某地下酒窖水噴霧滅火系統設計

楊永剛

（中鐵隧道勘察設計研究院有限公司，廣東 廣州511458）

1 工程概況

某地下酒窖位于某酒廠中部的一個山體下，總共有5 個巷道，其中1 號巷道約230 米，2 號巷道約220 米，3 號巷道約210米，4 號巷道約190 米，5 號巷道約110 米，隧道斷面總寬約11米，其中儲酒室洞寬約7 米，疏散通道約4 米，洞高約8.6 米，單個洞庫房間約160 平米。地下酒窖效果圖見圖1，單個洞室平面圖見圖2。

圖1 地下酒窖效果圖

圖2 單個洞室平面圖

2 水噴霧滅火系統介紹

按照《酒廠設計防火規范》（GB50694-2011）及《建筑設計防火規范》（GB50016-2014，2018 版）可知，地下酒窖屬于人工洞白酒庫，其火災危險等級為甲類，按照《酒廠設計防火規范》7.2.2條規定應設置水噴霧滅火系統或泡沫滅火系統，鑒于儲存白酒為價值不菲的名酒，滅火后應考慮回收利用，因此本次酒窖洞室滅火措施采用水噴霧滅火系統更為妥當。

2.1 水噴霧滅火系統滅火機理

水噴霧滅火系統是利用水霧噴頭在一定水壓下將水流分解成細小水霧滴進行滅火或防護冷卻的一種固定式滅火系統。

水噴霧滅火系統通過改變水的物理狀態，利用水霧噴頭使水從連續的灑水狀態轉變成不連續的細小水霧噴射出來，水霧可迅速汽化，從而有效的提高水的滅火效率，增加冷卻效果；另外水霧迅速汽化也可以有效隔離空氣，形成窒息效果，阻止燃燒。如果應用在引發火情為可溶于水的液體燃燒物時，水霧滴可稀釋在燃液體，達到阻燃作用；此外，水霧在蒸發時會吸取熱量，降低可燃液體和火情現場溫度，進而撲滅火情。由此可知，水噴霧滅火系統主要就是通過沖擊乳化、冷卻降溫、窒息和稀釋的作用控制及撲滅火情。由于它具有較高的電絕緣性能和良好的滅火性能，水噴霧滅火系統廣泛用于撲救固體物質火災、丙類液體火災、飲料酒火災和電氣火災，并可用于可燃氣體和甲、乙、丙類液體的生產、儲存裝置設施的防護冷卻。

2.2 水噴霧滅火系統組成

水噴霧滅火系統由水源、供水增壓設備、過濾器、雨淋閥組、信號閥、管網、水霧噴頭、火災探測器、火災控制器等設備和組件組成，如圖3。

圖3 水噴霧滅火系統的組成

水噴霧滅火系統中雨淋閥組和水霧噴頭是整個系統中最為重要的組件，其中雨淋閥組主要作用是自動報警和控制；水霧噴頭主要作用是在一定壓力下利用離心或撞擊原理將水流分解為小于1mm 以下的水滴，從而達到滅火效果。

2.2.1 雨淋閥組

水噴霧滅火系統組的雨淋閥主要有角式雨淋閥和直通式雨淋閥兩種，其中角式雨淋閥進水和出水方向成90°，水力摩阻較大，適合用于需要改變安裝方向的場所；直通式雨淋閥進水和出水方向一致，水力摩阻較小，水力性能好。本次地下酒窖水噴霧滅火系統采用直通式雨淋閥組作為報警和控制組件。典型直通式水噴霧雨淋閥組如圖4。

雨淋閥組主要由信號蝶閥、雨淋報警主閥、水力警鈴、壓力開關、調試閥及電磁閥組成。其中信號蝶閥主要用于檢修時關閉水流、雨淋閥報警主閥平時關閉，火災時自動打開向管網供水、水力警鈴用于產生聲音報警、壓力開關用于產生報警電信號或啟動水噴霧泵、調試球閥用于在雨淋閥關閉的情況下調試警鈴、電磁閥用于電動控制打開，進而控制雨淋報警主閥。

