醫用氧艙水噴淋消防系統的功能核查及使用參數的試驗驗證

宋全軒 李玉軍

(河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院 鄭州 450016)

醫用氧艙水噴淋消防系統的功能核查及使用參數的試驗驗證

宋全軒 李玉軍

(河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院 鄭州 450016)

該文章系統闡述了醫用空氣加壓氧艙水噴淋消防系統功能的核查要點；闡明了水噴淋消防系統使用參數的理論計算方法，彌補了現行規定、標準未提供理論計算的空白；明確了滅火噴淋功能及運行參數的試驗方法、步驟和內容；為醫用空氣加壓氧艙在使用過程中水滅火噴淋系統功能的可靠性提供了保證。

醫用空氣加壓艙 水噴淋消防系統 試驗驗證 功能核查

1 前言

醫用氧艙作為某些病灶輔助治療的一種行之有效的設備，被醫療機構越來越重視使用，隨著社會經濟的發展，醫療技術的進步，醫用氧艙近幾年不但數量出現了較快的增長，同時也向多人化，艙群化發展；在多人醫用空氣加壓艙的使用中，有效的保證水噴淋消防系統的可靠性是醫用氧艙安全使用的一個重要環節。

2 醫用空氣加壓艙水滅火噴淋系統的功能要求

醫用空氣加壓艙現行相關規范和標準主要包括《醫用氧艙安全管理規定》和GB/T 12130—2005《醫用空氣加壓氧艙》。

根據《醫用氧艙安全管理規定》（第十八條）規定：多人艙內需有消防設施。大型醫用氧艙宜設置水噴淋消防裝置和應急呼吸裝置。

GB/T 12130—2005《醫用空氣加壓氧艙》（第5.2.10條）規定：“多人艙應設有獨立的水滅火裝置，在艙內發生火災時，該裝置應能從艙內和艙外任意一側開啟向艙內地板均勻噴水，噴水強度應不小于50 L/（m2·min）；水滅火裝置的供水能力應能滿足同時向各艙室供水至少1min的水量，噴水動作的響應時間不大于3s；水滅火裝置的供水管路和閥件應選用耐腐蝕的銅材或不銹鋼材料；壓力水柜應配置液位指示器，配套壓力容器的內部應防銹涂層處理。”

上述規范、標準對水滅火噴淋系統設置的儲水柜容積和送水管道的規格、長度及其使用時的壓力等參數的控制計算方法和運行參數的調試試驗內容并未作出明確規定，給安裝、使用管理、檢驗驗收等人員帶來了困惑，無法有效地對水滅火噴淋系統的功能從理論計算方面和可操作性試驗方面進行驗證核查。

一方面，從使用環節考慮，供水管道內水的流速應有限定。當流速小時，無法滿足滅火噴淋系統水量要求，達不到標準要求的規定時間內的噴淋水量；但是，流速也并非越大越好，當流速過大時，會造成水沖擊，致使管道發生震動，影響水的供給，嚴重的造成設備損傷，滅火噴淋功能無法實現，后果是嚴重的。另一方面，從制造、安裝角度考慮，管道供水流速制約著供水管道的通徑和長度，進而制約著儲水罐加壓所必需的氣源壓力等使用參數。因此，供水管道內水的流速控制至關重要，正確確定水流速的限值范圍是醫用空氣加壓艙設計環節必須考慮確定的。

3 水噴淋消防系統的相關計算

3.1 水噴淋消防系統使用參數的計算

從儲水罐到艙體內各個噴淋頭，由相應的管道、管件和控制閥門連接，構成了滅火噴淋水的輸送系統，根據流體動力學，可以計算確定供水管道中水流速的上下限值（滿足氧艙水噴淋消防功能要求），進而計算出系統運行時所需的相應參數值。

●3.1.1 供水管道內水流速限值范圍的確定

1）管道供水量的確定。

如前所述，GB/T 12130—2005標準中對滿足滅火噴淋功能的噴水強度、最小噴淋時間和噴淋的范圍作出了規定，據此可以計算出每秒所需要的管道供水量：

式中：

S ——地板面積，m2；

t ——需要的噴淋時間，min；

50×10-3——系數即所需的噴淋強度，m3/min。

2）管道內水流速限值范圍的確定。

設供水管道直徑為d，則供水管道截面面積S1=π(d/2)2，據此可計算出輸水管道滿足向艙體內噴水量要求的最小流速：

即：

式中：

V1——管道內供水的最小流速，m/s。

輸水管道為了保證管道的安全以及輸水的經濟性，在工程中有一經濟流速，根據GB 50084—2005《自動噴水滅火系統設計規范》的要求，管道內水流速宜采用經濟流速，必要時可超過5m/s，但不應大于10m/s；據此，筆者選擇管道內的水流速最大值V2=10m/s。

