重康动力（深圳）有限公司

摘要： 根据《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95）1997年的修订条文表明，高层建筑内的发电机房应设置自动喷淋灭火系统，而以往发电机房则采用气体灭火系统。目前水喷雾灭火系统的喷头布置一般采用平面布置和立体布置两种方法。康明斯公司在本文探讨了高层建筑内柴油发电机房水喷雾灭火系统的设计，详述了平面和立体布置法两种设计方案，经比较后推荐采用平面布置法。本文围绕水喷雾灭火机理、水喷雾系统组成及特点、设计方案三个方面进行系统论述，为高层建筑柴油发电机房水喷雾灭火系统的设计提供参考。

 

一、水喷雾灭火机理

 

水喷雾消防安全系统工作时，水通过专用的喷洒装置后，形成细小水雾形态，对火情进行扑灭和控制，由于形成的水雾非常细小，喷发到火灾现场时，水雾可以迅速汽化，因此可以有效的提高水的灭火效率，增加冷却效果，根据计算使用大约1千克水就可以在火灾现场吸收4504千焦耳的热量。所以，水喷雾消防装置可以通过物理和化学作用有效的控制、扑灭火情，冷却火灾现场。而且，水雾在火灾现场中可以迅速汽化，如果空气中包含35%以上的水蒸气时，可以有效隔离氧气，形成窒息效果，阻止燃烧。

1. 冷却降温机理

（1）水雾汽化吸热

水雾喷入火场后迅速汽化，汽化过程吸收大量热量。根据计算，使用大约1千克水就可以在火灾现场吸收4504千焦耳的热量。水雾汽化吸热能够迅速降低燃烧区域的温度，使燃烧反应减缓或停止。

（2）冷却燃烧物表面

水雾直接喷射到燃烧物表面，通过热传导和对流换热降低燃烧物表面温度，使燃烧物温度降至燃点以下，从而阻止燃烧的继续进行。

（3）冷却火灾现场环境

水雾在火场中汽化吸热，降低火场环境温度，减少热辐射对周围设备和人员的危害，为消防人员接近火场和灭火作业创造条件。

2. 窒息灭火机理

（1）水蒸气隔离氧气

水雾在火灾现场中可以迅速汽化，如果空气中包含35%以上的水蒸气时，可以有效隔离氧气，形成窒息效果，阻止燃烧。水蒸气在燃烧区域形成屏障，阻止新鲜空气进入，使燃烧因缺氧而熄灭。

（2）稀释氧气浓度

水雾汽化产生的水蒸气与空气混合，降低燃烧区域空气中的氧气浓度，当氧气浓度降至维持燃烧所需的最低浓度以下时，燃烧即停止。

（3）窒息与冷却的协同作用

窒息和冷却作用相互配合，能够更有效地控制和扑灭火情。冷却作用降低燃烧物温度，窒息作用隔绝氧气供应，两者协同作用使灭火效果更加显著。

3. 乳化灭火机理

（1）不溶于水的液体燃烧物

如果遇到引发火情的燃烧物是液体，而且不溶于水的情况时，水喷雾消防装置可以对燃烧物起到冲击效果，形成乳化层并有效阻止液体燃烧。乳化层的形成能够隔绝氧气，阻止可燃液体的继续燃烧。

（2）乳化层的形成过程

水雾冲击燃烧的液体表面，使液体与水混合形成乳化液。乳化液在燃烧物表面形成一层致密的覆盖层，隔绝氧气，阻止可燃蒸气逸出，从而阻止燃烧。

（3）乳化灭火的适用范围

乳化灭火机理主要适用于不溶于水的液体燃烧物，如柴油、汽油等油类火灾。对于柴油发电机房内的柴油火灾，乳化灭火机理具有重要的应用价值。

4. 稀释灭火机理

（1）溶于水的液体燃烧物

如果应用在引发火情的燃烧物是液体，而且可以溶于水的情况时，水喷雾消防装置可以使用水稀释可燃液体，当可燃液体稀释到一定的程度时，就可以达到阻燃的作用，而且，水雾在蒸发时会吸取热量，降低可燃液体和火情现场的温度，更有效的扑灭火情。

