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新聞主題 |
柴油發(fā)電機室防火規范、消防設計及滅火強度計算 |
摘要：根據《高層民用建筑設計防火規范》、《水噴霧滅火系統設計規范》、《建筑防火通用規范》、《人民防空工程設計防火規范》的國標要求，康明斯公司在本文中介紹了發(fā)電機房的常見(jiàn)火災特點(diǎn)，在列舉柴油發(fā)電機室水噴霧滅火系統的設計方案中，著(zhù)重闡述了對柴油發(fā)電機類(lèi)不規則物體應用非"圓整"的方法來(lái)確定噴頭數，及對其不規則表面，尤其是側面在傾斜噴頭噴射下的噴霧強度的校核，使按照柴油發(fā)電機消防規范來(lái)設計的滅火系統更加安全可靠。
一、柴發(fā)機房火災特點(diǎn)與引發(fā)原因
1、火災特點(diǎn)
柴油發(fā)電機由發(fā)電機、柴油機主機、柴油機冷卻系統等組成，日用油箱單獨設置在油箱間內。
（1）機組的發(fā)電機部位主要是電氣類(lèi)火災，失火后容易燒毀發(fā)電機。
（2）柴油機部位主要是液體火災，除需撲滅主機部位燃燒外，還需防止流趟液體擴大火勢。
（3）冷卻系統及通風(fēng)系統中的管道處無(wú)可燃物且封閉，失火后需防護冷卻。
（4）柴油發(fā)電機房?jì)韧ǔΥ嬗写罅康娜加?，一旦發(fā)生火災，很容易引起火勢的迅速擴大。同時(shí)，柴油發(fā)電機房?jì)冗€存在著(zhù)高溫設備和電氣線(xiàn)路，這些設備一旦著(zhù)火，也會(huì )加劇火勢的蔓延。
（5）柴油發(fā)電機房?jì)瓤臻g通常比較密閉，氧氣供應相對不足，但燃燒所產(chǎn)生的熱量和有毒氣體卻容易在室內積聚，給人員造成極大的威脅。
（6）柴油發(fā)電機房?jì)韧嬖诖罅康碾娮釉O備和敏感儀器，傳統滅火方式如噴水或干粉會(huì )對設備造成二次損害，甚至使設備無(wú)法繼續使用。
2、設備本體火災原因
（1）燃油箱泄漏
柴油發(fā)電機的燃油箱在長(cháng)時(shí)間使用中很容易發(fā)生泄漏。燃油泄漏會(huì )導致燃油在發(fā)動(dòng)機的周?chē)纬煞e水，而積水會(huì )進(jìn)一步增加發(fā)動(dòng)機的溫度并加速故障的形成。當燃油到達一定溫度或者接觸到發(fā)動(dòng)機的熱部件時(shí)，就會(huì )引起燃燒。
（2）延長(cháng)電纜
柴油發(fā)電機在使用過(guò)程中，電纜需要連接到各種設備和工具。如果電纜長(cháng)度不足，很容易發(fā)生斷裂或拉扯現象。這種情況可能會(huì )導致火花或電弧放電，這些火花或電弧可能會(huì )引起燃燒。
（3）故障電氣元件
柴油發(fā)電機在長(cháng)時(shí)間使用期間，電氣元件也有可能失效或者損壞。在這種情況下，電氣元件可能會(huì )引起短路或者過(guò)載等故障情況，從而引發(fā)火災。
（4）不當的維護
柴油發(fā)電機需要經(jīng)常維護，如果不正確維護或者保養，就可能導致柴油發(fā)電機的某些部件異常磨損或者故障。柴油發(fā)電機的維護需要遵循正確的維護程序和標準，否則就會(huì )增加火災發(fā)生的風(fēng)險。
3、水噴霧滅火系統優(yōu)勢
針對以上柴油發(fā)電機火災兼有電氣火災和可燃液體火災的特點(diǎn)，且電壓較高，撲救難度較大。水噴霧滅火系統可以發(fā)揮以下優(yōu)勢：
（1）水噴霧滅火系統可以迅速響應火災，快速將水霧噴射到火源周?chē)?，形成一層細小的水霧幕，阻止火勢的蔓延，控制火災發(fā)展。
