基于事故樹的濕式自動噴水滅火系統可靠性分析

姜佳男

(遼寧省鞍山市消防救援支隊,遼寧 鞍山 114000)

濕式自動噴水滅火系統是較為有效的建筑消防設施,具有較高的滅火及控火能力,被廣泛應用于各類建筑,可有效控制建筑火災風險及危險性。自動噴水滅火系統的及時啟動對初期滅火至關重要。統計數據表明,由于系統失效、人員操作不當等原因,自動噴水滅火系統在工程應用中的實際滅火成功率僅為60%左右,有待進一步提升[1],故此提高自動噴水滅火系統的可靠性對提升滅火成功率及建筑消防安全性具有重要意義。

1 濕式自動噴水滅火系統失效原因

濕式自動噴水滅火系統主要由濕式報警閥組、閉式噴頭、供水設施及供水管網等組成[2]。可能導致系統失效的因素包括人為因素,如設計、施工、驗收不當及在使用過程中缺乏維修及保養等,由于自身系統構造存在問題或使用過程中系統部件受損導致系統失效[3]。

1.1 濕式報警閥組故障模式分析

濕式報警閥組由壓力表、延遲器、壓力開關、水力警鈴、管路及控制閥門等組成,控制水流單向流入噴頭,并在規定流量及壓力下報警,是系統的關鍵組件之一。該部件可能出現的故障包括[4]:①報警管路控制閥關閉。系統運轉正常時,報警管路控制閥應為常開狀態,控制閥被人為關閉導致壓力開關無法報警,系統無法正常啟動。②閥體組件故障。主要包括閥體內有異物卡在通道處,使得報警閥無法正常開啟關閉或堵塞報警信號管路的水流入口,使壓力開關無法報警;壓力開關自身故障,無法發出報警信號。

1.2 閉式噴頭故障模式分析

閉式噴頭在系統中承擔著探測火災、啟動系統與滅火功能,當環境溫度達到臨界值時,閉式噴頭感溫元件動作,開啟系統噴水滅火。閉式噴頭可能出現的故障包括[5]:①噴頭檢查維護不到位。部分場所缺少對噴頭進行定期檢查及維護,導致建筑裝飾裝修過程中噴頭熱敏原件被涂料覆蓋,噴頭對溫度的敏感度下降,無法及時啟動,延誤滅火時機。②濺水盤松動變形。閉式噴頭突受外力作用時,噴頭的濺水盤會出現松動甚至變形等情況,導致濺水盤不能均勻灑水或噴灑范圍出現誤差,無法完全覆蓋著火物,從而影響滅火效果。③閉式噴頭選型錯誤。噴頭的選用應根據應用場所實際情況進行選擇。噴頭選型錯誤可能導致閉式噴頭的熱敏原件無法及時感應溫度或噴水過程受到障礙物的影響,無法快速有效出水滅火。

1.3 供水系統故障模式分析

供水系統主要包括供水設施與供水管網,其是自動噴水滅火系統的基礎。供水系統的主要故障包括:①穩壓泵故障。穩壓泵負責維持系統準工作狀態時的壓力,具有重要作用。穩壓泵啟停壓力設置不合理可能導致穩壓泵頻繁啟動、穩壓泵損壞及穩壓能力不足,令準工作狀態下濕式報警閥組供水側壓力不足,噴頭破裂后報警閥無法打開,系統無法啟動。②管網閥門故障。供水管網閥門主要包括控制閥和止回閥,控制閥應處于常開狀態,被關閉或被異物堵塞會導致系統缺水無法啟動;止回閥最常見的問題是異物堵塞導致閥瓣無法完全關閉,令管網壓力不足,無法滿足系統滅火需要。③消防水泵故障。消防水泵在濕式自動噴水滅火系統中提供穩定的持續供水。消防水泵的故障主要有:水泵啟動時間過長,延誤滅火時機;消防水泵轉速不足,系統壓力和流量無法滿足滅火需要;水泵運行工況不穩定,無法提供穩定的消防用水。

2 濕式自動噴水滅火系統可靠性分析

事故樹分析法常被應用于安全系統工程中。該方法將系統可能發生的某種事故與導致事故發生的各種原因之間的邏輯關系用樹形圖表示出來,即事故樹。為了達到預測與預防事故發生的目的,對事故樹進行定性與定量分析,找出導致事故發生的主要原因,為制定對策提供可靠的依據[6]。

2.1 事故樹的建立

對濕式自動噴水滅火系統故障模式進行分析,建立事故樹,如圖1所示。

圖1 濕式自動噴水滅火系統失效事故樹Fig.1 Wet sprinkler system failure accident tree

圖1中各中間事件A、B、C及基本事件X的定義如下:

T—濕式自動噴水滅火系統失效;A1—管網無水;A2—噴頭故障;B1—消防水源失效;B2—濕式報警閥組故障;B3—噴淋泵及穩壓裝置故障;B4—人為因素;C1—消防水池故障;C2—消防水箱故障;X1—消防水池無水;X2—消防水池止回閥失效;X3—消防水箱無水;X4—消防水箱止回閥失效;X5—報警管路的控制閥關閉;X6—閥瓣被異物卡住;X7—報警管路被異物堵塞;X8—壓力開關損壞;X9—穩壓泵穩壓壓力不足;X10—消防水泵選型錯誤;X11—消防水泵運行不穩定;X12—系統操作不熟悉;X13—部件安裝不合格;X14—系統未定期維護保養;X15—噴頭檢查維護不到位;X16—噴頭濺水盤松動損壞;X17—噴頭選型錯誤。