（2）稀释阻燃的原理

水与可燃液体混合，降低可燃液体的浓度，当可燃液体浓度降至维持燃烧所需的最低浓度以下时，燃烧即停止。稀释阻燃适用于水溶性可燃液体火灾。

（3）稀释与冷却的协同作用

稀释和冷却作用相互配合，能够更有效地扑灭水溶性可燃液体火灾。稀释作用降低可燃液体浓度，冷却作用降低燃烧物温度，两者协同作用使灭火效果更加显著。

5. 灭火机理的综合作用

（1）冲击乳化的作用

水喷雾消防装置主要就是通过冲击乳化、冷却降温、窒息、稀释的作用控制和扑灭火情。冲击乳化作用通过水雾冲击燃烧物表面，形成乳化层，隔绝氧气。

（2）冷却降温的作用

冷却降温作用通过水雾汽化吸热和直接冷却燃烧物表面，降低燃烧区域温度，使燃烧反应减缓或停止。

（3）窒息的作用

窒息作用通过水蒸气隔离氧气和稀释氧气浓度，使燃烧因缺氧而熄灭。

（4）稀释的作用

稀释作用通过水稀释可燃液体，降低可燃液体浓度，使燃烧停止。

（5）四种作用的相互配合

四种作用相互配合，能够有效应对不同类型的火灾，是水喷雾灭火系统具有广泛应用前景的重要原因。对于柴油发电机房内的柴油火灾，冷却降温和窒息作用起主要作用，乳化作用起辅助作用。

 

二、水喷雾系统组成及特点

 

柴油发电机房水喷雾系统的组成如图1所示，工作流程如图2所示。

1. 系统组成

（1）雨淋阀组

雨淋阀组是水喷雾灭火系统的核心控制部件，用于控制水流的通断。雨淋阀组通常由雨淋阀、电磁阀、手动阀、压力开关等组成，能够在火灾探测器发出信号后自动开启，向管网供水。

（2）水源控制阀

水源控制阀用于控制系统与水源之间的通断，便于系统维护和检修。水源控制阀通常采用闸阀或蝶阀，应保持常开状态。

（3）试验阀

试验阀用于系统定期试验，检验系统的工作状态。试验阀通常安装在雨淋阀组附近，通过开启试验阀可以模拟火灾信号，检验系统的响应时间和工作状态。

（4）回流阀

回流阀用于系统试验后将水回流至水池，避免水资源浪费。回流阀通常安装在试验阀下游，通过回流管将试验用水引回水池。

（5）管网

管网是水喷雾灭火系统的输送通道，由配水管、配水支管和连接管组成。管网应采用镀锌钢管或不锈钢管，能够承受系统的工作压力。

（6）水雾喷头

水雾喷头是系统的重要组件，用于灭火的水雾喷头压力不应小于0.35MPa；用于防护冷却的压力不应小于0.2MPa。水雾喷头的作用是将水流雾化成细小水滴，形成水雾，提高灭火效率。

（7）火灾探测器

火灾探测器用于监测火灾信号，当检测到火灾时发出报警信号，启动雨淋阀组和供水设备。火灾探测器通常采用感温探测器或感烟探测器。

（8）供水设备

供水设备用于向系统提供灭火用水，通常包括消防水池、消防水泵和稳压设备。供水设备应保证系统在火灾时能够提供足够的水量和水压。

（9）控制柜

控制柜用于系统的自动控制和监测，能够接收火灾探测器的信号，控制雨淋阀组和供水设备的启动，监测系统的运行状态。

2. 水喷雾特点

（1）兼具直接灭火和防护冷却功能

在以水为灭火剂的自动灭火系统中，水喷雾灭火系统是唯一兼有直接灭火和防护冷却功能的固定灭火系统。直接灭火功能通过水雾的冷却、窒息、乳化和稀释作用实现；防护冷却功能通过水雾对保护对象的冷却作用实现。

（2）灭火效率高、耗水量小

水喷雾灭火（水滴直径不大于1000μm）的效率比自动喷水灭火系统的水滴（水滴直径2000-4000μm）高，耗水量较小。水雾的比表面积大，汽化速度快，吸热效率高，灭火效果显著。

（3）具有乳化和稀释作用

水喷雾系统是直接向保护对象表面喷射水雾的方式实现其防护目的的，还具有乳化和稀释的作用。乳化和稀释作用使水喷雾系统能够应对不同类型的液体火灾。

（4）响应时间要求明确

水喷雾灭火系统对发电机房响应时间有明确的要求，用于灭火时间不应大于45s。快速响应能够及时控制火情，减少火灾损失。

（5）安全环保

水喷雾灭火系统以水为灭火剂，无毒无害，对环境无污染，对人员和设备无损害。水喷雾灭火系统适用于有人场所和对环保要求高的场所。

（6）适用范围广

水喷雾灭火系统适用于扑灭固体火灾、液体火灾和电气火灾，广泛应用于发电机房、变压器室、配电间、油浸电力变压器等场所。

 

图1 发电机房喷淋灭火系统演示图

图2 水喷雾系统启动步骤图

 

三、设计方案

 

以深圳高层楼宇的地下室发电机房内设有一组常载500kW自启动康明斯柴油发电机组为例。

1. 平面布置法

由于高层建筑物内的自备发电机组及油箱高度较低，故可采用平面布置法来设计水喷雾灭火系统，如图3所示。

（1）确定设计喷雾强度W

柴油发电机房火灾定性为液体火灾。发电机组一般选用0号柴油，其闪点≥65℃，经查《水喷雾灭火系统设计规范》（以下简称《喷雾规范》）设计喷雾强度为20L/（min·m²）、持续喷雾时间为0.5h。

