支狀、環(huán)狀和格柵狀噴淋管網(wǎng)在工業(yè)倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用探討

摘 要：隨著倉(cāng)儲(chǔ)工業(yè)的迅速發(fā)展，倉(cāng)庫(kù)消防安全問(wèn)題逐漸引起人們的高度重視。為了更好地將噴淋系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)倉(cāng)庫(kù)，以重慶某芯屏器核產(chǎn)業(yè)鏈EPC項(xiàng)目工業(yè)倉(cāng)庫(kù)為例，從水力、安裝維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性三個(gè)角度探討支狀、環(huán)狀和格柵狀三種形式噴淋管網(wǎng)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：倉(cāng)儲(chǔ)噴淋；支狀管網(wǎng)；環(huán)狀管網(wǎng)；格柵狀管網(wǎng)；水力計(jì)算

中圖分類號(hào)：TU991.32" " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)：2096-6903（2023）09-0037-03

0 引言

隨著大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑的迅速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品和物流產(chǎn)品的倉(cāng)儲(chǔ)建筑均朝著大面積、大跨度和大空間的方向發(fā)展[1]。大跨度大空間倉(cāng)儲(chǔ)建筑具有結(jié)構(gòu)跨度大、單層層高且面積大等特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)將造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，倉(cāng)儲(chǔ)空間的安全問(wèn)題應(yīng)引起高度重視。

曹奇[2]等以電子廠房火災(zāi)為例，采用FDS軟件模擬了倉(cāng)庫(kù)在無(wú)噴淋系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)正常運(yùn)行以及干式預(yù)作用噴淋滅火系統(tǒng)3種條件下火災(zāi)的發(fā)展過(guò)程。結(jié)果顯示：當(dāng)倉(cāng)庫(kù)無(wú)噴淋系統(tǒng)時(shí)，火災(zāi)迅速進(jìn)入轟燃階段，過(guò)火面積急劇增大，在518 s時(shí)溫度超過(guò)600℃的廠房面積達(dá)400 m2。而當(dāng)倉(cāng)庫(kù)有自動(dòng)噴淋系統(tǒng)且能夠正常運(yùn)行時(shí)，火勢(shì)可被控制在初期階段，對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)管理人員及貨物的影響較小。因此，在倉(cāng)庫(kù)設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)對(duì)消防滅火具有重要意義。

自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的管道布置形式主要分為支狀、環(huán)狀和格柵狀3種。其中，環(huán)狀管網(wǎng)是介于支狀和格柵狀管網(wǎng)之間的一種管網(wǎng)布置形式[3]。

目前，對(duì)于自噴系統(tǒng)管網(wǎng)形式的研究大多偏向于環(huán)狀及格柵狀管網(wǎng)的水力計(jì)算途徑。為將噴淋系統(tǒng)更好地應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)空間，便于維護(hù)管理并有效降低成本，本文以實(shí)際案例為基礎(chǔ)，對(duì)支狀、環(huán)狀和格柵狀噴淋管網(wǎng)的水力特性、運(yùn)維特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較分析。

1 工程案例

1.1 工程概況

重慶某芯屏器核產(chǎn)業(yè)鏈EPC項(xiàng)目的配套倉(cāng)庫(kù)，為單層輕鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)，建筑高度13.20 m，建筑面積56 343 m2，倉(cāng)庫(kù)的最大凈空高度為11.0 m，最大儲(chǔ)物高度為5.0 m，儲(chǔ)物類別為Ⅰ、Ⅱ級(jí)、箱裝不發(fā)泡塑料，堆垛儲(chǔ)存。

倉(cāng)庫(kù)設(shè)置濕式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，設(shè)計(jì)依據(jù)的規(guī)范為GB50084-2017《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》。主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：倉(cāng)庫(kù)危險(xiǎn)級(jí)Ⅱ級(jí)，采用早期抑制快速響應(yīng)K242 ESFR型噴頭，下垂型安裝，噴頭最低工作壓力為0.35 MPa，作用面積內(nèi)開(kāi)放的噴頭數(shù)12個(gè)，持續(xù)噴水時(shí)間1h，噴頭最大間距3.0 m，最小間距2.4 m。倉(cāng)庫(kù)分為2個(gè)防火分區(qū)，采用兩套濕式報(bào)警閥。