（2）水噴霧滅火系統可以迅速將火源降溫，有效撲滅火源，避免火勢的進(jìn)一步擴散，保護柴油發(fā)電機房?jì)鹊脑O備和人員。
（3）水噴霧滅火系統使用水量少，可以將水霧噴灑到更廣的區域，從而降低水霧對設備和敏感儀器的二次損害。
因此，水噴霧滅火系統兼能撲滅液體火災和電器火災，系統組成簡(jiǎn)單、占地小、投資較省，且該工程鍋爐房也需設置水噴霧滅火系統，故設計選用水噴霧滅火系統。其布置和組成分別如圖1、圖2所示。
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圖1 發(fā)電機房水噴霧滅火系統布置圖 |
圖2 發(fā)電機房泵組式噴霧滅火系統組成圖 |
二、設計標準的依據
1、高規規范
根據《高層民用建筑設計防火規范》（GB 50045—95，2005版，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“高規”）4.1.3 柴油發(fā)電機房布置在高層建筑和裙房?jì)葧r(shí)，應符合下列規定：
4.1.3.1 可布置在建筑物的首層或地下一、二層，不應布置在地下三層及以下。柴油的閃點(diǎn)不應小于55℃;
4.1.3.2 應采用耐火極限不低于2.00h的隔墻和1.50h的樓板與其他部位隔開(kāi)，門(mén)應采用甲級防火門(mén)；
4.1.3.3 機房?jì)葢O置儲油間，其總儲存量不應超過(guò)8.00h的需要量，且儲油間應采用防火墻與發(fā)電機間隔開(kāi)；當必須在防火墻上開(kāi)門(mén)時(shí)，應設置能自動(dòng)關(guān)閉的甲級防火門(mén)；
4.1.3.4 應設置火災自動(dòng)報警系統和除鹵代烷1211、1301以外的自動(dòng)滅火系統。
2、霧規規范
根據《水噴霧滅火系統設計規范》（GB 50219—95，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“霧規”）中對發(fā)電機房設計參數沒(méi)有具體規定，但對液體火災和幾種電氣火災的參數作了規定。
3、建規規范
根據《建筑防火通用規范》 （GB 55037，2022版，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“建規” ）4.1.5 附設在建筑內的燃油或燃氣鍋爐房、柴油發(fā)電機房，除應符合本規范第4.1.4條的規定外，尚應符合下列規定：
4.1.5.1 常（負）壓燃油或燃氣鍋爐房不應位于地下二層及以下，位于屋頂的常（負）壓燃氣鍋爐房與通向屋面的安全出口的最小水平距離不應小于6m；其他燃油或燃氣鍋爐房應位于建筑首層的靠外墻部位或地下一層的靠外側部位，不應貼鄰消防救援專(zhuān)用出入口、疏散樓梯（間）或人員的主要疏散通道。
4.1.5.2 建筑內單間儲油間的燃油儲存量不應大于1m3。油箱的通氣管設置應滿(mǎn)足防火要求，油箱的下部應設置防止油品流散的設施。儲油間應采用耐火極限不低于3.00h的防火隔墻與發(fā)電機間、鍋爐間分隔。
4.1.5.3 柴油機的排煙管、柴油機房的通風(fēng)管、與儲油間無(wú)關(guān)的電氣線(xiàn)路等，不應穿過(guò)儲油間。
4.1.5.4 燃油或燃氣管道在設備間內及進(jìn)入建筑物前，應分別設置具有自動(dòng)和手動(dòng)關(guān)閉功能的切斷閥。
4、人防工程規范
《人民防空工程設計防火規范》（GB50098，2009版，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“人防工程”）3.1.10 柴油發(fā)電機房和燃油或燃氣鍋爐房的設置除應符合現行國家標準《建筑設計防火規范》GB 50016的有關(guān)規定外，尚應符合下列規定：
