建筑消防工程学课件：水喷雾灭火系统

水喷雾灭火系统

2024/12/16

1水喷雾灭火系统是指由水源、供水设备、管道、雨淋阀组、过滤器和水雾喷头等元件组成，向保护对象喷射水雾以达到灭火或防护冷却效果的灭火系统。为什么做水喷雾灭火系统？水喷雾灭火的适用范围？基本设计参数。2024/12/16

2自1995年国家标准《水喷雾灭火系统设计规范》（GB50219-95）（以下简称《雾规》）颁布实施以来，水喷雾灭火技术在我国的应用逐步推广。其中，以石油、石化、冶金、电力等行业中的油浸变压器、可燃液体、气体储罐、电缆隧道等场所应用更为普及。水喷雾（特别是细喷雾）灭火系统（尤其是作为哈龙和CO2系统的替代物）已在全球产生了很大的影响。2024/12/16

39.1水喷雾的灭火机理及适用范围9.1.1水喷雾的概念美国消防协会（NFPA）把水喷雾定义为“在水雾喷嘴的最低工作压力下，水滴流量加权累积容积分布的Dv0.99小于1000微米的水射流”。其中，Dv0.99是用体积法来度量液滴大小的一种方法，表示在所有的喷雾中，液滴直径小于1000µm的体积含量为99%。从该定义可以看出，水喷雾系统的耗水量比传统的喷水灭火系统的耗水量要少得多，它是利用可进入火焰区域的小水滴来灭火的。2024/12/16

49.1.2水喷雾灭火机理与灭火作用1）灭火机理（1）表面冷却（2）窒息（3）乳化（4）稀释2024/12/16

52）水雾的灭火作用（1）水雾有控制火势的作用水雾对于轻质石油产品不能达到灭火效果，但能起到冷却、降温、控制火势蔓延和发展的作用。国外曾用直径为l00µm的水滴对3000m3的汽油储罐进行了灭火试验。试验结果表明，虽然最后虽没能将火完全熄灭，但汽油罐的火势大为降低。（2）水雾有防止燃烧扩大的作用当发生大灾时，将附近的设备用水雾保护起来，可防止燃烧区域的扩大。（3）水雾有防火作用易燃和可燃的装置和设备用水雾保护，可降低周围温度，起到防火作用。2024/12/16

69.1.3水喷雾灭火的适用范围《高规》规定：“可燃油油浸电力变压器室、充可燃油的高压电容器和多油开关室宜设水喷雾或气体灭火系统。”我国的《建规》、《火力发电厂与变电所设计防火规范》GB50229、《石油化工企业设计防火规范》GB50160及《雾规》等均规定了水喷雾系统的保护对象与适用范围，具体可归纳为：2024/12/16

71）水雾灭火适用于（1）闪点为60℃和高于60℃的重油，以及闪点高于120℃的石油产品；（2）液化石油气体储罐。（3）汽车停车场；（4）化工厂蒸馏塔、阀门组、泵房、离心机室、蒸馏釜等装置；（5）石油炼厂的重油加热装置、重油泵房、重油储罐、装卸栈桥；（6）电气设备，如变压器、油开关等；（7）植物油加工厂，如花生油、亚麻油、豆油棉籽油加工厂；（8）船舶的船舱及船用重油储罐；（9）一般可燃材料，如纸、木材、棉花、纤维。2）水雾灭火不适用于（1）与水起化学反应的碱性金属（如钠、钾等）；（2）金属氢化物。2024/12/16

89.2水喷雾灭火系统组成及动作原理9.2.1水喷雾灭火系统组成

2024/12/16

9图9.1水喷雾灭火系统组件1．压力表，测传动管水压；2．雨淋阀，自动控制消防供水；3．截止阀，传动管注水；4．手支阀，手动控制；5．电磁阀，电动控制系统动作；6．闸阀，进水总阀；7．止回阀，传动系统稳压；8．闸阀，系统检修用；9．压力开关，自动报警和控制；10．水力警铃，报警用；11．报警截止阀，控制警铃；12．泄放试验阀，试验用阀；13．泄放试验管，试验用；14．供水压力表，测供水管压力；15．表前阀，压力表检修用；16．排水阀，控制排水；17．排水漏斗，排水用；18．水喷雾泵，提供加压水；19．闭式喷头，探测火灾，控制传动管网动作；20．火灾探测器，发出火灾信号；21．水雾喷头，水喷雾灭火；22．火灾报警控制箱，接收电信号发出指令2024/12/16