圖4 典型直通式雨淋閥組

雨淋閥有自動控制和手動控制兩種方式。自動控制是當保護區發生火災時，通過火災報警控制器直接打開雨淋閥組的電磁閥，使閥腔內的水快速排出，進而啟動主閥；手動控制是工作人員手動打開控制管路上的手動球閥排出閥腔內的水，進而啟動主閥，使管網充水進行滅火。

2.2.2 水霧噴頭

水霧噴頭按結構類型可分為離心霧化型水霧噴頭和撞擊型水霧噴頭。離心霧化噴頭是由主體、渦流器組成，在較高壓力下水流通過噴頭內部離心旋轉形成水霧噴射出來，這種噴頭噴射的水霧具有良好的電絕緣性和霧化效果，但水霧噴頭的通道較小，時間長了容易堵塞，因此在雨淋閥入口前必須設置管道過濾器。撞擊型水霧噴頭是將壓力水流通過撞擊外置的濺水盤，通過濺水盤將水流分散成錐形水霧，這種水霧噴頭不易堵塞，但所需壓力一般較高。水霧噴頭的霧化效果與噴頭的工作壓力有直接關系，正常情況下，噴頭工作壓力越高，其水霧霧滴粒徑越小，霧化效果越好，滅火效率越高，但過高的工作壓力會增加投資造價。離心霧化噴頭和撞擊型噴頭見圖5 和圖6。

圖5 離心型水霧噴頭

圖6 撞擊型水霧噴頭

2.3 水噴霧滅火系統工作原理及控制

2.3.1 系統工作原理

水噴霧滅火系統的工作原理是當系統的火災探測器發現火災后，自動或由手動打開雨淋報警閥組，同時發出火災報警信號給報警控制器，并啟動消防水泵，通過供水管網到達水霧噴頭，水霧噴頭噴射水霧進行滅火。

2.3.2 系統控制方式

水噴霧滅火系統設有自動控制、遠程控制和應急操作三種控制方式。

2.3.2.1 自動控制是指水噴霧滅火系統的火災探測、報警部分與供水設備、雨淋閥組等組件自動聯鎖操作的控制方式。當火災報警系統接收到報警信號（同一報警區域內兩只及以上獨立的感溫火災探測儀或一只火災感溫探測儀與一只手動火災報警器按鈕）時，消防聯動控制器自動聯動啟動水噴霧泵和雨淋閥，使管網充水進行滅火。

2.3.2.2 遠程控制是人為遠距離操作供水設備、雨淋閥組等系統組件的控制方式。遠程控制分為遠程自動控制和遠程手動控制。

（1）遠程自動控制是消防聯動控制器處于自動控制狀態下,當火災報警系統接收到（水噴霧泵上的壓力開關或高位消防水箱出水管的流量開關或雨淋報警閥組的壓力開關）報警信號時，作為觸發信號，消防聯動控制器遠程聯動啟動水噴霧泵及雨淋閥；

（2）遠程手動控制是指水噴霧泵控制箱（柜）和雨淋閥組的電磁閥的啟動和停止按鈕用專用線路直接連接至設置在消防控制室內的消防聯動控制器手動控制盤，通過手動控制盤遠程手動啟動消防水泵和雨淋閥。

2.3.2.3 應急操作是指人為現場操縱供水設備、雨淋閥組等組件的控制方式。

3 水噴霧滅火系統計算

水噴霧滅火系統的設計應使噴霧噴頭布置在被保護物的周圍，使水霧包圍覆蓋容易發生火災或需冷卻的設備或裝置。因此噴頭的布置及增壓設備的選型是水噴霧滅火系統中非常重要的環節，是決定水噴霧滅火系統成敗的決定性因素。水噴霧滅火系統計算主要用于確定水噴霧系統流量、壓力，確定水噴霧管道規格以及水霧噴頭個數、間距及型號等。