3.1.10.1 防火分區的劃分應符合本規范第4．1．1條第3款的規定；
3.1.10.2 柴油發(fā)電機房與電站控制室之間的密閉觀(guān)察窗除應符合密閉要求外，還應達到甲級防火窗的性能；
3.1.10.3 柴油發(fā)電機房與電站控制室之間的連接通道處，應設置一道具有甲級防火門(mén)耐火性能的門(mén)，并應常閉；
3.1.10.4 儲油間的設置應符合本規范第4．2．4條的規定。
參考“霧規”的規定及其他設計資料，考慮到發(fā)電機組一般有較好的自我保護控制，發(fā)電機房?jì)冗^(guò)多水漬對發(fā)電機房安全維護不利，設計噴霧強度采用最不利處不小于13 L/（min·m²），側面可能有流趟液體火災處不小于20 L/（min·m²），滅火時(shí)間采用0.5 h，系統的響應時(shí)間不大于45 s。
三、設計方案的確定與布置
1、噴頭布置方法的確定
柴油發(fā)電機室水噴霧滅火系統是以保護發(fā)電機，撲滅其火災為主要目的，故采用立體法，圍繞發(fā)電機組周?chē)贾脟婎^。由于噴頭與電氣設備（裸露）部分的最小安全距離為1.12m，則保護一臺發(fā)電機組的水平側噴噴頭將處在另一臺發(fā)電機組的危險區內，故改為布置高位側噴噴頭，反復調整安裝角度和噴頭高度，保證噴頭在危險區外噴射且水霧能包圍覆蓋整個(gè)發(fā)電機組。
2、噴頭的選擇和噴霧強度計算
由于柴油發(fā)電機室具有電氣火災兼油類(lèi)火災的特點(diǎn)，設計選用ZSTWB系列離心式高速水霧噴頭（見(jiàn)表1）。其噴射出的霧狀水滴霧化程度高，具有良好的絕緣性能，因而能保證火災現場(chǎng)周?chē)藛T的安全，而且在用于撲滅油品火災時(shí)，其細小的霧粒還能發(fā)揮對油的較強乳化作用。
表1 發(fā)電機房水霧噴頭選型
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序號 |
噴頭型號 |
流量系數 K |
工作壓力 MPa |
噴頭出水量 L/min |
霧化角 ° |
部位 |
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1 |
ZSTWB-80 |
43 |
0.35 |
80.446 |
90 |
頂噴 |
|
2 |
ZSTWB-40 |
21 |
0.35 |
39.287 |
45 |
側噴 |
噴霧強度按下式計算：
W=q /（πR2）=1.00658 K√P/[Btan（θ/2）]2..........................（公式1）
式中，W——水霧錐底圓處噴霧強度，L/（min·m²）；
q——噴頭出水量，L/min；
P——噴頭工作壓力，MPa；
K——噴頭流量系數；
R——水霧錐底圓半徑，m；
B——水霧噴頭的噴口與保護對象之間的距離，m；
θ——水霧噴頭的霧化角，°。
3、噴頭布置
由式（1）可看出影響直接噴射到被保護對象上的噴霧強度的因素有噴頭流量系數K，噴頭工作壓力P，噴射距離B，霧化角θ。
在柴油發(fā)電機組噴頭布置時(shí)，一般工作壓力P先確定，噴射距離B由安全區域決定，噴頭的流量系數和霧化角已知，則可計算得出滿(mǎn)足噴霧強度的水霧錐底半徑R，依據R，按不留空白點(diǎn)的原則進(jìn)行噴頭布置，可保證有足夠強度的水霧覆蓋在發(fā)電機組表面，再按實(shí)際布置的噴頭數及各噴頭的出水量可確定總設計流量。
