浅析高压细水雾系统及其在实际工程中的应用.docx
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浅析高压细水雾系统及其在实际工程中的应用
浅谈高压细水雾在消防中应用
摘要:
高压细水雾灭火系统是一种新型、高效、环保型的消防技术。
文章首先对高压细水雾系统的灭火机理、应用范围进行了介绍;并通过与其他灭火系统在灭火效率、安装维护、对环境污染等多方面进行比较,突出了该灭火系统的优越性。
此外,本文结合实际工程案例,对高压细水雾灭火系统在此案例的消防设计应用进行了具体阐述;针对同一工程案例,本文对高压细水雾系统与气体灭火系统进行经济估算;数据表明:
高压细水雾灭火系统的总投资仅为气体灭火系统的三分之一,具有明显的经济优势。
关键词:
高压细水雾;灭火优越性;工程应用;经济估算
1.引言
现代社会的发展和科学技术的进步,对抑制火灾的方法提出了更高的要求。
哈龙灭火系统严重破坏大气臭氧层,将被全面禁止使用,寻找有效的替代技术已成为世界各国研究的焦点。
而传统的灭火方式,如喷水灭火、干粉灭火、气体灭火等方式,存在污染环境、浪费资源、灭火效率不高、破坏防护对象、危害人体健康等缺点,作为哈龙的替代品并不理想。
有研究者将水压传动技术向中高压化的研究应用在消防领域,研制出了一种新型、高效、环保型的消防技术——高压细水雾灭火技术。
2.高压细水雾灭火技术
2.1.高压细水雾灭火技术定义
NFPA750中对细水雾的定义是:
在系统最低工作压力下,距喷嘴出口lm处横截面上,体积比占总流量99%的液体微滴的粒径不大于1000um(Dv0.99≤1000um)。
细水雾的生成一般可以分解为两个过程。
首先,迫使水流通过特定设计的流道(即细水雾喷头)并形成很细的水射流或很薄的水膜;然后,射流或薄膜与大气因强烈的相互作用而破碎成细小的水滴,即细水雾。
高压细水雾灭火系统指系统额定工作压力大于或等于3.5MPa的细水雾灭火系统,经喷头作用后产生的细水雾滴粒径DV0.99通常为100~200um[]。
2.2.高压细水雾灭火技术的灭火机理
高压细水雾灭火技术将水的灭火性能与气体的渗透特性相结合,其灭火机理主要是冷却效应,惰化效应和附加效应。
冷却效应表现在:
利用高压细水雾灭火技术所产生的细水雾较传统的灭火技术有更大的作用面积和热交换面积,它将吸收火灾中的热量。
同时它破坏了燃料的热反馈,冷却火焰表面;此外,雾滴会穿透火焰,能够大大提高灭火效率。
惰化效应表现在:
高压水雾通过蒸发,水的体积增加到1640倍。
它稀释了火源附近空气中的氧气。
惰化效应限制了火源向外的传输和防止了氧气向火源的流入。
附加效应表现在:
它们虽然不直接灭火,但高压细水雾具有烟雾、废气的洗涤作用。
这是因为燃烧的灰粒、煤烟颗粒与细水滴粘合而得到洗刷。
同时它具有屏蔽作用,减少火源对周围物体的热辐射,阻止火灾的扩散,对火灾起遮挡作用。
2.3.高压细水雾灭火技术的应用范围
由于具有优越的灭火性能,且绿色环保,细水雾系统的应用范围广泛,越来越受到人们的重视。
最近调查研究表明,细水雾灭火应用范围已经包括[-]:
(1)普通住宅、古建筑、舰船船舱、图书馆和公共场所的A类火灾;
(2)普通机械、动力机房、军用车辆和可燃性液体存储室中的B类喷射火和池火[];
(3)电气设备和电脑机房中的C类火灾;
(4)轮船货舱、舰船机舱、直升飞机机舱、商用厨房的火灾。
在民用建筑内,它特别可用于高、低压配电室、重要的电子通信设备机房、燃油燃气锅炉房、柴油发电机房等场所。
在通讯机房和控制机房,它可安装在地板下、房间内、吊顶上,其主要目的是擦洗烟雾,其次是地板下灭火。
它还可设置在电厂的控制室、燃气涡轮机等场所。
有学者还对对高压细水雾技术用于既有建筑消防改造进行研究[]。
文章分析了高压细水雾消防系统在既有建筑消防改造过程中替代传统室内消火栓系统和自动喷水灭火系统的可行性,提出了高压细水雾消防水喉系统和高压细水雾自动灭火系统在消防改造时的安装措施。
有研究者通过向能够承受20MPa水压的高压细水雾灭火系统中添加不同的添加剂,结果表明:
含一定量添加剂的高压细水雾灭火系统的灭火效能有很大的提高[]。
但是,细水雾灭火系统不适用扑救与水发生强烈化学反应造成燃烧、爆炸的物质(D类
火灾)和水雾对保护对象会造成严重破坏的火灾[]。
