王峰
（中國天辰化學工程公司，天津 300400）

　　摘要：外商投資國內工程項目的自噴系統設計，除應滿足國內規范外，還應兼顧投保公司對工程項目的要求。文中所述工程設計時采用了NFPA等國外標準，以平均噴水強度為計算出發點進行水力計算，同時增加一些新措施，滿足了工程的要求。
　　關鍵詞：消防設計；自噴系統；水力計算
　　中圖分類號：TU998.1
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1009－2455（2003）01－0060－03

　　近幾年外商在華投資項目日益增多，工程設計中對消防系統的要求也越來越高，尤其是當外商將在華投資項目投保于境外的保險公司時，消防設計要求更加嚴格，往往國內的項目也采用國外相應的標準和規范來設計，例如采用美國消防協會規范（NFPA）、工廠互惠組織的規定（FM）及英國的消防法規（BS）等。在此以一個實際工程為例，淺談一下外商投資項目的設計。

1 工程簡介

　　施維雅（天津）制藥工程為一小型制藥企業，占地38000 m²，整個廠區主要包括生產區、包裝區、倉庫區、綜合辦公樓及消防泵房。其中，倉庫區是全廠火災危險性最大場所。倉庫為貨架倉庫，庫區面積 40 m × 27 m，貨架的貨物堆高為 6.8m，倉庫梁底高度為8.5。藥片采用膠囊封裝成一板后用紙盒外包裝分層放置于帶有塑料托盤的貨架上。根據業主提供的資料，藥品本身并非易燃品，但大量的外包裝物及放置于倉庫貨架上的塑料托盤、紙制宣傳品屬易燃品。藥品的塑料（PVC）外包裝雖不易燃燒，但一燃燒反而不如紙張、木材容易撲救。根據以上的分析及參照NFPA13^[1]中的相關規定，將倉庫區的防護等級定為Ⅲ級（NFPA13中將帶貨架倉庫內火災等級分為Ⅰ至Ⅳ級），相當于 GB 50084－2001[2]中規定的倉Ⅰ級。

2 自噴系統設計

2.l 設計參數及消防水量的確定
　　系統分頂噴和貨架噴淋系統兩個部分，消防水量按頂噴系統中選定作用面積內平均噴水強度下用水量（Q₁）與貨架噴淋系統中上下兩排各7只噴頭同時動作時的水量（Q₂）之和，確定倉庫區最終自噴系統用水量 Q（Q=Q₁＋Q₂）。NFPA13中提供的作用面積與噴水強度關系曲線圖中，圖7－4.2.2.1.1（f）（圖1所示）符合本工程實際情況，現摘錄如下：

　　圖中曲線C與系統的選型和實際情況最符合，故系統的設計參數如下：
　　頂噴的平均噴水強度：
　　q=0.35gpm/ft² =14.262 L/(min·m2)
　　作用面積：
　　S=2000ft²=185.8m²
　　而且GB50084-2001中，倉Ⅰ級設計參數為：
　　q=12L/(min·m²)
　　S=200 m²

2.2 水力計算
　　自動噴水滅火系統中管網水力計算是系統設計的核心。NFPA 13規定，采用海曾-威廉公式（Hazen－Williams formula）計算管路的沿程損失，而局部阻力損失由NFPA13的表8－4.3.1中將不同管件折算成等量長度的鋼管上的沿程損失。GB50084－200中 9.1.3條規定：系統的設計流量應按最不利點處作用面積內噴頭的總流量確定，即。GB 50084－2001中的計算方法基本上采用了NFPA的方法，但在計算過程中出發點略有不同。
2.2.1 國內水力計算方法
　　國內設計自動噴水滅火系統時，水力計算是按最不利點處噴頭最小壓力不得低于規范規定數值（GB 50084－2001）0.05 MPa為出發點計算出相應流量后，一步步反算得出最終結果。以下面水力計算簡圖（圖2）為例，假設火災危險等級為中1危險級，進行計算并加以說明。