3.1 系統參數確定

本次地下酒窖儲存物為白酒，按照《酒廠設計防火規范》（GB50694-2011）中7.2.6 條規定用于滅火為目的系統，最不利噴頭的最低工作壓力為0.4MPa，設計噴霧強度為20L/（min·m2），持續噴霧時間為0.5h，系統的響應時間不應大于45s，水噴霧保護面積應為每個獨立防火分區的建筑面積。但是按照《水噴霧滅火系統技術規范》（GB50219-2014）中表3.1.2、3.1.3 及3.1.4 條要求，用于滅火為目的系統，最不利噴頭的最低工作壓力為0.35MPa，系統響應時間為60s，水噴霧保護面積為被保護對象扣除底面面積外的表面積之和。本人認為地下酒窖的水噴霧滅火系統參數應取兩本規范中規定值的大者，即設計壓力應取0.4MPa，設計噴霧強度取20L/（min·m2），持續噴霧時間取0.5h，系統的響應時間不應大于45s，水噴霧保護面積為單個洞室建筑面積，即160m2。

3.2 系統水力計算

3.2.1 系統流量計算

單個水霧噴頭流量按如下公式進行計算：

其中q：水霧噴頭流量（L/min）

P：水霧噴頭的工作壓力（MPa）；

K：水霧噴頭的流量系數，取值由噴頭廠家提供。

水霧噴頭參照選取國家標準圖集04s206 中ZSTWB 類中高閃點水霧噴頭，流量系數為42.8，噴射角120°，有效射程2.0m。經計算得出單個噴頭流量為85.6L/min。

單個洞室防護面積為160m2，因此單個洞室所需噴頭數量

其中N：單個洞室所需噴頭數；

S：單個洞室保護面積（m2）；

W：保護對象的設計水噴霧強度L/（min·m2）。

經計算得出N=38，因此可知單個洞室最少需要設置38 個噴頭。

3.2.2 噴頭布置

水噴霧噴頭平面布置采用矩形布置，根據《水噴霧滅火系統技術規范》（GB50219-2014）中3.2.4 條可知水霧噴頭之間的距離不應大于水霧噴頭水霧錐角圓半徑的1.4 倍。水霧錐角圓半徑按下式計算：

其中B：水霧噴頭與保護對象之間的距離；

θ：水霧噴頭霧化角。

本項目水霧噴頭與保護對象距離取0.8m，噴頭霧化角為120°，計算可得：

R=1.38m，因此噴頭間距取L=1.4×1.38=1.93m，因此噴頭間距圓整后取2.0m。噴頭平面及斷面布置見圖7 和圖8。

圖7 洞室內水霧噴頭布置圖

根據噴頭間距要求在平面圖上布置噴頭后得出單個洞室需要44 個噴頭（大于38 個），符合系統要求，整個洞室水噴霧水量Q=44×85.6=63L/s，按《水噴霧滅火系統技術規范》（GB50219-2014）中要求，系統總水量需要考慮1.05 的安全系數，因此總水量Q 總=63×1.05=66L/s，圓整后整個水噴霧滅火系統的設計水量取70L/s。

圖8 洞室內水霧噴頭斷面圖

3.2.3 系統水力計算

管道系統水頭損失計算按海曾威廉公式進行：

其中i：管道單位長度水頭損失；Ch：海曾威廉系數。

噴頭布置圖詳見圖7，經水力計算后結果如表1。

表1 洞室內水噴霧管道水頭損失表

由此可知節點8 處管道壓力為0.40MPa+0.33m=0.43Mpa。選定水噴霧主管管徑為DN200，長度約220m，水頭損失計算約為7m，接管處與水霧噴頭標高差約6m，雨淋閥損失及閥門各按2m 計，由此可得水噴霧滅火系統接口處壓力約為60m，即為0.6MPa。

4 結論

通過計算得出該地下酒窖水噴霧滅火系統設計流量為70L/s，與廠區管網接管處壓力需0.6MPa，水噴霧主管管徑DN200 選型是比較合理、經濟的。水噴霧滅火系統設計需要注意以下幾個關鍵點：（1）合理正確的選擇設計參數，設計參數應根據建筑物類型及功能按照《水噴霧滅火系統技術規范》及相關行業標準確定。（2）合理選擇水霧噴頭和設置水霧噴頭與保護對象的距離，從而確定比較合理的噴頭間距和數量。（3）通過水力計算合理選擇經濟管徑以減少管道摩阻和管網系統建設費用。