石化仓库ESFR自动喷水灭火系统的设计与应用
吴卓敏
【摘 要】自动喷水灭火系统是当今应用最普遍、 最为有效的自动灭火设施之一.采用早期抑制快速响应(ESFR)喷头的自动喷水系统在石油化工企业高堆垛仓库和高架库房工程中被广泛应用.通过分析现有国内、 国际规范,结合工程应用实例,针对ESFR喷头在设计中可能遇到的一些问题展开探讨,并提出方案对策.
【期刊名称】《工业用水与废水》
【年(卷),期】2019(050)003
【总页数】4页(P84-87)
【关键词】早期抑制快速响应喷头;石化仓库;自动喷水灭火系统
【作 者】吴卓敏
新学期新气象板报【作者单位】中石化上海工程有限公司, 上海 200120色百合
【正文语种】中 文
【中图分类】TU998.1
贾元春的性格特点
集团管控自动喷水灭火系统经过长期的实践与不断地改进与创新， 其灭火效能已为许多统计资料所证实。但是， 也逐渐暴露出常规类型的系统不能有效扑救高堆垛仓库火灾的难点问题［1］。 早期抑制快速响应（ESFR）喷头作为一种灭火型喷头， 适用于堆垛、 货架等仓库。 与标准洒水喷头相比， 该喷头在火灾初期能快速反应， 喷洒大流量高速率的大水滴。 其喷洒出的水滴有足够大的动能穿透上升的火羽流， 到达燃烧物表面， 迅速将初期火灾扑灭或抑制。ESFR 喷头除了具有优异的灭火性能， 其泛用性也是普通喷头无法比拟的。 安装了ESFR 系统的仓库可适用多种商品种类、 多种仓储方式， 给业主提供了最大的仓储灵活性［2－3］。
1 实例分析
五味子汤
南京某化工装置的塑料成品仓库， 平面尺寸为56 m×64 m， 结构类型为单层轻钢架结构， 人字形坡屋顶， 坡度为8%， 屋脊处最大净空高度为10.60 m， 室内无采暖。 仓库内以托
盘堆垛方式储存袋装的乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA）成品塑料粒子。 厂区内设有稳高压消防水系统， 系统压力为0.80 ～1.10 MPa， 供水环管DN 400 mm， 本仓库室内喷淋系统的供水可依托该系统。
由于国内规范对ESFR 喷淋系统的要求相对较为笼统， 本仓库的设计在确保满足现行国家规范的前提下， 借鉴了美国消防协会喷淋系统安装标准NFPA 13—2016（以下简称NFPA 13）［4］ 及FM 全球财产损失预防数据表2－0： 自动喷水灭火系统安装导则（以下简称FMDS 2－0）［5］。
1.1 系统选型
根据GB 50084—2017《自动喷水灭火系统设计规范》（以下简称GB 50084）， 采用ESFR 喷头的自动喷水灭火系统。 喷头选型按袋装不发泡塑料考虑，选用K=363 下垂型喷头， 喷头工作压力为0.40MPa。
本仓库室内无采暖， 选用湿式系统有冻结风险。 然而GB 50084、 NFPA 13 及FMDS 2-0 均要求采用ESFR 喷头的自喷系统必须为湿式， 不得用于干式或预作用系统以及任何有可
能会延迟喷头动作或喷水的其他系统， 因为即便是几秒钟的延迟时间也会导致压制作用失败［6］。
综合上述因素， 必须采取措施， 预防该湿式系统在冬季冻结。 在设计过程中， 考虑了防冻液系统（Antifreeze S prinkler S ystem）、 电伴热、 仓库整体采暖等多套方案。
NFPA 13 要求ESFR 喷头如安装在防冻液系统上， 须采用防冻液系统专用喷头。 防冻液系统在国内缺乏技术标准， 实际应用案例少， 运营维护成本和要求均比较高。 仓库整体采暖方案即使在北方地区应用也很少， 在南京地区， 为了消防管道防冻而整体采暖， 其经济合理性就更差了。 管道保温伴热技术成熟， 实际应用案例多， 经过技术经济比选后， 决定在湿式喷淋系统上设置保温及电伴热， 以确保管内水温不低于5 ℃。 电伴热系统的供电应充分考虑其供电安全性， 采用消防负荷。
1.2 配水管道
本项目中1 个ESFR 喷头在最小工作压力0.40 MPa 下的喷水流量约为12 L／s， 配水干管考虑12个喷头的总流量约144 L／s。 管道系统若按常规的支状管道布置， 其配水干管、
配水支管管径较大，导致轻钢结构荷载大。 为此， 管道系统参考了国标图集04S206《自动喷水与水喷雾灭火设施安装》及NFPA 13， 采用网格状供水系统（Gridded Sprinkler System）。 此系统设置2 根平行的配水管， 并通过多根配水支管与之相连， 形成网格状布置［4］。 配水总管DN 200 mm， 配水支管DN 100 mm。