3.高压细水雾灭火技术的优越性
3.1多种灭火系统的比较
多种灭火系统的特点的比较如表3.1中所示。
从表中可以明显看出水雾灭火系统所具有的多方面的优越性:
(1)灭火效能高。
高压细水雾雾滴直径小、冷却性能好、抑火灭火强。
水雾依靠冷却和绝氧达到灭火的目的;同时高压细水雾的扩散性和分散性好,灭火效率更高;通过有效冷却可燃物,可有效防止火灾的复燃。
高压细水雾也突破了“水不能灭油火”的瓶颈,可以广泛应用于A、B、C等各类火灾,大大提高了系统的应用效能。
(2)冷却效率高,屏蔽热辐射。
Danfoss(国际上著名的水压传动技术公司)的研究表明,喷水灭火即使用10~20倍的水量,其吸热效果也不及水雾灭火系统的1/100。
(3)能吸收烟雾和毒气。
油类、橡胶等很多物品燃烧时都会产生大量的浓烟和毒气,浓烟和毒气对人体的危害甚至比火灾本身更大。
采用水雾灭火时,水雾对浓烟和毒气有洗涤作用,可净化火灾现场。
灭火时可以保护人员的安全疏散,争取宝贵的人员疏散时间。
因此水雾灭火更安全。
(4)用水量较少,减少水渍危害。
高压细水雾灭火系统扑灭火灾相对传统自动喷水灭火系统仅需10%或更少的水量,可以把对燃烧物的水渍损失降到最小。
(5)水雾灭火系统设备的体积小、重量轻、管道管径小,节省管材。
高压细水雾相对水喷雾灭火系统,其质量小(可减少90%),最大管径也只有DN65,安装费用也相应降低,十分适合于在安装空间较小的地方(如船舶行业)使用。
表3.1常见灭火方式的比较
类别
性能
卤代烃
CO2
泡沫
水喷淋
气液两相
高压水雾
灭火机理
窒息
窒息
窒息
冷却
以窒息为主
冷却、窒息
灭火类型
A、B、C
A、B、C
B
A、B
A、B、C
A、B、C
灭火效率
最高
高
较高
低
高
高
持续灭火时间
短
短
短
较长
短
高
毒性
有
有
有
无
较少
无
环境友善
差
较差
较差
较好
较好
好
灭火后排放
需要
需要
需要
需要
需要
不需要
使用维修
不方便
不方便
不方便
方便
不方便
方便
扑灭障碍物灭火效果
较好
好
较好
差
较好
好
3.2与气体灭火系统的比较
气体灭火主要靠破坏燃烧链灭火,应用于不能用水喷淋的场合。
从工程实践中发现气体灭火系统存在以下问题:
储气瓶长期处于高压状态,在使用中安全防护要求高;其冷却作用小,没有阻隔辐射热及出演性能;喷放后需要重装储气瓶恢复系统,用时较长;系统需专业人员进行维护管理,气体灭火剂价格较昂贵且需定期更换,运营管理费用非常高;保护区域门窗密闭和承压要求较高,并要求灭火前关闭所有门窗;部分灭火剂在灭火前要求人员必须全部撤离,否则可能造成人员中毒或窒息。
相对气体灭火,高压细水雾灭火系统不要求完全封闭空间。
在高压细水雾潜在的能量充分释放后,完整的火源被收藏在蒸发的水中,以便火灾能在几秒钟内窒息且复燃率几乎为零[]。
4.实际工程案例分析
4.1工程概况
苏州国际财富广场为办公、银行大厅和餐饮为一体的综合性项目,总建筑面积接近20万平方米。
本项目为两座耸立塔楼及裙房组成的混合功能建筑工程。
塔楼主要功能为高级办公。
A塔楼总高230米,位于基地西侧;B塔楼高164.8米,位于基地东侧。
塔楼及商业裙房中间以中庭连接。
4.2高压细水雾灭火系统概述
本项目保护区域面积2112平方米,设置一套高压细水雾灭火系统,项目系统图见图4.1。
保护场所主要有:
柴油发电机房、变压器室、变电所、无线覆盖机房、计算机网络机房、锅炉房等。
按保护区危险级别对于低压变电所选用预作用系统进行保护,对于锅炉房、变压器室、无线覆盖机房、地下变电所、柴油发电机房和油箱间选用开式系统进行保护。
具体保护方式见各防护区的设计参数表(表4.1)
表4.1各防护区的设计参数表
4.3设计参数
1)系统持续喷雾时间30min。
2)开式系统的响应时间不大于30s;
3)闭式系统作用面积按140m2/计算。
4)最不利点喷头工作压力不低于10MPa。
4.4主要设备选型
4.4.1喷头选型
根据保护对象火灾危险性和空间尺寸选择高压细水雾喷头:
弱电间、无线设备房选用K=0.45开式喷头,q=4.5L/min,喷头安装间距不大于3m,不小于2m,距墙不大于1.5m。
柴油发电机房、变压器室选用K=0.95开式喷头,q=9.5L/min,喷头安装间距不大于3m,不小于2m,距墙不大于1.5m。
