泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ GB20031-2005.泡沫滅火系統(tǒng)及部件通用技術(shù)條件［S］.

［3］ GB50084-2001.自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］ 白殿濤，俞穎飛，田立偉，等.平衡式泡沫比例混合裝置及檢測(cè)中常見問題［J］.消防利學(xué)與技術(shù)，2009，28(10):755-756.

［5］ 郭鐵男.中國消防手冊(cè)［M］.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，2007.