由于發(fā)電機組形狀不規則，水霧噴頭的出水總有一部分直接噴射到地面或非保護區域。因此若按“霧規”中的方法，將發(fā)電機圓整為長(cháng)方體，根據長(cháng)、寬、高計算表面積，再按噴霧強度確定噴頭個(gè)數，不但容易造成噴頭個(gè)數偏少，而且根據圓整后的長(cháng)方體布置噴頭，有些部位如側進(jìn)風(fēng)段，噴口與保護區域的實(shí)際距離大于設計值，致使其噴霧強度不能滿(mǎn)足要求。而采用上述布置方法，可保證被保護區域的直接噴射水霧強度。
頂部下噴噴頭（以下簡(jiǎn)稱(chēng)"頂噴"）和側噴噴頭的布置見(jiàn)圖3和圖4。噴頭離發(fā)電機組的安全距離按1.3 m考慮，確定危險區域。
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圖3 發(fā)電機房滅火系統前側噴與頂噴布置圖 |
圖4 發(fā)電機房滅火系統側噴布置剖面圖 |
4、噴頭噴霧強度核算
在噴頭工作壓力為0.35 MPa情況下，"頂噴"噴射到發(fā)電機組頂面的噴霧強度為15.1 L/（min·m²）>13L/（min·m²），滿(mǎn)足要求。對于發(fā)電機組的側面，水霧錐與噴射保護面相交處為近似拋物線(xiàn)形狀，且相鄰噴頭水霧在被保護面下部交叉重疊，故核算時(shí)按單個(gè)噴頭保護區域進(jìn)行復核（見(jiàn)圖5），核算結果側噴噴頭的噴霧強度均超過(guò)20 L/（min·m²），可以滿(mǎn)足撲滅液體火災的要求。
5、噴霧流量計算
將圖6中的環(huán)狀配水管網(wǎng)拆成兩分支，采用計算軟件進(jìn)行逐點(diǎn)法計算，最不利點(diǎn)處的側噴噴頭流量系數K值取一半為11。報警閥設計流量取兩分支流量之和為21.6 L/s，乘以安全系數1.1，得23.8L/s。
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圖5 發(fā)電機房滅火系統側噴強度核算 |
圖6 發(fā)電機房水噴霧系統流量計算 |
6、系統布置
水噴霧配水干管在機房頂部成環(huán)狀布置，可減小不同噴頭之間的壓差，使作用在發(fā)電機組表面的水霧盡可能均勻、有效。而噴頭則在危險區域外盡可能接近發(fā)電機組，以保證滅火效果。另外配水管道和支吊架均做等電位連接。油箱間因噴頭數較少，布置管道時(shí)，就近并入柴油機噴霧系統。
為控制噴水量和減少水漬危害，采用5臺發(fā)電機組由5組雨淋閥組分別控制。而雨淋閥組的動(dòng)作則由設于各發(fā)電機組頂部的溫感探測器控制，當同一發(fā)電機組頂部的2個(gè)火災探測器均發(fā)出火災信號時(shí)，對應該發(fā)電機組的雨淋閥組開(kāi)啟滅火。雨淋閥組也可手動(dòng)啟動(dòng)或由消防控制中心啟動(dòng)。
水噴霧系統專(zhuān)用水泵設于1層消防水泵房?jì)龋?用1備，水泵出水管至雨淋閥進(jìn)水管呈環(huán)狀布置，屋頂高位水箱重力出水、氣壓罐穩壓設備出水及噴霧水泵接合器均接入雨淋閥進(jìn)水管。
總結：
由于柴油發(fā)電機組外形復雜，有部分水霧沒(méi)有直接噴射到被保護面，若按"霧規"中7.1.3條公式，將其圓整后計算外表面積，確定噴頭個(gè)數并進(jìn)行噴頭布置，由于噴頭與保護對象的實(shí)際距離大于設計值，因此噴霧強度一般不能滿(mǎn)足滅火要求。應按照實(shí)際發(fā)電機組外形，在保證被保護面處水噴霧強度條件下，按水霧錐相交覆蓋的原則布置噴頭，并按逐點(diǎn)法計算實(shí)際工作壓力和噴霧流量，才能保證有足夠強度的水霧覆蓋被保護發(fā)電機組。
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