高壓細水霧系統在工程中的應用

龔麗虹

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038）

日常生活中，消防系統采用傳統的噴水或氣體滅火劑進行滅火較為普遍，但都有一些客觀存在的缺點。例如，使用水消防在滅火后，會產生水漬污染，還容易造成設備損壞；氣體滅火劑的物理化學性質會診人體和保護物帶來損害等。隨著社會的發展，火災發生的原因越來越復雜，社會對環境和人員的保護要求也越來越高。高壓細水霧作為一種新型高效、清潔、環保、節能的滅火技術有效地解決了上述問題。

1 高壓細水霧系統滅火機理及分類

1.1 滅火機理

高壓細水霧系統是二十世紀九十年代初，由歐美一些國家開發出的一種高效滅火系統。近幾年，高壓細水霧系統在民生工程消防領域得到了廣泛應用，并取得了顯著的效果。高壓細水霧是指在不小于10 MPa的工作壓力下,經噴頭噴出并在噴頭軸線向下1.0 m處的平面上形成的霧滴直徑DV0.99＜400μm或DV0.50＜200μm的細水霧。

該系統滅火原理在于：1）通過氣化和霧化的方式，讓水微粒增加表面積,從而能夠快速降低火場環境溫度，更好地吸收熱量；2）通過產生大量水蒸氣的方式，使得氣體快速增加，周圍空氣中氧氣濃度降低；3）通過霧化的方式可以對熱輻射進行有效隔絕；4）細水霧還可以對可燃性液體進行稀釋和乳化，進一步扼制燃燒。

該系統既能在一定程度上保證人員的安全，還能兼顧良好的環境保護效果；使用水微粒作為滅火介質，對于電氣、A類、B類、C等火災都有極好的效果。在通常狀態下，高壓細水霧系統采用開式系統，呈常壓狀態，能夠很好地解決傳統消防系統中氣體或者水體泄漏的情況，因此維護成本也極大降低。本文以下均以開式系統為基礎進行論述。

1.2 系統分類

系統按照保護空間的不同，分為全空間應用、分區應用和局部應用3種。全空間應用是向整個防護區內噴放高壓細水霧,保護其內部所有防護對象的系統應用方式，如柴油發電機房等。分區應用是根據被保護對象的實際需要,把一個面積較大的防護空間,劃分為若干個防護分區,滅火時1個或若干個防護區同時噴霧的應用方式，如工業廠房內局部工藝區域等。局部應用方式是直接向保護對象噴放高壓細水霧,用于保護空間內某具體保護對象的應用方式，如油浸變壓器、熱油泵等[1]。

系統按照供應方式的不同，可分為瓶組式和泵組式兩種。瓶組式是指在出廠之前對儲水罐進行有效地加壓和預裝，針對防護區域面積的不同，選擇不同規格的儲水消防罐體。在指定區域放置儲水消防罐，一旦發生火災，可以通過有效的系統控制來進行有針對性的滅火處理，如加油站內對儲油罐進行保護而設置的瓶組式消防系統等。泵組式是指采用噴頭加壓的方式供水。不同的噴頭，其加壓方式與加壓系統也不同。開式系統所使用的是開式噴頭。對于開式系統而言，管道內平時并沒有水存在，一旦發生火災自動報警以后，就會有消防泵向管道內進行注水進行滅火處理，直到火被撲滅。

2 高壓細水霧滅火的系統特點

2.1 工作壓力大、覆蓋面廣

對于傳統自動滅火系統而言，在大型綜合體建筑中都會通過額外安裝壓力泵的方式來進行協助，這樣才能夠確保在樓層較高的情況下擁有足夠的水壓。但是細水霧系統其自身具有高壓的特點，能夠實現12 MPa的壓力，可以確保每個樓層都有相同的壓力，而且具有較遠的覆蓋范圍，能夠實現1.2 km的范圍覆蓋。所以，相對于其他系統而言，其能夠更好地節約成本。

