第四章 水喷雾灭火系统
考情分析
第一节 系统灭火机理
一、概念
水喷雾灭火系统是利用专门设计的水雾喷头，在水雾喷头的工作压力下，将水流分解成粒径不超过1mm的细小水滴进行灭火或防护冷却的一种固定式灭火系统。
水喷雾灭火系统通过改变水的物理状态，利用水雾喷头使水从连续的洒水状态转变成不连续的细小水雾滴喷射出来。
它具有较高的电绝缘性能和良好的灭火性能。水喷雾的灭火机理主要是表面冷却、窒息、乳化和稀释作用，在水雾滴喷射到燃烧物质表面时通常是以几种作用同时发生并实现灭火的。
二、系统灭火机理
1．表面冷却。对于气体和闪点低于灭火所使用水的温度的液体火灾，表面冷却是无效的。
2．窒息。水雾滴受热后汽化形成水蒸气，其体积为原液态水体积的1680倍，可使燃烧物质周围空气中的氧含量降低，燃烧将会因缺氧而受到抑制或中断，实现窒息灭火。
3．乳化。乳化只适用于不溶于水的可燃液体，当水雾滴喷射到正在燃烧的液体表面时，由于水雾滴的冲击，在液体表层造成搅拌作用，从而造成液体表层的乳化，由于乳化层的不燃性而使燃烧中断。对于某些轻质油类，乳化层只在连续喷射水雾的条件下存在，但对于黏度大的重质油类，乳化层在喷射停止后仍能保持相当长的时间，有利于防止复燃。
4．稀释。对于水溶性液体（如酒精）火灾，允许系统设计为控制灭火和稀释灭火，利用水来稀释液体，使液体的燃烧速度降低，并有足够的喷雾强度和覆盖面实现灭火。
第二节 系统分类
1．按启动方式可分为电动启动水喷雾灭火系统和传动管启动水喷雾灭火系统。
（1）电动启动水喷雾灭火系统。（如图3-4-1所示）
电动启动水喷雾灭火系统是以普通的火灾报警系统作为火灾探测系统，通过传统的点式火灾探测器、线型火灾探测器和吸气式火灾探测器探测火灾。当有火情发生时，火灾探测器将火警信号传到火灾报警控制器上，火灾报警控制器打开雨淋阀的电磁阀，雨淋阀控制腔的压力下降，雨淋阀打开，供水侧水压降低，系统压力开关自动启动消防水泵，系统喷水灭火。
（1）电动启动水喷雾灭火系统。（如图所示）
1—水池；
2—水泵；
3—闸阀；
4—止回阀；
5—水泵接合器；
6—雨淋报警阀；
7—压力开关；
8—配水干管；
9—配水管；
10—配水支管；
11—开式洒水喷头；
12—感温探测器；
13—报警控制器；
P—压力表；M—驱动电机
图3-4-1 电动启动水喷雾灭火系统
（2）传动管启动水喷雾灭火系统。（如图3-4-2所示）
传动管启动水喷雾灭火系统是以传动管作为火灾探测系统，传动管内充满压缩空气或压力水。传动管启动水喷雾灭火系统一般比较适用于防爆场所，不适合安装普通火灾探测系统的场所。
1—水池；
2—水泵；
3—闸阀；
4—止回阀；
5—水泵接合器；
6—雨淋报警阀；
7—压力开关；
8—配水干管；
9—配水管；
10—配水支管；
11—开式洒水喷头；
12—闭式洒水喷头；
13—传动管；
14—报警控制器；
P—压力表；M—驱动电机
传动管启动水喷雾灭火系统按传动管内的充压介质不同，可分为充液传动管和充气传动管两种。充液传动管内的介质一般为压力水，这种方式适用于不结冰的场所，充液传动管的末端或最高点应安装自动排气阀。充气传动管内的介质一般是压缩空气，平时由空压机或其它气源保持传动管内的气压。这种方式适用于所有场所，但在北方寒冷地区，应在传动管的最低点设置冷凝器和汽水分离器，以保证传递管不会因冷凝水结冰而堵塞。
第三节 系统工作原理与适用范围
一、系统工作原理
二、系统适用范围
水喷雾灭火系统的防护目的主要有两个，即灭火和防护冷却，其适用范围随不同的防护目的而设定。