（2）计算保护面积S

发电机房的保护面积按机房实际使用面积来计算（应扣除墙、柱的面积），S发=50.15m²。储油间的保护面积为储油间的实际使用面积，S储=3.20m²。储油间设在发电机房内，由于火灾时对发电机组威胁大而占地面积不大，故可与发电机房视为同一保护区，即水雾喷头同时喷雾。

（3）计算水雾喷头流量q

要计算q，首先要确定水雾喷头的型号。为了节约投资应选雾化角较大的喷头以保证其在相同的水压下保护面积较大，一般选用ZSTG10/114型高速喷射器（黄铜材质），该喷射器雾化角较大、流量适中，适用于保护闪点在66℃以上的易燃液体。

 

$$\begin{array}{cc}\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">q</span>}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}\sqrt{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">10</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">P</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">\approx </span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">81.94</span>}\text{<span style="font-size: 14px;">L/min</span>}& \text{<span style="font-size: 14px;">(公式1)</span>}\end{array}$$

式中，P为最小灭火压力，P=0.35MPa；K为水雾喷头流量系数，K=43.8。

（4）计算所需喷头的最小数量N

$$\begin{array}{cc}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">N</span>}}_{\text{<span style="font-size: 14px;">发</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>\frac{{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">S</span>}}_{\text{<span style="font-size: 14px;">发</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">\cdot </span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">W</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">q</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">\approx </span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">12</span>}\text{<span style="font-size: 14px;">个</span>}& \text{<span style="font-size: 14px;">(公式2)</span>}\end{array}$$
$$\begin{array}{cc}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">N</span>}}_{\text{<span style="font-size: 14px;">储</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>\frac{{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">S</span>}}_{\text{<span style="font-size: 14px;">储</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">\cdot </span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">W</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">q</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">\approx </span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1</span>}\text{<span style="font-size: 14px;">个</span>}& \text{<span style="font-size: 14px;">(<span style="font-family: Arial, Verdana, sans-serif;">公式</span><span style="font-family: Arial, Verdana, sans-serif;">3)</span></span>}\end{array}$$

（5）喷头布置

喷头的合理布置可使喷雾均匀地完全覆盖保护对象以确保喷雾强度。《喷雾规范》第3.2.3条规定“水雾喷头与保护对象之间的距离不得大于水雾喷头的有效射程”，第3.2.4条规定“水雾喷头的平面布置方式可为矩形或菱形。当按矩形布置时，水雾喷头之间的距离不应大于1.4倍水雾喷头的水雾锥底圆半径；当按菱形布置时，水雾喷头之间的距离不应大于1.7倍水雾喷头的水雾锥底圆半径”，故应根据喷头有效射程、水雾锥底圆半径来布置喷头，也就是说水雾要直接喷射到并完全覆盖保护对象。水雾喷头用于灭火时的水平射程宜算到喷头水平喷射曲线上线最高点止，当P=0.35MPa时，ZSTG10/114型喷头的水平有效射程为1.70m，垂直有效射程为3m。设计中应注意喷头与油箱的距离≤0.7m，喷头布置后还应校核喷头间距及水雾覆盖情况。

① 发电机房：发电机组高度按2m计，喷头安装高度距发电机组1.3m，水雾锥底圆半径R为1.5m；喷头间距为1.9m<1.4R（2.1m）；角a与喷头间距为1.46m<1.5m；角b与喷头间距为1.21m<1.5m。

② 储油间：油箱顶面距地面高度按2m计，喷头安装高度距油箱0.7m，水雾锥底圆半径R=0.94m。喷头距地2.7m，水雾锥底圆半径R=2.3m。储油间为三角形，油箱只可放在fg-h-ij范围内，可按R=0.94m来校核f、g、h、i、j点的水雾覆盖情况。考虑储油间地面通常设有集油沟，还应按R=2.3m来校核c、d、e点水雾覆盖情况。

③ 各点与喷头间距：角f为0.75m<0.94m；角e为1.62m<2.3m；角c为1.88m<2.3m；角d为2.01m<2.3m。

（6）水力计算

水力计算按《建筑给水排水设计手册》中的方法进行计算，结果见图2。《喷雾规范》第3.1.3条规定“当用于灭火时水雾喷头的工作压力不应小于0.35MPa”，故最不利喷头的起始压力应按0.35MPa计，计算公式为q=K√(10P)。由于水喷雾系统采用开式喷头，应根据特性系数法计算系统的实际流量、水头损失等，若用估算法则偏差较大，可能会导致喷出的不是水雾。计算中应随时校核喷头的设计值是否在其正常值的范围内，ZSTG10/114型高速喷射器的正常工作压力为0.28～0.5MPa，对应的正常流量为1.22～1.63L/s，从图2中可见每个喷头的流量均在此范围内。计算完毕还应校核每个管段流速（见表1）。各管段流速V<5m/s，符合《喷雾规范》的规定。