2.2 用水量小，節能效率高

高壓細噴霧滅火系統與傳統水噴淋系統在用水量上相比，高壓細水霧滅火系統的用水量大大減少。其用水量僅為傳統噴淋系統用水量的1%～5%。普通組合式滅火系統通常需要配合兩個水箱、借助更多的輔助設備來達到滅火效果。但是高壓細水霧滅火系統的細水霧噴頭可以將水顆粒進行霧化，這使相同體積的水擁有了更好的滅火效果，用水量也隨之大大減少。因此，高壓細水霧滅火系統只需要一個水箱就可以達到高樓層大面積滅火的目的，不僅降低了操作難度，也節約了建筑成本。另外，由于高壓細水霧所使用的水體中不具備礦物質，導電性能降低，因此對于一些電纜場所的滅火效果更好。

2.3 管材安裝與維修方便

普通滅火系統在管材消耗非常大，大量管材的敷設需要占用更多的空間，同時還需要有一系列的配件來實現管材的安裝，安裝難度較高。而高壓細水霧滅火系統，對安裝工人的專業性要求不高，只需進行簡單的卡扣連接即可，材料消耗量降低。且管材直徑較小，比傳統管材更加節省空間，維護也更加方便。

3 工程案例運用與探析

在有色冶金行業稀土分離項目中，通常設有大型萃取車間。根據《有色金屬工程設計防火規范》（GB 50630—2010）有關規定：有色金屬生產中的萃取工藝等宜設泡沫或細水霧滅火系統進行消防。以下筆者就某萃取車間給水排水設計中的高壓細水霧系統設計進行簡要分析。

該萃取車間屬于丙類生產廠房，分為上下兩層，每層設置有大小若干個敞口式萃取槽及有機相儲槽。每層存有有機相400 t左右，分布于萃取槽上部和有機相儲槽內，其中260#溶劑油（閃點≥65℃）質量分數為20%～50%。有機相屬于易燃易爆有機溶液，一旦發生火災，會對整個廠區及城市造成極大的影響。為了保證更好的滅火效果，本次設計采用了開式高壓細水霧滅火系統。

3.1 系統工作原理

在沒有火災的情況下，區域閥組與泵組之間的壓力維持在正常大氣壓左右，閥組后面沒有水流的存在；一旦出現火情,報警裝置開啟,系統會快速啟動穩壓泵。如果在10 s內,管網的壓力值沒有超過1.2 MPa，消防主泵就會自動開啟，繼而觸發高壓細水霧進行滅火動作，系統工作原理見圖1。

圖1 高壓細水霧自動滅火系統工作原理

3.2 設計參數要求

噴霧強度不小于1 L/（min·m2）；噴霧的持續時間要達到20 min；火情出現時，整個系統要在30 s時間內完成開啟；作用面積按照噴頭數量進行有效計算；最不利點噴頭在工作的過程中壓力不小于10 MPa。

3.3 噴頭設計

按照實際的火災情況以及火災現場的空間分布來對噴頭進行針對性選用。

噴頭設計流量計算公式見式（1）：

式中：q為噴頭的設計流量，L/min；K為噴頭的流量系數；P為噴頭的設計工作壓力，MPa。在保護區內所使用的噴頭為開式噴頭，K=1.0。經計算，噴頭流量q=10 L/min。

3.4 消防管網設計

萃取車間為兩層建筑，每層建筑面積約為4 500 m2，一層、二層分別設置高壓細水霧自動滅火系統。由于本系統采用開式系統，因此采用分區應用方式進行設計。按每個防護分區不超過500 m2計，將每層分為12個保護分區。高壓細水霧系統總管管徑為DN65，分區控制閥集中設置；根據每個保護分區內設置的微水霧滴噴頭數量，各控制閥后分別接出DN32、DN40給水管，高壓細水霧自動噴水系統采用不銹鋼無縫鋼管，詳見圖2。噴頭安裝間距控制在3.5 m以內，且應大于1.5 m，與墻距離控制在1.75 m以內。