（一）灭火的适用范围
1．固体火灾。水喷雾灭火系统适用于扑救固体物质火灾。
2．可燃液体火灾。水喷雾灭火系统可用于扑救丙类液体火灾和饮料酒火灾，如燃油锅炉、发电机油箱、丙类液体输油管道火灾等。
3．电气火灾。水喷雾灭火系统的离心雾化喷头喷出的水雾具有良好的电绝缘性，因此可用于扑救油浸式电力变压器、电缆隧道、电缆沟、电缆井、电缆夹层等处发生的电气火灾。
（二）防护冷却的适用范围
1．可燃气体和甲、乙、丙类液体的生产、储存装置和装卸设施的防护冷却。
2．火灾危险性大的化工装置及管道，如加热器、反应器、蒸馏塔等的防护冷却。
三、典型设置场所
1．建筑内的燃油、燃气锅炉房，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，自备发电机房。
2．单台容量在40MW及以上的厂矿企业可燃油油浸电力变压器，单台容量在90MW及以上的可燃油油浸电厂电力变压器，单台容量在125MW及以上的独立变电所可燃油油浸电力变压器。
3．输送机皮带、电缆、液氨储罐。
4．甲B、乙、丙类液体储罐，全压力、半冷冻式液化烃储罐、全冷冻式液化烃储罐。
四、不适用范围
（一）不适宜用水扑救的物质
1．过氧化物。过氧化物是指过氧化钾、过氧化钠、过氧化钡、过氧化镁等。这类物质遇水后会发生剧烈的分解反应，放出反应热并生成氧气，其与某些有机物、易燃物、可燃物、轻金属及其盐类化合物接触时能引起剧烈的分解反应，由于反应速度过快，可能引起爆炸或燃烧。
2．遇水燃烧物质。遇水燃烧物质包括金属钾、金属钠、碳化钙（电石）、碳化铝、碳化钠、碳化钾等。这类物质遇水后能使水分解，夺取水中的氧与之化合，并放出热量和产生可燃气体造成燃烧或爆炸的恶果。
（二）使用水雾会造成爆炸或破坏的场所
1．高温密闭的容器内或空间内。当水雾喷入时，由于水雾的急剧汽化使容器或空间内的压力急剧升高，有造成破坏或爆炸的危险。
2．表面温度经常处于高温状态的可燃液体。当水雾喷射至其表面时会造成可燃液体的飞溅，致使火灾蔓延。
第四节 系统设计参数
一、水雾喷头的工作压力
水雾喷头的工作压力，当用于灭火时不应小于0.35MPa；当用于防护冷却时不应小于0.2MPa，但对于甲B、乙、丙类液体储罐不应小于0.15MPa。（如下表所示）
二、水喷雾灭火系统的保护面积
1．保护面积是指保护对象的全部暴露外表面面积。其保护面积可按以下原则确定：
（1）按保护对象的规则外表面面积确定。
（2）当保护对象的外表面面积不规则时，应按包容保护对象的最小规则形体的外表面面积确定。
（3）变压器的保护面积除应按扣除底面面积以外的变压器油箱外表面面积确定外，还应包括散热器的外表面面积和油枕及集油坑的投影面积。（如图3-4-4所示）
变压器保护面积的确定方法
A—变压器宽度；B—变压器长度；C—集油坑宽度；D—集油坑长度；H—变压器高度；
保护面积S=（CD-AB）+2（A+B）H+AB
（4）分层敷设电缆的保护面积应按整体包容电缆的最小规则形体的外表面面积确定。
（5）输送机皮带的保护面积应按上行皮带的上表面面积确定。
（6）开口可燃液体容器的保护面积应按液面面积确定。
（7）当水喷雾系统用于室内保护对象时，保护面积可按室内建筑面积或保护对象的外表面面积确定。
（8）甲、乙类液体泵，可燃气体压缩机及其他相关设备，其保护面积应按相应设备的投影面积确定，且水雾应包络密封面和其他关键部位。