2.2 最小割集計算

最小割集是導致事故樹頂上事件發生的基本事件的集合,根據布爾代數運算規則可得:

T=A1+A2
=(B1+B2+B3+B4)+(X15+X16+X17)
=(C1*C2)+(X5+X6+X7+X8)+(X9+X10+X11)+(X12+X13+X14)+(X15+X16+X17)
=X1X3+X1X4+X2X3+X2X4+X5+X6+X7+X9+X9+X10+X11+X12+X13+X14+X15+X16+X17

計算可得該事故樹共有17個最小割集,分別為:{X1X3}、{X1X4}、{X2X3}、{X2X4}、{X5}、{X6}、{X7}、{X8}、{X9}、{X10}、{X11}、{X12}、{X13}、{X14}、{X15}、{X16}、{X17},即導致濕式自動噴水滅火系統失效的基本事件共有17種。

2.3 事故樹分析

可以看出,事故樹的最小割集共17種,相對較多,說明系統存在較多的影響因素。盡管濕式自動噴水滅火系統是目前最有效的滅火系統之一,但也會因為各種各樣的影響因素導致無法快速準確滅火[7]。影響濕式自動噴水滅火系統可靠性的基本事件較多也較為密集,需對其進行分類重點管理。

閥門關閉。結合實際應用情況,濕式自動噴水滅火系統閥門的人為關閉是造成系統失效的最重要因素。當管網的閥門由于損壞或人為原因關閉時,濕式自動噴水滅火系統將處于癱瘓狀態,火災時無法提供足夠的水量及水壓,導致錯過初期火災撲滅的最佳時間。

管網堵塞。根據自動噴水滅火系統相關規范,配水管道內外壁都應進行防腐處理。但在實際工程中為了節省開支,大部分管網采用普通鋼管,未經防腐處理,長期使用后由于腐蝕或其他原因導致管網出現堵塞或破損等情況。

噴頭堵塞。濕式自動噴水滅火系統由噴頭出水進行滅火,當噴頭堵塞時,系統必然無法提供滅火所需的水量及水壓,導致系統失效。當噴頭堵塞時,出水量及水壓不足,出水時間可能會滯后錯過最佳滅火時間,導致出水的覆蓋范圍不均,使水無法大量到達可燃物。

止回閥關閉不嚴。管路止回閥對系統狀態有著重要影響,應引起充分重視,止回閥關閉不嚴會導致供水管網壓力不足,令系統無法正常啟動或流量與壓力不足,無法達到滅火目的。

3 改進措施

根據濕式自動噴水滅火系統存在的問題,需進行改進,確保其高效可靠。改進措施主要包括以下兩個方面。

3.1 系統維護

為了保證濕式自動噴水滅火系統始終處于正常的工作狀態并在火災時能夠迅速啟動并有效撲滅或控制火勢,對其日常維護管理就顯得十分重要。系統日常管理與維護主要包括以下幾個方面:①噴頭管理與維護。定期對噴頭進行檢查,發現噴頭漏水、被腐蝕、玻璃球變色、玻璃球內液體數量減少等現象時應進行維護或更換。發現噴頭有積滯的塵埃覆蓋時,及時清除,以免影響噴頭動作。發現噴頭周圍有影響噴頭動作及阻礙水到達可燃物的障礙物時應及時清除。②水源與供水設施管理及維護。指定人員定期對消防水池、高位消防水箱等消防設備的水位及消穩壓設備狀態進行檢查。定期對消防設備及消防水源的供水能力進行檢測,保證其滿足系統要求。③報警閥組的管理與維護。定期對報警閥組進行外觀檢查及功能測試,檢查各組件工作是否正常,如不能正常工作應及時維修。④管路管理與維護。定期檢查清理設置在消防水箱出水管、噴淋泵或穩壓泵吸水管上的過濾器,發現雜質較多時及時檢查止回閥工作狀態,檢測到止回閥關閉不嚴時及時清理管路雜質,保證其正常工作[8]。⑤閥門的定期檢查。定期對閥門進行檢查維護,確保閥門可靠有效,防止閥門誤開誤關及損壞。

3.2 制度管理

加強監督檢查。檢查過程中,監督檢查人員應及時發現系統存在的問題,加強跟蹤回訪,確保整改落實到位。此外,自動噴水滅火系統應定期進行檢查維護,但部分單位對此并不重視,導致自動噴水滅火系統長期帶病運行。應由消防技術服務機構每年進行一次全面檢查及測試,發現問題及時處理。

加強日常檢查巡查。使用單位應對系統中的關鍵部位做好巡查,如閥門、報警閥組、高位水箱及穩壓裝置、消防水泵房及末端試水裝置等,定期進行外觀檢查及性能測試[9]。檢查、巡查要做好記錄,落實好日檢、周檢、月檢、年檢制度,其中月檢和年檢要對系統內的每個關鍵部位做仔細檢查,發現問題及時匯報給管理人員并進行維修。

加強消防安全培訓。消防控制室值班操作人員必須持證上崗,定期開展消防安全培訓,確保其熟練掌握消防設施操作方法,一旦發現火災,能夠迅速啟動各類消防設施,避免延誤最佳滅火時機。