变电所所选用K=1.25开式喷头,q=12..5L/min,喷头安装间距不大于3m,不小于2m,距墙不大于1.5m。
4.4.2泵组选型
1)本系统设计流量按照闭式系统作用面积140m2/内设置闭式喷头总数流量与开式系统最大保护区同时开启喷头数流量比较后选择较大的流量的1.1倍计算,其系统设计流量为Q=544L/min。
系统工作压力按照最不利点进行水力计算,计算公式采用Darcy-Weisbach(达西-魏斯巴赫)公式,计算结果:
H=13MPa。
2)根据计算结果选用高压细水雾泵组一套,其型号为PHA80-6,Q=560L/min,H=14MPa,
N=150kw,含稳压泵PAH2(一用一备)流量:
Q=2L/min,H=2.6MPa,P=0.9KW。
4.4.3系统供水及水质要求
1)系统的水质不应低于现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5749的规定。
2)高压细水雾灭火系统供水压力要求不低于0.2MPa,且不得大于0.6MPa。
本项目采用市政增压供水方式,选用增压泵(一用一备)型号:
CDLF42-20,泵流量为Q=34m/h,,H=44m,N=7.5kw。
(增压泵与高压泵组调剂水箱的供水电磁阀同时启动)。
该工程系统图见图4.1。
图4.1本工程高压细水雾灭火系统原理示意图
4.4系统工作原理
1)开式系统工作原理
高压细水雾开式系统是由火灾报警系统联动开启区域控制阀,系统管道的压力下降,稳压泵启动,稳压泵运行10s后压力仍达不到设定的2.4MPa时,主泵启动同时稳压泵停止运行,主泵向开式喷头供水,喷细水雾灭火.(详见下图4.2)
2)预作用系统工作原理:
准工作状态下,从泵组出口至区域阀前的管网内压力维持在2.2-2.4MPa,阀后空管。
发生火灾时由火灾报警系统联动开启区域控制阀,系统管道的压力下降,稳压泵启动,稳压泵运行10s后压力仍达不到设定的2.4MPa时,主泵启动同时稳压泵停止运行,当闭式喷头玻璃泡的温度达到动作温度,玻璃泡破碎,喷细水雾灭火。
(详见下图4.3)
图4.2开式系统原理图图4.3预作用系统原理图
图4.4计算机网络机房与变电所细水雾喷头平面布置图
4.5高压细水雾系统与气体灭火系统的经济估算
针对武汉某项目的下述区域就高压细水雾系统与气体灭火系统的经济比较,其价格比较详见表4.2。
表4.2武汉某大厦高压细水雾系统与气体灭火系统的价格比较表
比较内容
高压细水雾系统
IG641气体灭火系统
七氟丙烷气体灭火系统
进口
国产
进口
国产
直接成本
保护场所
机房、电气用房、DPS、TPS等
机房、电气用房、DPS、TPS等
机房、电气用房、DPS、TPS等
设备价
910
1350
780
1260
600
管材及施工
82
230
230
180
180
小计(A)
992
1580
1010
1440
780
间接成本
30年维修费用
年度检测、维护
15
750
680
700
620
灭火剂充装
-
750
680
700
620
小计(B)
15
1500
1360
1400
1240
合计(A+B)
1007
3080
2370
2840
2020
注:
单位为万元。
高压细水雾灭火系统按设计进行估算;其他系统按投资进行估算。
从经济评估可以看出:
作为高层建筑,采用高压细水雾灭火系统的总投资仅为气体灭火系统的三分之一,此系统的具有明显的经济优势,此外,高压细水雾灭火系统设备所占建筑空间明显少于气体灭火系统,更间接的节省了投资费用。
可见,高压细水雾灭火系统具有节省空间,降低投资的优越性。
正是基于上述种种突出优点,高压细水雾灭火技术已引起了广泛的关注和重视,并作为国际上公认为理想灭火系统。
随着该系统功能的不断完善、强大,以及世界上环保意识的不断强化,该灭火系统的凭籍其“完全绿色灭火”的独特优点,也将成为陆上、民用灭火系统的主流配置。
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参考文献:
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- 浅析 高压 水雾 系统 及其 实际 工程 中的 应用