　　當 A₁處壓力按p₁=0.05 MPa確定計算，反算Q₁=57 L／min。依次類推，A₂，B₁，B₂節點處壓力和流量值分別為：
　　A₂（61.2 kPa，63 L／min）
　　B₁（59.2 kPa，62 L／min）
　　B₂（72.3 kPa，69 L／min）
　　則A₁，A₂，B₁，B₂4個點組成的保護面積內平均噴水強度為：q_平均=［（57＋63＋63＋69）／4］／3.6×32）＝5.47＞6.0L／（min·m²）×0.85＝5.1L／（min·m²）以上結果滿足GB 50084－2001中9.1.4條規定。若噴頭間距和支管間距均取 3.6 m，則 q_平均＝4.84 L／min·m²）＜6.0 × 0.85＝5.1，顯然此時噴頭間距已不滿足規范對噴水強度的要求。可見，在系統選擇了最小壓力進行水力計算后噴頭按正方形布置間距應小于3.6 m。
2.2.2 國外水力計算方法
　　按每只噴頭在自身作用面積內的噴水強度不小于平均噴水強度為出發點計算：
　　上述例子中1只噴頭保護面積為：
　　S₁＝3.6m×3.2m＝11.52m²
　　則：
　　Q₁＝q×S₁＝6L／（min·m²）×1l.52m²＝ 69.12L／min
　　則反算：p₁=（Q₁／K)²=（69.12／81）²＝72.82 kPa（單位換算成 kPa值）
　　故4點合圍保護面積內的平均噴水強度q_平均為：
　　q_平均=［（65＋75＋74＋80） ／4］ ／（3.6 × 32）＝6.38＞6.0 L／（min·m²）
　　從以上計算中可以看出，國內計算方法得出的平均噴水強度和國外計算方法得出的平均噴水強度是有差異的。后者（按NFPA13）計算結果，整個系統的要求及消防泵能力高于前者（按GB 50084－2001）。以本項目的“統計”數據來比較，這種偏差表現在消防泵的能力L，后者揚程大于前者10－15 m，流量相差 50－70 L／min，消防泵能力偏差在20％左右，這將影響消防系統的投資。
　　可見，按國內規范（GB 50084－2001）最不利點噴頭工作壓力0.05 MPa進行計算，在滿足規范要求的前提下，就必須縮小噴頭的水平距離，從而導致作用面積內動作噴頭數增加，以滿足噴水強度的要求。計算結果水泵的能力比用 NFPA計算結果小一些。火災初期一般只開放1只或數只噴頭時，每只噴頭的實際水壓和流量必然超過設計值較多，噴水強度較大，有利于滅火。當作用面積內噴頭均動作時，噴頭數量增加，實際滅火效果不一定能夠達到最佳效果。較大的噴水強度是有效滅火的保證。因此，在自動噴水滅火系統的水力計算中采用最不利點噴頭的噴水強度不應小于作用面積內的系統平均噴水強度為計算出發點，更符合系統運行對噴水強度的要求，實際效果更好。

3 國內外設計的差異

3.1 國內外規范在噴水強度上的差
　　由于本工程在進行施工圖設計時，國內最新版本的規范為帕動噴水滅火系統設計規范》（GBJ84－85）[3]，但考慮到新版規范已經頒布實施，故以下敘述均針對GB 50084－2001與 NFPA13（200版）的比較。
　　國外NFPA13中明確規定作用面積內任意1只噴頭的噴水強度不得低于規范規定相應系統的平均噴水強度，而國內 GB 50084－2001對輕、中危險級場所設置自動噴水滅火系統時，沒有上述的強制規定（嚴重危險級與NFPA13一致），其中，第9.1.4條規定：“最不利點處作用面積內任意4只噴頭合圍范圍內的平均噴水強度，輕、中危險級不應低于本規范規定的85％”，顯然，國內規范允許在一定場合下作用面積內平均噴水強度在規定值下浮15％以內，這導致消防系統投資和滅火效果產生差異。

3.2 其它規定及技術上的差異
3.2.1 管道的防震
　　設計中遵循保險公司的要求，采用FM[4]中相關規定增加了對整個消防系統管道的防震設計。具體包括整個系統的主配水于管（Cross Main）上的管件采用撓性連接管件以及在主配水干管上增加三相和四相管道支撐系統以防止地震時消防管道的縱。橫向位移而導致的消防管道破壞。
3.2.2 噴頭的選擇
　　依據NFPA13中規定，頂噴采用高溫噴頭（14℃），使整個系統的噴水強度降下來，相對來說節省了投資。而未采用早期快速抑制噴頭（ESFR）是考慮到該系統要求的水量較大，使消防系統投資增大。
3.2.3 壓力監測系統
　　根據NFPA20[5]的規定，消防泵系統的壓力監測系統（壓力開關）安裝在泵出口止回間和閘閥之間的管路上，該監測系統內在壓力開關前先安裝2個上回閥，每個止回網相應的有1個排水管，設置于該系統上的二個止回閥在其閥瓣上開3／32 in.（238 mm）的小孔后倒裝。具體情況見圖 3。但英國的相應規范中也有以下圖示（圖4）的接法。主測壓管路先安裝1個球閥，再接壓力開關直至排水管路部分，旁路安裝1個止回閥。該系統的最大優點是省去了壓力開關儀表的根部球閥，檢修時只要關閉閥a即可，若檢修完畢后忘記了打開閥a，測壓管路內的壓力仍能與主系統保持一致，使壓力開關復位。但此時壓力開關已經不起作用，與NFPA13中若檢修完畢后忘記打開壓力開關根部球閥的錯誤是一樣致命的。經過思考，認為NFPA20中的接法更合理，這里不再敘述。

　　綜上所述，自動噴水滅火系統的設計計算和系統中采取的措施，國內外規范有一定差異，在外資投資項目中，應注意這些差異，使設計合理完善。

參考文獻：

　　 [1]NFPA13（2001版）.水噴淋系統安裝規范［S］.
　　 [2]GB 50084－2001 自動噴水火火系統設計規范［S］
　　 [3] GBJ 84－85自動噴水滅火系統設計規范[S］.
　　 [4]FM手冊（1998版）.水消防系統防震設計現程［S］.
　　 [5]NFPA20（1999版）.固定式消防泵安裝規范［S］.

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　　作者簡介：王峰（1976－），男，安徽巢湖人，工程師，美國福陸工程公司，電話（021）62351066－750。