根據上面計算分析，確定管道內輸水流速V范圍：V1＜V≤10m/s。

●3.1.2 供水管道內流速V的計算

式中：

V——水在管道內計算流速；

C——謝才系數；

R——水力半徑；

J——水力坡度。

式中：

n ——管道內壁粗糙度，鋼管一般取0.012。

式中：

A——過流面積；

X——濕周，滿管流時取內壁周長。

式中：

H1，H2——管道兩端的水壓頭；

L——管道長度。

管道水平布置時：

式中：

P1，P2——管道兩端壓強；

ρ——水的密度；

g——重力加速度；

L——管道長度。

●3.1.3 儲水柜所需的供氣源壓力值確定

根據式（2）代入J值推出

式（1）中V1代替式（3）中V，R=d/4則有：

進而推出

式中H1-H2是輸水管道兩端的壓頭差值，則有儲水柜所需的最小壓力：

推出

式中P1、P2單位是MPa，P2為艙體正常使用中的最高使用壓力。

把R=d/4，V=10帶入式（3）則：

則有：

可知儲水柜所需的氣源壓力：

●3.1.4 儲水罐最小儲水量的計算

根據前述滿足滅火噴淋功能的三個條件，計算出的最小儲水量：

式中：

Q——儲水柜的最小儲水量，m3；

S——地板面積，m2；

t——需要的噴淋時間，min，取1；

50×10-3——系數即所需的噴淋強度，m3/min。

3.2 對儲水罐儲水量及氣源壓力的修正

前面的計算是建立在管道在理想狀態的基礎上，水流為穩流狀態，但是在實際中，管道存在拐角和閥門等，這樣也增加了水流的阻力，根據實際情況應增加進口壓頭，這里增加0.1MPa以抵消因管道的轉角等因素而形成的附加阻力（在管道設置應盡量使管道平直鋪設，盡量減少管道折角過多的存在）；若儲水柜與艙體內水噴淋口存在高度差應按照水的靜壓差進行補償(ΔP)；根據GB 50084—2005《自動噴水滅火系統設計規范》中說明，水流量指示器指示值0.02MPa，雨淋閾值0.07MPa，濕式報警閥值為：0.04MPa；則儲水罐所需的最小壓力修正為：P′=P+0.1+ΔP+S′(MPa），這里S′為系統內管道上的各閥值的總和。

特別注意的是修正后的氣源壓力受制于儲水柜本體所能承受的最高壓力的限制。

根據3.1.4中的計算，儲水罐的容量最小應為：Q=50×10-3St，為了保證有效的水量，根據實踐經驗，應增加2．0的系數；即儲水罐的儲水量不應小于2Q(m3)。

3.3 醫用氧艙水噴淋消防系統的功能核查

對安裝完成的醫用氧艙系統的檢驗驗收，消防滅火噴淋系統的功能核查是非常重要的一個環節，正確、規范、有效的完成對醫用氧艙水滅火功能進行核查是保證氧艙在運行中水滅火噴淋裝置隨時投入使用并能達到滅火效果的重要保證。

核查主要內容包括水滅火噴淋系統的設計布置圖，系統中相關設備的有效資料，系統滅火功能的調試記錄和調試報告等，具體如下：

1）核查水滅火噴淋系統的設計布置圖；

2）核查水滅火噴淋系統相關設備的技術資料：

主要包括：（1）核查壓力儲水柜的出廠證明書，合格證及要求的監督檢驗證書的正確性和有效性。主要設計和使用壓力參數的限定，材質證明，儲水柜的容積等；（2）核查消防滅火噴淋連接管道的設計和使用壓力參數，材質證明（應為銅或不銹鋼），管道的規格（內徑、厚度、長度應實際進行測量）；（3）核查壓力儲水柜和壓力管道上的安全附件和系統排氣等設置；（4）核查系統內所設置的閥件、閥門及其它應用設置等。

3）對水滅火噴淋系統進行計算核查：

（1）核算儲水柜的容積是否不小于2Q(m3)；（2)根據式（4）和式（5）的計算值按照3.2進行修正后P′的上、下限值核查壓力儲水柜的氣源壓力P是否在限值內即P′下＜P≤P′上；若計算后上述關系不成立，則說明該水噴淋消防系統不能滿足滅火功能要求，應查找原因，進行整改。