1.2 不同形式噴淋管網(wǎng)水力計(jì)算

選取倉(cāng)庫(kù)內(nèi)最不利的一個(gè)防火分區(qū)，分別采用支狀、環(huán)狀和格柵狀管網(wǎng)形式進(jìn)行布置，如圖1～圖3所示。采用專業(yè)軟件依據(jù)GB50084-2017《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]的相關(guān)規(guī)定，對(duì)3種不同形式的噴淋管網(wǎng)進(jìn)行水力計(jì)算，以水流指示器后管段為計(jì)算起始點(diǎn)。

支狀管網(wǎng)噴淋系統(tǒng)入口壓力為63.38 mH2O，總流量為92.02 L/s，流速范圍為0.91～4.22 m/s，管路水力損失為15.21 mH2O。

環(huán)狀管網(wǎng)噴淋系統(tǒng)入口壓力為55.71 mH2O，總流量為91.89 L/s，流速范圍為0.19～4.46 m/s，管路水力損失為9.04 mH2O。

格柵狀管網(wǎng)噴淋系統(tǒng)入口壓力為65.01 mH2O，總流量為91.82 L/s，流速范圍為0.03～4.62 m/s，管路水力損失為16.65 mH2O。

綜上可以看出：①環(huán)狀管網(wǎng)和格柵狀管網(wǎng)的噴頭壓力及流量較支狀管網(wǎng)更為均衡，水力條件優(yōu)化。②三者的系統(tǒng)流量基本一致，格柵狀管網(wǎng)的入口壓力及最大流速偏大。這與配水支管的管徑有關(guān)，配水支管管徑為DN65，水力損失增大，可考慮適當(dāng)放大配水支管的管徑以降低水頭損失。

1.3 不同形式噴淋管網(wǎng)分析比較

結(jié)合上述水力計(jì)算成果，現(xiàn)從系統(tǒng)運(yùn)行、安裝維護(hù)、經(jīng)濟(jì)投資3個(gè)方面對(duì)不同形式噴淋管網(wǎng)的優(yōu)劣性進(jìn)行分析比較。

1.3.1 系統(tǒng)運(yùn)行

支狀管網(wǎng)水流單向流動(dòng)，若火災(zāi)發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)中某一管段損壞或者發(fā)生堵塞，系統(tǒng)啟動(dòng)后將因管道斷流而失去控制初期火災(zāi)蔓延的能力。支狀管網(wǎng)具有潛在的缺陷，無(wú)法保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

配水干管環(huán)狀布置噴淋管網(wǎng)，可保證有兩個(gè)方向的水流流向配水支管，避免因配水干管出現(xiàn)損壞時(shí)，該干管上的噴頭所覆蓋的區(qū)域失去保護(hù)。但當(dāng)配水支管出現(xiàn)損壞，支管損壞處及以后噴頭將無(wú)法發(fā)揮其功能。因此，配水干管成環(huán)布置方式無(wú)法徹底規(guī)避管路故障時(shí)，供水不及時(shí)的問(wèn)題。

在格柵狀噴淋管網(wǎng)中，配水干管與配水支管管路互通，任何一個(gè)動(dòng)作噴頭都能夠從與其相連的配水支管兩側(cè)獲得供水，其他配水支管也可為配水管供水，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)地不間斷供水，極大地提高了系統(tǒng)運(yùn)行地可靠性。

1.3.2 安裝維護(hù)

噴淋管網(wǎng)布置形式不同，其配水管量、管材規(guī)格、卡箍配件及管道支架存在顯著差異，對(duì)施工安全、工期、后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)將會(huì)產(chǎn)生不同程度影響。

1.3.2.1 安裝

格柵狀管網(wǎng)相對(duì)于支狀和環(huán)狀管網(wǎng)，配水管更長(zhǎng)，但由于水力條件優(yōu)化，兩側(cè)配水干管管徑可由DN200減小為DN150。從施工安全角度分析，單根6 m DN200鋼管（壁厚6 mm）質(zhì)量約172 kg，需3臺(tái)登高車同時(shí)抬升至11 m，當(dāng)配水干管管徑控制在DN150后可采用兩臺(tái)登高車操作，降低了高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.2.2 管材規(guī)格