管网水力计算参照NFPA 13， 系统最不利点喷头按3 根配水支管， 每根4 个喷头考虑。 环状管网的水力计算通过Pipenet 软件计算（如图1 所示），当配水管管径为DN 200 mm， 配水支管管径为DN 100 mm 时， 动作喷头的配水支管最大流速为2.9 m／s， 整个网格状供水管道的水头损失约为11 m，流速及水损均处于可接受范围内。
1.3 喷头布置与安装
图1 Pipenet 软件水力计算管网模型Fig. 1 Hydraulic calculation pipe network module of software Pipenet
（1） 喷头与顶板间距。 直立型喷头容易受到下方配水管道障碍， 其中央核心洒水区域（以喷头为中心的600 mm 半径区域）内的水量非常少［5］， 在国外某研究机构的一次
试验中， 一个直立喷头正是由于受到管道障碍， 而未能控制下方的火， 造成灭火失败。 故本仓库采用下垂型喷头。
喷头短立管呈倒U 型， 末端安装下垂型喷头。这样设置配水支管和短立管的原因是为了确保溅水盘的安装高度， 同时另一个好处是管道内部的锈渣不易在短立管中积聚， 有效避免喷头堵塞。
国际规范中下垂型ESFR 喷头的安装高度根据不同K 系数分级要求， 一般而言， 类似K=363 的大流量喷头， 由于其喷洒水量大、 供水管径大， 其距离顶板间距要求相对于小流量系数的喷头也相应宽松一些。 如FMDS 2-0 推荐K=240 的喷头为4 ～13 in（100 ～330 mm）， 而K=320 以上快速响应仓库型喷头感温元件距离顶板放宽为4 ～17 in（100 ～425 mm）。 又如NFPA 13 中推荐K=240 的喷头溅水盘距离顶板6 ～14 in（150 ～350 mm）， 而K=360为6 ～18 in（150 ～450 mm）。 在建设部国标图集04S206 中， ESFR-25 喷头的热敏元件与顶板的距离要求亦为102 ～457 mm。 事实上， 该数据也经相关试验证实其有效性， 国外某完整的灭火试验证明：ESFR 25（K =363）喷头当溅水盘位于天花下18 in（457 mm） 以上时， 喷头热敏元件易于接触热气流，灭火表现是令人满意的。
GB 50084 中， 喷头与顶板间距均按不大于360 mm 执行， 所以在安装K 系数较大的喷头时， 为确保其安装高度， 支管管径的选取必须受到一定限制。 本仓库中， 为满足GB 50084 的要求， 短立管选择DN 50 mm， 当选取更大管径时， 由于管道保温等因素， 喷头溅水盘与顶板距离很难小于360 mm。
（2） 喷头安装。 GB 50084 及NFPA 13 中均要求喷头溅水盘应平行于顶板。 FMDS 2－0 则要求溅水盘应平行于地面， 仅当小于5°的屋顶坡度时， 溅水盘亦可平行于顶板设置。 本仓库屋面坡度约为4.7°，喷头安装时， 溅水盘平行于屋面， 喷头间距按斜面距离确定。 短立管及喷头安装示意如图2 所示。
年会标题图2 短立管及喷头安装示意Fig. 2 Installation drawing of sprig and sprinkler
（3） 障碍物。 障碍物对于喷水的影响是ESFR喷头能否起到压制作用的关键。 障碍物会干扰喷头的布水形状， 并在很大程度上降低水流的动量及穿透火羽流的能力， 从而导致无法压制火势［7］。 FM Global 的试验表明， 即使是相对小的障碍物， 如果其位于关键位置， 并且起火点恰位于其下方， 也会导致火灾失控。 因此在布置喷头时， 应对其喷洒曲线内的障碍物引起高度重视。
智慧交通解决方案
根据ESFR 喷头的喷洒曲线（图3）， 本仓库中喷头主要障碍物为工字型钢屋架及配水支管。 GB 50084 中要求： 采用ESFR 喷头时， 当梁、 通风管道等障碍物宽度大于600 mm 时应在其下方增设喷头。 本仓库内钢屋架为封闭式连续障碍， 但其宽度仅为300 mm， 故不再增设喷头。 但为确保喷头尽量不受到钢屋架的影响， 在考虑喷头平面位置时还参考了FMDS 2－0 的相关要求。
图3 喷头喷洒曲线及障碍物Fig. 3 Spray curves of ESFR nozzles and obstructions