（9）系统用于冷却甲B、乙、丙类液体储罐时，着火的地上固定顶储罐及距着火储罐罐璧1.5倍着火罐直径范围内的相邻地上储罐应同时冷却，当相邻地上储罐超过3座时，可按3座较大的相邻储锻计算消防冷却水用量。着火的浮顶罐应冷却，其相邻储罐可不冷却。着火罐的保护面积应按罐壁外表面面积计算，相邻罐的保护面积可按实际需要冷却部位的外表面面积计算，但不得小于罐壁外表面面积的1/2。
（10）系统用于冷却全压力式及半冷冻式液化烃或类似液体储罐时，着火罐及距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的相邻罐应同时冷却；当相邻罐超过3座时，可按3座较大的相邻罐计算消防冷却水用量。着火罐保护面积应按其罐体外表面面积计算，相邻罐保护面积应按其罐体外表面面积的1/2计算。
（11）系统用于冷却全冷冻式液化烃或类似液体储罐时，采用钢制外壁的单容罐，着火罐及距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的相邻罐应同时冷却。着火罐保护面面积应按其罐体外表面面积计算，相邻罐保护面积应按罐壁外表面面积的1/2及灌顶外表面面积之和计算。
三、水喷雾灭火系统的响应时间
响应时间是指由火灾报警设备发出信号至系统中最不利点水雾喷头喷出水雾的时间，它是系统由报警到实施喷水灭火的时间参数。系统的供给强度、持续供给时间和响应时间应符合表3-4-2的规定。
注：
1．添加水系灭火剂的系统，其供给强度应由试验确定
2．钢制单盘式、双盘式、敞口隔舱室内浮顶罐应按浮顶罐对待，其他内浮顶罐应按固定顶罐对待。
第五节 系统组件及设置要求
水喷雾灭火系统由水雾喷头、雨淋阀、过滤器、供水管道等主要部件组成。
一、水雾喷头
水雾喷头按结构可分为离心雾化型水雾喷头和撞击型水雾喷头两种。
（一）水雾喷头的分类
1．离心雾化型水雾喷头，分为A型和B型，其外形如图3-4-5所示。（适用扑救电气火灾）
A型水雾喷头的进水口与出水口成90°角，安装后喷头出水方向可在一定范围内进行调节。B型水雾喷头的出水口和进水口在一条直线上，安装后是完全固定不可调节的。
2．撞击型水雾喷头
撞击型水雾喷头的压力水流通过撞击外置的溅水盘，在设定区域分散为均匀的锥形水雾。喷头由溅水盘、分流锥、框架本体和滤网组成。撞击型水雾喷头根据需要可以水平安装，也可以下垂、斜向安装，其外形如图3-4-6所示。
（二）水雾喷头的主要性能参数
1．工作压力。水雾喷头的雾化效果与喷头的工作压力有直接关系。通常情况下，喷头的工作压力越大，其水雾滴粒径越小，雾化效果越好，灭火和冷却效率也就越高。当水雾喷头的工作压力大于或等于0.2MPa时，能获得良好的分布形状和雾化效果，满足防护冷却的要求；当压力大于或等于0.35MPa时，能获得良好的雾化效果，满足灭火的要求。
2．雾化角。常见雾化角有30°、45°、60°、90°和120°五种规格。
3．流量系数。水雾喷头的流量系数K为16～102，由喷头制造商自行确定。
4．有效射程。水雾喷头的有效射程是指喷头水平喷射时，水雾达到的最高点与喷口之间的距离。水雾锥是指在水雾有效射程内水雾形成的圆锥体。
水雾喷头的有效射程与雾化角有直接关系。同一水雾喷头，雾化角小，则射程远，反之则近。有效射程是水雾喷头的重要性能参数，在有效射程范围内的水雾强度能够达到设计要求，可满足灭火控火或防护冷却要求，因此，水雾喷头与保护对象的有效距离不应大于水雾喷头的有效射程。离心雾化型水雾喷头的垂直喷射曲线如图3-4-7所示。
5．水雾滴平均直径。压力越大，水雾滴平均直径越小。一般水雾粒径应在0.3～1mm的范围内。