表1   管道流速校核

 

（7）管道布置

管道布置应尽量考虑喷雾管网的均匀性，配水支管宜在配水管两侧均匀分布，这样既便于计算又利于每个喷头的喷雾流量大小相近，当然也可采用放大配水支管管径的办法使管网均匀，但这样做要增加投资。

2. 立体布置法

立体布置法是传统的布置方法。

（1）确定喷雾强度

同平面布置法。

（2）计算保护面积S

保护面积应按保护对象外表面积确定。发电机组最大外形尺寸：长×宽×高=3800mm×1594mm×1963mm，其外表面是不规则的，保护面积应按包容发电机组的最小规则形体的外表面积来计算，S发电机=27.3m²。通常在储油间内设能储存8h所需柴油量的油箱，油箱一般架高1m以使油靠重力流入发电机组。设计中燃油耗量为94L/h，柴油密度按0.85g/mL计，则油箱容量≈885L，故设1m×1m×1m油箱1个，S储=5m²。

（3）计算水雾喷头流量q

同平面布置法。

（4）计算所需喷头的最小数量N

$$\begin{array}{cc}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">N</span>}}_{\text{<span style="font-size: 14px;">发</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>\frac{{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">S</span>}}_{\text{<span style="font-size: 14px;">发</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">\cdot </span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">W</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">q</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">\approx </span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">7</span>}\text{<span style="font-size: 14px;">个</span>}& \text{<span style="font-size: 14px;">(<span style="font-family: Arial, Verdana, sans-serif;">公式</span><span style="font-family: Arial, Verdana, sans-serif;">4)</span></span>}\end{array}$$$$\begin{array}{cc}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">N</span>}}_{\text{<span style="font-size: 14px;">储</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>\frac{{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">S</span>}}_{\text{<span style="font-size: 14px;">储</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">\cdot </span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">W</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">q</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">\approx </span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">2</span>}\text{<span style="font-size: 14px;">个</span>}& \text{<span style="font-size: 14px;">(<span style="font-family: Arial, Verdana, sans-serif;">公式</span><span style="font-family: Arial, Verdana, sans-serif;">5)</span></span>}\end{array}$$

（5）喷头布置

为了达到直接喷射的目的，发电机组周边设了8个喷头，比计算结果多设了1个。储油间若按油箱每个面设喷头，得设5个喷头，这显然不合理。由于油箱高度仅为1m，故仅在油箱顶部及底部各设1个喷头即可达到直接喷射的目的。

（6）水力计算

根据喷头数量预估管径，进行水力试算，如图4所示，分别计算支管1、2、3至交叉点6的压力，根据计算结果，重新进行水力计算，以达到节点6各支管压力平衡为止（需调整1-6支管、7-6支管管径，减少水损）。系统至17节点处的计算流量为：Qj=19.9L/s，根据《水喷雾灭火系统技术规范》GB50219-2014第7.1.4条，系统的设计流量为：19.9×1.05=20.9L/s。对于多分支、不对称系统，需进行多次水力试算，调整管网布置，以达到节点各支管压力平衡。再以调整后的管网进行最终的水力计算。

3. 方案比较

表2  发电机房布置方案对比表

由表2可见，平面布置法与传统的立体布置法相比，系统设计流量值、压力值大，喷头数多，故系统更安全。此外其机组布置更灵活，系统不会因为机组挪位或型号改变而受影响，而立体布置法则难于做到。因此，对建筑物内的自备发电机房水喷雾灭火系统的设计推荐采用平面布置方式。

 

图3 柴油发电机房水喷雾系统布置平面图

图4  柴油发电机房水管分布图

 

 

总结

水喷雾灭火系统通过冲击乳化、冷却降温、窒息、稀释等作用有效控制和扑灭火情，是唯一兼有直接灭火和防护冷却功能的固定灭火系统。系统由雨淋阀组、水源控制阀、管网、水雾喷头、火灾探测器等组成，灭火响应时间不应大于45s。以500kW康明斯柴油发电机组为例，平面布置法保护面积按机房实际使用面积计算，喷头均布、安装高度一致，水力计算简单，系统设计流量18.17L/s，所需最小压力0.465MPa，喷头数量13个；立体布置法保护面积按保护对象外表面积计算，喷头绕发电机组四周布置，水力计算复杂，系统设计流量13.9L/s，所需最小压力0.4519MPa，喷头数量10个。经比较，平面布置法系统更安全，机组布置更灵活，推荐采用平面布置方式。

----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com