101）水雾喷头水雾喷头的特点是在一定的水压下，利用离心或撞击原理，将水分解成细小水滴以锥形均匀喷出，并覆盖在相应射程范围内的保护对象外表面上。水雾喷头的工作压力，根据《雾规》，当用于灭火时不应小于0.35MPa，而用于防护冷却的水雾喷头的工作压力不应小于0.20Mpa。2024/12/16

112）雨淋阀组每个水喷雾灭火系统都设有消防专用的雨淋阀组，雨淋阀组是由雨淋阀、电磁阀、压力开关、水力警铃、压力表以及配套的通用阀门所组成。雨淋阀是一种消防专用的水力快开阀，一旦开启，可使水流在瞬间达到额定状态。2024/12/16

123）过滤器水喷雾灭火系统中喷出的是粒径小于1mm的细小水雾滴，这就要求系统供向水雾喷头的水中不能含有较大的杂质，以免堵塞喷头。

4）供水管道及供水水源图9.2水喷雾灭火系统基本工作原理对于水喷雾自动灭火系统而言，因为火灾发生时间的不确定性，故必须有可靠的供水保障，因此要为系统设置独立的供水管道。而且水喷雾灭火系统的取水设施要采取措施，以免被杂物堵塞，特别在寒冷地区的给水设施要采取防冻措施。2024/12/16

139.2.2水喷雾灭火系统的控制图9.2水喷雾灭火系统基本工作原理2024/12/16

149.3水喷雾灭火系统的基本设计参数9.3.1水雾喷头系统水力计算1）水雾喷头的流量计算公式2）保护对象的水雾喷头计算数量公式2024/12/16

153）系统的计算流量公式4）系统的设计流量计算公式9.3.2喷雾强度与用水量计算2024/12/16

16表9-1设计喷雾强度与持续喷雾时间防护目的保护对象设计喷雾强度（L/min·m2）持续喷雾时间（h）灭火固体151液体闪点60~120℃的液体200.5闪点高于120℃的液体13电气油浸式电力变压器、油开关200.4油浸式电力变压器的集油坑6电缆13防护冷却甲乙丙类液体生产、储存、装卸设施64甲乙丙类液储罐直径20m以下64直径20m及以上可燃气体生产、输送、装卸、储存设施和罐瓶间、瓶库962024/12/16

179.3.3系统压力确定H=h1+h2+h3式中：h1——最不利点水雾的实际工作压力（0.35MPa）；h2——系统管道沿程水头损失及局部水头损失之和，MPa；h3——最不利点水雾喷头与系统管道入口或消防水池最低水位之间的高程差，MPa。2024/12/16

189.3.4水喷雾泵的配置1）采用独立消防泵2）与建筑内的消防泵（即喷淋泵）共用2024/12/16

199.4水喷雾灭火系统设计图9.3系统流程框图2024/12/16

209.4.1保护面积确定9.4.2喷头的选型、布置原则与安装1）喷头选型2）喷头的“宏观布置”原则3）喷头的布置结构2024/12/16

211.2.3高层民用建筑的耐火等级图9.4油浸式变压器水喷雾系统喷头布置（a）俯瞰布置示意图（b）侧视布置示意图2024/12/16

224）影响水雾喷头布置的因素（1）保护表面积的计算图9.5虚拟保护物体积acb如前所述，保护面积是指被保护物的表面积，它的大小决定了设计喷雾强度和设计流量、也决定了喷头个数的多少。图9.5为虚拟保护物体积，那么，它的表面积S应计算为：S=2ab+2ac+bc（9-7）（2）雾化角θ、保护半径R2024/12/16

