外资项目自喷系统的设计

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简介： 外商投资国内工程项目的自喷系统设计，除应满足国内规范外，还应兼顾投保公司对工程项目的要求。文中所述工程设计时采用了NFPA等国外标准，以平均喷水强度为计算出发点进行水力计算，同时增加一些新措施，满足了工程的要求。
关键字：消防设计 自喷系统 水力计算

中图分类号：TU998.1
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009－2455（2003）01－0060－03

　　近几年外商在华投资项目日益增多，工程设计中对消防系统的要求也越来越高，尤其是当外商将在华投资项目投保于境外的保险公司时，消防设计要求更加严格，往往国内的项目也采用国外相应的标准和规范来设计，例如采用美国消防协会规范（NFPA）、工厂互惠组织的规定（FM）及英国的消防法规（BS）等。在此以一个实际工程为例，浅谈一下外商投资项目的设计。

1 工程简介

　　施维雅（天津）制药工程为一小型制药企业，占地38000 m²，整个厂区主要包括生产区、包装区、仓库区、综合办公楼及消防泵房。其中，仓库区是全厂火灾危险性最大场所。仓库为货架仓库，库区面积 40 m × 27 m，货架的货物堆高为 6.8m，仓库梁底高度为8.5。药片采用胶囊封装成一板后用纸盒外包装分层放置于带有塑料托盘的货架上。根据业主提供的资料，药品本身并非易燃品，但大量的外包装物及放置于仓库货架上的塑料托盘、纸制宣传品属易燃品。药品的塑料（PVC）外包装虽不易燃烧，但一燃烧反而不如纸张、木材容易扑救。根据以上的分析及参照NFPA13^[1]中的相关规定，将仓库区的防护等级定为Ⅲ级（NFPA13中将带货架仓库内火灾等级分为Ⅰ至Ⅳ级），相当于 GB 50084－2001[2]中规定的仓Ⅰ级。

2 自喷系统设计

2.l 设计参数及消防水量的确定
　　系统分顶喷和货架喷淋系统两个部分，消防水量按顶喷系统中选定作用面积内平均喷水强度下用水量（Q₁）与货架喷淋系统中上下两排各7只喷头同时动作时的水量（Q₂）之和，确定仓库区最终自喷系统用水量 Q（Q=Q₁＋Q₂）。NFPA13中提供的作用面积与喷水强度关系曲线图中，图7－4.2.2.1.1（f）（图1所示）符合本工程实际情况，现摘录如下：

　　图中曲线C与系统的选型和实际情况最符合，故系统的设计参数如下：
　　顶喷的平均喷水强度：
　　q=0.35gpm/ft² =14.262 L/(min·m2)
　　作用面积：
　　S=2000ft²=185.8m²
　　而且GB50084-2001中，仓Ⅰ级设计参数为：
　　q=12L/(min·m²)
　　S=200 m²

2.2 水力计算
　　自动喷水灭火系统中管网水力计算是系统设计的核心。NFPA 13规定，采用海曾-威廉公式（Hazen－Williams formula）计算管路的沿程损失，而局部阻力损失由NFPA13的表8－4.3.1中将不同管件折算成等量长度的钢管上的沿程损失。GB50084－200中 9.1.3条规定：系统的设计流量应按最不利点处作用面积内喷头的总流量确定，即。GB 50084－2001中的计算方法基本上采用了NFPA的方法，但在计算过程中出发点略有不同。
2.2.1 国内水力计算方法
　　国内设计自动喷水灭火系统时，水力计算是按最不利点处喷头最小压力不得低于规范规定数值（GB 50084－2001）0.05 MPa为出发点计算出相应流量后，一步步反算得出最终结果。以下面水力计算简图（图2）为例，假设火灾危险等级为中1危险级，进行计算并加以说明。

