淺談自動噴水滅火系統設計

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

自動噴水滅火系統用于人員密集、不易疏散、外部增援滅火與救生較困難及火災危害性較大的化工廠等。該系統從起始點消防水源至終點灑水噴頭，每個單元均應設計合理，才能保證其滅火成功。其中設計計算是自動噴水滅火系統設計中的核心，涉及到系統的可靠性，經濟性。

1 系統分類及主要組件

根據系統的作用形式和特點，自動噴水滅火系統分為濕式滅火系統、干式滅火系統、預作用系統、重復啟閉預作用系統、雨淋系統、水幕系統和自動噴水-泡沫聯用系統等7種形式。

自動噴水滅火全系統由灑水噴頭、報警閥組、水流報警裝置（壓力開關或水流指示器）等組件，以及管道、供水設施和火災探測器等組成。

1.1 噴頭

1.1.1 常用的噴頭形式有：閉式噴頭、開式噴頭、特殊噴頭和自動噴水-泡沫聯用系統的噴頭。其中：閉式噴頭，在噴頭的噴口處設有定溫封閉裝置，當環境溫度達到其動作溫度時，該裝置可自動開啟，一般定溫裝置有玻璃球形和易熔合金兩種形式，為防誤動作，選擇噴頭時，要求噴頭的工程動作溫度比使用環境的最高溫度要高30℃。噴頭在動作噴水后需更換定溫裝置。可用于濕式系統、干式系統、預作用系統、重復啟閉預作用系統。開式噴頭，是不安裝感溫元件的噴頭，用于雨淋系統或水幕系統。特殊噴頭，包括快速響應灑水噴頭、早期擬制快速響應灑水噴頭和擴大覆蓋面灑水噴頭。自動噴水-泡沫聯用系統的噴頭：包括水泡沫噴頭、水噴霧噴頭和自動噴水噴頭。

1.1.2 噴頭的布置間距

噴頭的布置間距是自動噴水滅火系統設計的重要參數，其中設置場所的火災危險等級對噴頭布置起決定性因素。噴頭間距過大會影響噴頭的開放時間及系統的控、滅火效果，間距過小會造成作用面積內噴頭布置過多，系統設計用水量偏大。為控制噴頭與起火點之間的距離，保證噴頭開放時間，又不致引起噴頭開放過多，應按相關規范要求的布置間距和噴頭最大保護面積設計，確保噴頭既能適時開放，又能使系統按設計選定的強度噴水。

1.2 報警裝置

報警閥：報警閥的作用是開啟和關斷管網的水流，傳遞控制信號至控制系統并啟動水力警鈴直接報警。包括濕式、干式、干-濕式和雨淋式。水流報警裝置：主要包括水力警鈴、水流指示器及壓力開關。延遲器：罐式容器，安裝于報警閥與水力警鈴或壓力開關之間，防止水源壓力波動引起誤報警，延遲15～90s之間可調。

1.3 管道

配水管道可采用內外壁熱鍍鋅鋼管、銅管、不銹鋼管和氯化聚氯乙烯（PVC-C）管。當報警閥入口前管道采用不防腐的管道時，應在報警閥前設置過濾器。當系統中設有2個及以上報警閥組時，報警閥組前設置成環狀供水管道，其上設置信號閥，如不采用信號閥時，需設鎖具鎖定閥位。為了充水時易于排氣，維修時易于排盡管道內積水。水平設置的管道要求有坡度，并坡向泄水管。

1.4 供水設備和設施

1.4.1 消防噴淋水泵

為了保證系統供水的穩定性，噴淋水泵需獨立設置，并設置備用泵。對于一些改造項目，消火栓和噴淋共用水泵時，管道需在報警閥前分開，采取措施確保消火栓用水不影響噴淋用水。

1.4.2 氣壓供水設備

對于一些改擴建項目，原設計沒有設置高位消防水箱并且現在也沒有條件增設時，該噴淋系統需要設置氣壓供水設備。氣壓供水設備的有效容積按最不利處的4只噴頭在最不利工作壓力時5min的用水量來確定，最大不超過18m3。

1.4.3 高位水箱

高位消防水箱設置于臨時高壓給水系統的自動噴水滅火系統中最高建筑物的屋頂或水箱間，可以為系統提供所需水壓，使管道內水壓滿足最不利消火栓使用要求。并能保證初期火災的用水量和水壓，在消防噴淋水泵故障時，能夠提供應急水，以控制初期火災和爭取救援時間。

1.4.4 水泵接合器

自動噴水滅火系統供水管道需設置水泵接合器（10～15L/s），其數量根據系統設計流量確定。當其供水流量和壓力不能滿足最不利點處噴頭的流量和壓力時，需設置接力供水設施。接力供水設施主要由接力水箱、接力水泵及消防水泵接合器等組合而成。

1.4.5 火災探測器

火災探測器有感煙型、感溫型、感光型、可燃氣體探測器等形式，該系統由電氣自控專業負責設計。

1.4.6 其他

自動噴水滅火系統還需根據規范要求設置信號閥、閥門、末端試水裝置等等。

2 設計計算

2.1 化工場所的火災危險等級

首先根據設計對象的用途、儲存化工物料的性質及規模等因素，分析其火災特點和噴頭滅火的難易程度確定。

2.2 設計基本參數

根據火災危險等級確定噴水強度、作用面積及噴頭工作壓力、噴頭最大保護面積、噴頭間距等等。

2.3 布置形式

常見的噴頭布置形式有：正方形布置、矩形布置及菱形布置。

2.4 布置要求

噴頭布置應滿足自身的布水特性和水力特性，最大和最小間距要求，且不超過其最大保護面積；噴頭需設置在有利于噴水且易于接觸火災氣流的位置，同時避免障礙物的阻擋。具體要求詳見《自動噴水滅火系統設計規范》第7章節。

2.5 設計流量的計算

常見的計算方法有3種。作用面積法：其實質為估算法，即作用面積與噴水強度的乘積再乘以1.15～1.30的系數，不考慮管徑對流量的制約。此方法用于設計初期估算設計流量，從而選定噴淋水泵。粗算法：最不利作用面積內最不利點處噴頭工作壓力不低于0.05MPa作為終點壓力，不計算其它噴頭與支管連接的短立管的水頭損失和高差勢能。精算法：最不利作用面積內最不利點處噴頭工作壓力應經計算確定。

式中q—噴頭出流量（L/min）；

P—噴頭的工作壓力（MPa）；

K—噴頭的流量系數。

系統的設計流量，按最不利點作用面積內噴頭噴水的總流量來確定，公式如下：

Q—系數設計流量（L/s）；

qi—最不利點處作用面積內各噴頭節點的流量（L/min）；

n—最不利點處作用面積內的灑水噴頭數。

2.6 計算系統供水壓力和水泵揚程

根據系統設計流量計算最不利點處作用面積末端至消防噴淋水泵吸水口的水頭損失，確定系統所需壓力。

消防噴淋水泵的揚程或系統入口的供水壓力具體計算公式見《自動噴水滅火系統設計規范》9.2.4條。

2.7 減壓措施

根據規范要求核實系統是否需要減壓，常用的減壓方法有：設置減壓孔板、節流管、減壓閥以及縮小配水支管的管徑等。

3 結論

目前，我國化工行業發展迅速，陸續建成了大批大型化工廠，涉及許多大型化工裝置及配套的附屬設施等，其消防設計難度不斷加大。因此，自動噴水滅火系統的設計要密切結合被保護對象的功能及火災特點，采用新技術、新材料、新設備，做到安全可靠、經濟合理。以期更好地適應我國化工行業的高速發展。