支狀和環(huán)狀管網(wǎng)管材規(guī)格包括DN200、DN150、DN100、DN80、DN65、DN50、DN40，共7種規(guī)格，格柵管網(wǎng)管材規(guī)格為DN150、DN65、DN50，共3種規(guī)格。格柵管網(wǎng)的管材規(guī)格數(shù)量最少，環(huán)狀管網(wǎng)次之，支狀管網(wǎng)最多。

1.3.2.3 卡箍配件及管道支架

噴淋管網(wǎng)連接的主要卡箍配件包括鋼卡、彎頭和四通等。支狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)因管材規(guī)格型號(hào)多，由此造成不同型號(hào)的卡箍配件使用量增加，變徑接頭處相應(yīng)增加支架設(shè)置。而格柵狀管網(wǎng)，由于配水管和配水支管均無(wú)變徑，其卡箍配件和支架數(shù)量較另二者大幅減少。

管材規(guī)格少，變徑接頭少，卡箍配件及管道支架相應(yīng)減少，一方面有利于降低施工難度、縮短施工工期，另一方面還會(huì)減少管道變徑接頭的漏水風(fēng)險(xiǎn)。由于管材規(guī)格型號(hào)單一、卡箍配件數(shù)量少，格柵狀管網(wǎng)在施工、管理、運(yùn)維方面均優(yōu)于環(huán)狀管網(wǎng)和支狀管網(wǎng)。

1.3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

1.3.3.1 施工成本

以建筑面積為5 634 m2的最不利防火分區(qū)噴淋系統(tǒng)為基準(zhǔn)，對(duì)上述支狀、環(huán)狀和格柵狀噴淋管網(wǎng)的安裝成本進(jìn)行對(duì)比分析，詳見(jiàn)表1。

由表1可以看出，格柵狀管網(wǎng)的綜合單價(jià)最低。同時(shí)，環(huán)狀管網(wǎng)和格柵狀管網(wǎng)的水力條件得到優(yōu)化，壓力、流量更為均衡，所需水泵的揚(yáng)程和功率也相應(yīng)降低。綜上，采用格柵狀噴淋管網(wǎng)可大幅降低業(yè)主前期投資。

1.3.3.2 運(yùn)行管理投入

提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性是減少火災(zāi)直接損失的有效途徑。由于系統(tǒng)組件或管段發(fā)生故障為偶然事件，難以預(yù)料，為提高系統(tǒng)可靠性，應(yīng)定期對(duì)系統(tǒng)管件和管段進(jìn)行檢查，從而增加了運(yùn)行投資。

從系統(tǒng)運(yùn)行、安裝維護(hù)、施工成本3方面比較，在滿足消防系統(tǒng)安全的前提下，格柵狀管網(wǎng)能夠降低物資耗用量，優(yōu)化施工工序，減少建設(shè)投資，優(yōu)于環(huán)狀和支狀管網(wǎng)形式。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文依托實(shí)際案例，從提高自噴系統(tǒng)可靠性與經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，從系統(tǒng)運(yùn)行、安裝維護(hù)、施工成本3個(gè)方面對(duì)比分析了支狀、環(huán)狀、格柵狀噴淋管網(wǎng)的優(yōu)劣性，主要得出以下3點(diǎn)結(jié)論：①格柵狀噴淋管網(wǎng)由于管路互通，使系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性得以提高，能夠有效控制初期火災(zāi)蔓延。②格柵狀噴淋布置形式可以優(yōu)化管網(wǎng)的水力條件，減小管徑，降低水泵揚(yáng)程。③格柵狀噴淋管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了低管道配件使用量，降低了施工難度，便于安裝維護(hù)，同時(shí)前期投資減少，較支狀和環(huán)狀管網(wǎng)更為經(jīng)濟(jì)。

格柵狀管網(wǎng)不僅適用于倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，其在輕鋼屋面廠房、車庫(kù)、超市、場(chǎng)館等大空間大寬度場(chǎng)所也可推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 馮建毅，蘇頻.大空間大跨度廠房倉(cāng)庫(kù)噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較[J].甘肅水利水電技術(shù)，2005（3）：248-249.

[2] 曹奇，王輝.對(duì)某大型倉(cāng)庫(kù)噴淋系統(tǒng)的設(shè)置優(yōu)化分析[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2008，27（12）：895-897.

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[4] 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50084-2017