23图9.5虚拟保护物体积acb2024/12/16

24所谓雾化角θ，指的是水雾喷头喷出的水雾形成围绕喷头轴心线扩展的圆锥体的顶角。由于各个厂家生产的水喷雾喷头型号不一，所取系数k值不一样，雾化角、保护半径、保护的面积都不一样，因此，在设计时首先要确定按哪家厂家的喷头产品为设计依据，然后统筹考虑雾化角、保护半径、保护面积等参数，距离远的要选择保护半径大的，雾化角大的才能合理布置。图9.6为雾化角合理布置示意图。2024/12/16

25图9.6雾化角布置图9.7喷头保护半径2024/12/16

26如图9.7所示为俯视平面的保护半径布置图，该图表明不同布置结构，其圆心间距是不同的。水雾锥底圆半径应按下式计算：

(9-8)式中R——水雾锥底圆半径（m）；B——水雾喷头的喷口与保护对象之间的距离（m）；θ——水雾喷头的雾化角（°），θ的取值范围为30°、45°、60°、90°、120°。2024/12/16

27（3）水雾喷头与带电元件的间距在设计带电设备采用水喷雾灭火系统时，保证系统设施与带电体安全距离的问题十分重要，要严格执行相关电器规范要求，不然会造成安全事故。为此，可能会增多一些喷头或变更喷头产品型号。2024/12/16

289.4.3管道布置及减压表9-2节流管公称直径mm管道节流管管道节流管5040322512510080656550403215012510080806550402001501251001008065502502001501252024/12/16

29

9.5水喷雾灭火系统设计实例9.5.1基本设计步骤1）确定保护对象，选定设计参数；2）根据保护对象的特性，选定喷头喷雾角度；3）在选定喷头喷雾角度的情况下，结合现场具体情况，根据安装高度与安装角度的关系，确定安装高度和角度；4）利用“面积包络法”计算喷头间距；5）根据电缆隧道的长度和喷头间距，计算喷头的需用数量；6）根据保护面积、设计参数，计算设计消防用水量；7）根据消防用水量和喷头数量计算喷头流量，查厂家样本确定喷头的型号

8）流量及喷雾强度的复核计算。2024/12/16

30保护对象为某一电缆隧道，长102m，单侧布置7层电缆桥架，桥架宽为0.6m，隧道宽1.7m，高2.4m，电缆桥高2.2m，喷头距电缆桥架距离为0.9m，如图9.8。图9.8电缆隧道剖面2024/12/16

319.5.2设计参数的确定根据《雾规》3.1.2条，或表（9-1）可以确定设计参数：保护强度W=13L/（min·m2），持续喷雾时间t=0.4h。2024/12/16

329.5.3水雾喷头喷雾角度的确定从图9.8可知，电缆桥架的高度H和喷头距电缆桥架的距离S决定了水雾喷头的喷雾角度θ。如S固定，H越大，则应选取大喷雾角度的喷头；反之选，取小喷雾角度的喷头；同样，如果H固定，S越大，则喷头雾锥半径大，可以选用小角度的喷头；反之应选取大角度的水雾喷头。H、S可根据工程的实际情况确定，同时也确定了水雾喷头的喷雾角度。本工程H=2.2m，S=0.9m，根据《雾规》的相关规定，选取θ=120°的喷头。2024/12/16

339.5.4喷头的安装高度与角度对于安装角度的确定，也可将其转换为三角函数问题，计算简图见图9.10。设喷头安装角度与水平方向的夹角为a,则tan(θ/2-a)=h/S，考虑到工程实际安装的方便，安装高度h=0.4m，S=0.9m，θ=120°，则α≤36°。在这里还应注意的是在保证保护对象全包络的前提下，应尽量减小安装角度，以保证水雾最大限度的全部喷射到保护对象上。所以还应计算安装的最小角度。同样根据函数关系可以得知，tan(θ/2+a)≥(H-h)/S，得a≥3°。因此本工程中选取的安装角度为20°。2024/12/16

34图9.9喷头安装高度确定示意图9.10喷头安装角度计算示意2024/12/16

359.5.5喷头间距的确定图9.11水雾喷头