　　当 A₁处压力按p₁=0.05 MPa确定计算，反算Q₁=57 L／min。依次类推，A₂，B₁，B₂节点处压力和流量值分别为：
　　A₂（61.2 kPa，63 L／min）
　　B₁（59.2 kPa，62 L／min）
　　B₂（72.3 kPa，69 L／min）
　　则A₁，A₂，B₁，B₂4个点组成的保护面积内平均喷水强度为：q_平均=［（57＋63＋63＋69）／4］／3.6×32）＝5.47＞6.0L／（min·m²）×0.85＝5.1L／（min·m²）以上结果满足GB 50084－2001中9.1.4条规定。若喷头间距和支管间距均取 3.6 m，则 q_平均＝4.84 L／min·m²）＜6.0 × 0.85＝5.1，显然此时喷头间距已不满足规范对喷水强度的要求。可见，在系统选择了最小压力进行水力计算后喷头按正方形布置间距应小于3.6 m。
2.2.2 国外水力计算方法
　　按每只喷头在自身作用面积内的喷水强度不小于平均喷水强度为出发点计算：
　　上述例子中1只喷头保护面积为：
　　S₁＝3.6m×3.2m＝11.52m²
　　则：
　　Q₁＝q×S₁＝6L／（min·m²）×1l.52m²＝ 69.12L／min
　　则反算：p₁=（Q₁／K)²=（69.12／81）²＝72.82 kPa（单位换算成 kPa值）
　　故4点合围保护面积内的平均喷水强度q_平均为：
　　q_平均=［（65＋75＋74＋80） ／4］ ／（3.6 × 32）＝6.38＞6.0 L／（min·m²）
　　从以上计算中可以看出，国内计算方法得出的平均喷水强度和国外计算方法得出的平均喷水强度是有差异的。后者（按NFPA13）计算结果，整个系统的要求及消防泵能力高于前者（按GB 50084－2001）。以本项目的“统计”数据来比较，这种偏差表现在消防泵的能力L，后者扬程大于前者10－15 m，流量相差 50－70 L／min，消防泵能力偏差在20％左右，这将影响消防系统的投资。
　　可见，按国内规范（GB 50084－2001）最不利点喷头工作压力0.05 MPa进行计算，在满足规范要求的前提下，就必须缩小喷头的水平距离，从而导致作用面积内动作喷头数增加，以满足喷水强度的要求。计算结果水泵的能力比用 NFPA计算结果小一些。火灾初期一般只开放1只或数只喷头时，每只喷头的实际水压和流量必然超过设计值较多，喷水强度较大，有利于灭火。当作用面积内喷头均动作时，喷头数量增加，实际灭火效果不一定能够达到最佳效果。较大的喷水强度是有效灭火的保证。因此，在自动喷水灭火系统的水力计算中采用最不利点喷头的喷水强度不应小于作用面积内的系统平均喷水强度为计算出发点，更符合系统运行对喷水强度的要求，实际效果更好。

3 国内外设计的差异

3.1 国内外规范在喷水强度上的差
　　由于本工程在进行施工图设计时，国内最新版本的规范为帕动喷水灭火系统设计规范》（GBJ84－85）[3]，但考虑到新版规范已经颁布实施，故以下叙述均针对GB 50084－2001与 NFPA13（200版）的比较。
　　国外NFPA13中明确规定作用面积内任意1只喷头的喷水强度不得低于规范规定相应系统的平均喷水强度，而国内 GB 50084－2001对轻、中危险级场所设置自动喷水灭火系统时，没有上述的强制规定（严重危险级与NFPA13一致），其中，第9.1.4条规定：“最不利点处作用面积内任意4只喷头合围范围内的平均喷水强度，轻、中危险级不应低于本规范规定的85％”，显然，国内规范允许在一定场合下作用面积内平均喷水强度在规定值下浮15％以内，这导致消防系统投资和灭火效果产生差异。

3.2 其它规定及技术上的差异
3.2.1 管道的防震
　　设计中遵循保险公司的要求，采用FM[4]中相关规定增加了对整个消防系统管道的防震设计。具体包括整个系统的主配水于管（Cross Main）上的管件采用挠性连接管件以及在主配水干管上增加三相和四相管道支撑系统以防止地震时消防管道的纵。横向位移而导致的消防管道破坏。
3.2.2 喷头的选择
　　依据NFPA13中规定，顶喷采用高温喷头（14℃），使整个系统的喷水强度降下来，相对来说节省了投资。而未采用早期快速抑制喷头（ESFR）是考虑到该系统要求的水量较大，使消防系统投资增大。
3.2.3 压力监测系统
　　根据NFPA20[5]的规定，消防泵系统的压力监测系统（压力开关）安装在泵出口止回间和闸阀之间的管路上，该监测系统内在压力开关前先安装2个上回阀，每个止回网相应的有1个排水管，设置于该系统上的二个止回阀在其阀瓣上开3／32 in.（238 mm）的小孔后倒装。具体情况见图 3。但英国的相应规范中也有以下图示（图4）的接法。主测压管路先安装1个球阀，再接压力开关直至排水管路部分，旁路安装1个止回阀。该系统的最大优点是省去了压力开关仪表的根部球阀，检修时只要关闭阀a即可，若检修完毕后忘记了打开阀a，测压管路内的压力仍能与主系统保持一致，使压力开关复位。但此时压力开关已经不起作用，与NFPA13中若检修完毕后忘记打开压力开关根部球阀的错误是一样致命的。经过思考，认为NFPA20中的接法更合理，这里不再叙述。

　　综上所述，自动喷水灭火系统的设计计算和系统中采取的措施，国内外规范有一定差异，在外资投资项目中，应注意这些差异，使设计合理完善。

参考文献：

　　 [1]NFPA13（2001版）.水喷淋系统安装规范［S］.
　　 [2]GB 50084－2001 自动喷水火火系统设计规范［S］
　　 [3] GBJ 84－85自动喷水灭火系统设计规范[S］.
　　 [4]FM手册（1998版）.水消防系统防震设计现程［S］.
　　 [5]NFPA20（1999版）.固定式消防泵安装规范［S］.

　　作者简介：王峰（1976－），男，安徽巢湖人，工程师，美国福陆工程公司，电话（021）62351066－750。