（三）水雾喷头布置要求
1．基本原则
保护对象的水雾喷头数量根据设计喷雾强度、保护面积和水雾喷头特性，按计算公式确定。应使水雾直接喷射和完全覆盖保护对象，如不能，则增加数量。水雾喷头与保护对象的距离不得大于水雾喷头的有效射程，与电气带电（裸露）部分的安全净距应符合相关标准。
- 布置方式
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水雾喷头水雾锥底圆半径的1.4倍；当按菱形布置时，水雾喷头之间的距离不应大于水雾喷头水雾锥底圆半径的1.7倍，如图3-4-8和图3-4-9所示。
3．保护变压器的水雾喷头的布置要求
保护对象为油浸式变压器时，水雾喷头应布置在变压器周围，不宜布置在变压器顶部；保护变压器顶部的水雾不应直接喷向高压套管；变压器的绝缘子升高座孔口、油枕、散热器、集油坑均应设水雾喷头进行保护；水雾喷头之间的水平距离与垂直距离应满足水雾锥相交的要求。
4．保护储罐、球罐的水雾喷头的布置要求
（1）当保护对象为可燃气体和甲、乙、丙类液体储罐时，水雾喷头宜布置在保护对象周围，其与保护储罐外壁之间的距离不应大于0.7m。
（2）当保护对象为球罐时，水雾喷头的喷口应面向球心；水雾锥沿球罐纬线方向应相交，沿经线方向应相接；当球罐的容积等于或大于1000m³时，水雾锥沿球罐纬线方向应相交，沿经线方向宜相接，但赤道以上环管之间的距离不应大于3.6m；无防护层的球罐钢支柱和罐体液位计、阀门等处应设水雾喷头进行保护。
（3）当保护对象为卧式储罐时，水雾喷头的布置应使水雾完全覆盖裸露表面，储罐液位计、阀门等处应设水雾喷头保护。
5．保护电缆的水雾喷头的布置要求
当保护对象为电缆时，水雾喷头喷射的水雾应完全包围电缆。电缆水平敷设或垂直敷设时，都按平面保护对象考虑。对于水平敷设的电缆，喷头宜布置在其上方；对于垂直敷设的电缆，喷头可沿其侧面布置。多层水平或垂直敷设的电缆，其层间没有装设耐火隔板时，设置的喷头要采用包围式，使中间层的电缆处于水雾的包围中，以便迅速窒息灭火。当电缆支架阻挡水雾时，在该部位应增设喷头。
6．保护输送机皮带的水雾喷头的布置要求
当保护对象为输送机皮带时，水雾应完全包络输送机的机头、机尾和上、下行皮带。由于输送机皮带是一种做平面往返运动的保护对象，在没有停机前，皮带的着火部位可能随之往返运动，极易造成火灾蔓延，故其喷头的布置应采用包围式，使水雾覆盖上行皮带、输送物、下行皮带以及支架构件等全部表面。
7．保护其他对象的水雾喷头的布置要求
当保护对象为室内燃油锅炉、电液装置、氢密封油装置、发电机、油断路器、汽轮机油箱、磨煤机润滑油箱时，水雾喷头宜在保护对象的顶部周围布置，使水雾直接喷向并完全覆盖保护对象。
二、雨淋阀
雨淋阀作为水喷雾灭火系统中的系统报警控制阀，起着重要作用。雨淋阀分为角式雨淋阀和直通雨淋阀两种。
（一）角式雨淋阀
灭火后，手动将电磁阀复位，稍后雨淋阀将自行复位。
（二）直通雨淋阀
灭火后，需手动复位雨淋阀。
三、管道
水喷雾系统的管道分为雨淋阀前管道和阀后管道两部分。阀后管道应采用内外热镀锌钢管，且管道上不应设置其他用水设施。系统管道的工作压力不应大于1.6MPa，系统管道应采用沟槽式连接件（卡箍）连接，或螺纹、法兰连接。镀锌管道不得采用电焊、气焊挖孔、热煨弯或其他破坏镀锌层的操作。系统管道采用镀锌钢管时，管径不应小于25mm；采用不锈钢管或铜管时，管径不应小于20mm。系统管道的最低处或水容易聚集的地方应设置放水阀或排污口。