圖2 高壓細水霧自動滅火系統示意

3.5 系統設計流量確定

該系統流量最大的區為第20、22、24分區，三個保護區同時啟動，同時這三個分區也是最遠分區，故本次水力計算只計算第20、22、24分區。系統設計流量計算公式見式（2）：

式中：Q8為系統設計流量，L/min；n為計算噴頭數，個；qi為計算噴頭的設計流量，L/min。

噴頭流量系數K=1.0。本系統最多同時有112只噴頭噴霧,系統工作壓力按最不利點噴頭工作壓力為10 MPa計算。根據所選細水霧噴頭，可知流量系數K=1.0，單個噴頭設計流量q=10 L/min；系統計算流量為1 120 L/min，見圖3。

圖3 高壓細水霧系統最不利點布置平面

3.6 系統設計供水壓力確定

系統設計供水壓力計算公式見式（3）：

式中：Pt為系統設計供水壓力，MPa；Pf為管道的水頭損失，MPa；Pe為最不利點處噴頭與儲水箱或儲水容器最低水位的壓力差，MPa；Ps為最不利點處噴頭的工作壓力，MPa。

通過計算可得，在設計的過程中系統的供水壓力不小于13.873 MPa。選用單臺泵流量Q=130 L/min，P=16 MPa，N=37 kW的高壓柱塞泵10套(9用1備)滿足設計要求，見圖4。

圖4 高壓細水霧泵組配管示意

3.7 消防水箱設計

高壓細水霧滅火系統的儲水箱的儲水量計算公式見式（4）：

式中：Wc為儲水量，L；Q為系統計算流量，L/min；t為開式系統持續噴霧時間，應取20 min。

根據系統用水量可得消防儲水箱水量應不小于22.4 m3。由于細水霧滅火系統的用水水質要求不低于生活飲用水的水質，因此消防水箱采用不銹鋼水箱。高壓柱塞泵的進水壓力要求穩定在0.2 MPa左右，因此在高壓柱塞泵進水總管上需增加Q=130 L/min，P=20 m的泵2臺（1用1備）。

3.8 小結

高壓細水霧自動滅火系統能夠快速對火情做出反應，其冷卻速度比噴淋系統快，細水霧具有很強的穿透性，對熱輻射具有良好的屏蔽作用，能防止火災蔓延，并迅速控制火勢。萃取車間內敞口萃取槽存有大量有機相，如果采用傳統的水噴淋或氣體消防裝置，會對有機相產生破壞，使有機相被廢棄，而高壓細水霧滅火系統用水量僅為噴淋系統用水量的1%～5%，對有機相的影響較小，有機相可繼續使用，從而降低了工廠的損失。

4 有待提升的方面及注意事項

高壓細水霧系統的工作壓強通常要達到10 MPa以上，這就要求設備整體要具備很強的抗壓能力。此系統的每個設備都會存在大量的連接點，從材料的聯合到各部分的連接，任何一處接頭出現問題，都可能引發安全事故。這就對高壓細水霧系統從生產質量到使用規范都提出了更為嚴苛的要求。在設備制造過程中，廠家需要不斷改進其生產工藝，使系統工作時能夠避免其內部安裝的精密部件因受到外部干擾而出錯的情況發生。

在應用此系統時，要注意以下事項：1）此系統使用的消防介質是水，當消防對象是會與水產生劇烈化學反應的物質時，不能使用該系統；2）火災現場存在遇水會造成毀滅性損失的物件時，也不適合使用此系統。

5 結語

高壓細水霧系統是消防領域的一項革新。該系統具有極高的滅火效率，且具有安全性高、穩定性好、環境保護效果良好、有效節約消防用水的特點，目前已在各個領域的消防系統中都獲得了廣泛應用。隨著城市化建設不斷加快，對于火災預防與處理的要求也越來越高，在今后的發展中這一系統將會得到更多更好的應用。