3.4 水噴淋消防系統運行參數的試驗驗證

按照3.3對氧艙水滅火系統進行核查合格后，應通過實際試驗對該系統的功能效果進行驗證，并確定運行過程中的使用參數數值。

試驗驗證的操作步驟和內容如下：

1）檢查氧艙水滅火噴淋系統（艙體內和艙外部）的設置情況應完好，符合要求；氧艙其它系統正常，滿足閉艙加壓要求。

2）關閉艙門，空氣加壓到艙室正常使用時的最高工作壓力。

3）記錄儲水柜的水位高度和壓力數值。

4）滅火裝置啟動，秒表記錄啟動噴淋控制機構至艙體內最不利處噴淋頭開始噴水時間。

5）用秒表記錄噴淋頭開始噴水至噴淋結束的時間（不得小于1min連續噴水）。

6）記錄儲水柜的噴淋后的水位和此時儲水柜的壓力數值。

7）按照上列步驟調整儲水柜的壓力為計算修正后的P′下、P′上值按上述方法各試驗一次，記錄相關數值。

8）把試驗數值填入表1（P′上不得大于儲水罐的設計壓力）。

表1 試驗數值

9）根據表1數據，按照B=G/St,計算出B值。這里B是平均噴水強度，單位m3/(m2·min)；S氧艙艙體內地板面積m2；G為噴水量m3，用儲水柜每次試驗噴水前的液位和噴水后的液位計算出噴水量；t為噴水持續時間min。

10）比較B值。B應滿足標準要求，即B＞50 L/(m2·min)；且應有以下關系成立：

此時B相對應的P值則可確定為氧艙正常使用中，儲水柜應保持穩定的壓力值。對比噴水前、后儲水柜的壓力顯示，以確定為儲水柜提供壓力穩定保證的壓力源的可靠性。

4 案例分析

某醫院安裝的氧艙型號為YC24-2014-15，艙體規格：φ2200×6000mm，實測地板面積為10m2；儲水罐規格：規格φ900×2881mm，容積：1．5m2，設計壓力1.6MPa，儲水罐設置在地下一層；儲水罐出水口至艙體內噴淋口連接管道規格為：φ45×3mm（內徑d為39mm）；實際測量連接管道長度為20m；儲水罐出水口至噴淋口高度差3.5m。該儲水罐采用的氣源壓力為：1.0MPa。分析該氧艙水滅火噴淋系統是否可靠。

1）根據上文中推導出的公式和氧艙系統的條件知道：L=20m，d=39×10-3m，S=10m2；

則有：

把上述值代入式（4）、式（5）計算：

儲水罐最小儲水量：

修正后：

儲水罐儲水量至少應為2Q=1.0m3。

2）從以上計算進行分析如下：

（1）儲水罐容積為1.5m3＞1.0m3，能夠滿足水噴淋系統的儲水量要求；

（2）儲水罐采用的氣源壓力1．0MPa＜P′下，說明加載該系統的壓力不能滿足消防水噴淋功能要求；

（3）儲水罐的設計壓力1.6MPa＜P′上，則加載到儲水罐的氣源壓力不得大于1.6MPa。

3）結論：

（1）對該氧艙消防水噴淋系統，提供穩定氣源壓力應進行修正為：1.022MPa≤P≤1.6MPa；

（2）在儲水罐液位計上標示出最低儲水位置，該位置儲水罐的儲水量應大于等于1.0m3。

在該氧艙水噴淋系統滿足以上運行參數條件時，則該系統能夠達到標準要求的消防噴水能力。

5 結束語

該文章結合河南省醫用氧艙近年來安裝監檢及定期檢驗過程中積累的經驗，闡述了醫用空氣加壓艙水噴淋消防系統使用參數的計算方法，推出了相關計算公式，彌補了現行規定、標準中未涉及的空白；通過分析，確定了對氧艙水噴淋消防系統功能的核查內容和方法，明確了對醫用空氣加壓艙水噴淋消防系統使用參數的試驗驗證方法、步驟、內容，明確了正常運行參數的確定，在保證醫用氧艙的使用安全方面具有積極的探索意義。

[1] 袁素霞．醫用氧艙檢驗[M]．北京：化學工業出版社，2014．

[2] GB/T 50084—2005 自動噴水滅火系統設計規范[S]．

[4] GB/T 2130—2005 醫用空氣加壓氧艙[S]．

[5] 醫用氧艙安全管理規定[S]．

[6] 王強，劉壘．高壓氧醫學教程[M]．北京：軍事醫學科學出版社，2006．

[7] GB/T 16560—2011 甲板減壓艙[S]．

Function Check and Using Parameters Experiment Verifcation for Water Spray Fire Control System in Medical Oxygen Cabin

Song Quanxuan Li Yujun
(The Boiler & Perssure Vessel Safety inspection institute of Henan Province Zhengzhou 450016)

This article systematically expounded function verifcation point for water spray fre control system in the medical oxygen cabin and clarifed theoretical calculation method of using parameter which made up the blank of the current regulations, standards. It made clear the testing method, steps and content for the functions and operation parameters of water spray fire control system and provided assurance of the reliability of water spray fire control system in medical oxygen cabin in the using process.

Medical oxygen cabin Water spray fire control system Experiment verification Function Check

X924

B

1673-257X(2016)12-0038-05

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．12．008

宋全軒(1966～)，男，本科，所長，高級工程師，從事電站鍋爐和醫用氧艙檢驗研究工作。

2016-04-01）