－ 次 罨 统设计＿ 泡沫喷雾灭火系统设计计算 高振锡 ，阎 玲 ，王 瑞。。陈志昌 （１．公安部天津消防研究所，天津３００３８１；２．天津市电力设计院，天津３０００９０； ３．天津盛达安全科技实业公司，天津３００３８１） 摘要：针对目前油浸式电力变压器的消防保护方式存在 出现火情，系统报警，经消防智能控制盘逻辑判断火情发 生，经过０～３０ ｓ的延迟过程，系统自动打开启动气瓶，继 而打开动力瓶组，喷洒泡沫灭火。自动启动方式逻辑图 的不同程度的缺陷，提出采用泡沫喷雾灭火系统保护方式。介 绍了泡沫喷雾灭火系统构成、工作原理、运行方式、设计计算流 程及方法。 关键词：油浸式电力变压器；泡沫喷雾；灭火系统 中图分类号：Ｘ９２４．４。ＴＵ８９ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９～００２９（２０１０）０２—０１２６—０３ 目前我国对油浸式电力变压器的消防保护措施主要 有水喷雾灭火系统及排油注氮灭火系统，但这两种消防 保护方式均存在不同程度的缺陷。水喷雾灭火系统喷放 时用水量较大，其周围需要建设消防水池等储水设施，但 某些场所不能提供这样的储水设施。排油注氮灭火系统 需对变压器进行改造，其灭火系统管道需与变压器连接， 会对其构造进行相应破坏，使变压器寿命降低，故需要一 种用水量不大且不需要对变压器设备进行改造的能够高 效灭火的新型灭火系统。泡沫喷雾灭火系统符合上述对 油浸式电力变压器进行消防保护的要求。 １泡沫喷雾灭火系统 １．１ 系统构成及工作原理 （１）系统构成。泡沫喷雾灭火系统主要由储液罐、泡 沫灭火剂、动力瓶组、驱动装置、减压装置、分区阀、单向 阀、泡沫喷雾喷头、控制盘、管网等部件组成。泡沫喷雾 灭火剂可采用水系灭火剂、合成型泡沫灭火剂、水成膜泡 沫灭火剂。动力瓶组由氮气及储存容器、容器阀、安全泄 放装置、检漏装置等组成。 （２）工作原理。动力瓶组内储存一定压力的氮气，火 灾发生时开启驱动装置（启动气瓶）打开动力瓶组，动力 瓶组内的氮气经减压装置减压至储液罐工作压力，并输 送到储液罐中（压力超出规定压力时，安全阀自动打开）， 氮气推动储液罐内储存的泡沫灭火剂经管道至泡沫喷雾 喷头，将泡沫灭火剂喷射到灭火对象上，达到迅速灭火的 目的。该灭火系统吸取了水喷雾灭火和泡沫灭火的特 点，借助水喷雾和泡沫的冷却、窒息、乳化、隔离等综合作 用实现迅速灭火的目的，系统原理图见图１所示。 １．２系统启动运行方式 泡沫喷雾灭火系统具有自动启动、手动启动和机械 应急启动功能。 （１）自动启动过程：智能控制盘处于自动状态下，当 １ ２６ 见图２所示。 １．储液罐；２．液位计；３．安全阀；４．压力计；５．动力瓶组；６．单向 阀；７．减压装置；８．驱动装置；９．现场控制箱；１０．消防智能控制 盘；１１．现场探测器；１２．泡沫喷雾喷头；１３．电动分区阎；１４．释 放显示装置；１５．声光报警器；１６．总控制阀 图１泡沫喷雾灭火系统原理图 （２）手动启动过程：智能控制盘处于手动状态下，当 出现火情，人工确认后，手动按下启动按钮，经过０～３０ Ｓ 的延迟过程，系统自动打开启动气瓶，继而打开动力瓶 组，喷洒泡沫灭火。 （３）应急启动过程：停电或控制装置失灵等特殊情况 发生而无法通过自动或手动启动系统时，可以由操作人 员在现场应急启动。首先打开总控制阀及该保护对象的 电动分区阀，然后拔掉驱动装置上的保险卡环，按下驱动 装置上的按钮，打开动力瓶组，达到系统启动的目的。 ２设计计算 ２．１设计参数 某变电站内设有４台２２０ ｋＶ主变压器，室外单独布 置，长、宽、高分别为１Ｏ、７、７ ｍ，油枕直径为０．２ ｍ、长度 为４．５ ｍ。设计按四台变压器不同时发生火灾的前提条 件下，采用组合分配系统设计一套泡沫喷雾灭火系统同 时保护４台变压器。 ２．２设计计算过程 （１）泡沫灭火剂设计用量计算见式（１）： Ｆｉｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１０，Ｖｏｌ ２９，Ｎｏ．２ Ｍ—ＡＲＴ （１） 变压器泡沫喷雾喷头平面布置图，见图３所示。若不能 式中：Ｍ为扑救一次火灾灭火剂设计用量，Ｌ；Ａ为保护 满足相关参数要求，可适当增加喷头数量直至满足要求。 对象水平投影面积，ｍ ；Ｒ为泡沫喷雾混合液供给强度， 经计算，Ｍ一４ ５５０ Ｌ，Ｍｏ一４ ７７７．５ Ｌ，Ｑ一４５５ Ｌ／ Ｌ／（ｍｉｎ・ｍ ）；Ｔ为泡沫喷雾混合液供给时间，ａｒｉｎ。 ｍｉｎ， 一１５．２（取，２—１６只）。在油枕上方需增加２只喷 头进行保护，设计共采用１８只喷头。 ｌ ６００ 函 ｌ ｌＩ Ｊ 图３泡沫喷雾喷头布置图 （４）管径选择：管道内介质流动速度宜小于２．５ ｍ／ｓ， 图２ 目动眉动方式逻辑图 依据此原则经计算初步确定主管径及分支管径，绘制管 依据《低倍数泡沫灭火系统设计规范》（ＧＢ５０１５１— 网节点图，见图４所示。 ９２）第３．４．２条规定，泡沫喷雾混合液供给强度取６．５ Ｌ／ （ｍｉｎ・ｍ ）；供给时间为１０ ｍｉｎ；保护对象水平投影面积 Ａ一１０Ｘ ７—７０ ｍ 。 系统储存量计算见式（２）： Ｍｏ—Ｍ＋ＡＭ （２） 式中：Ｍｏ为系统储存量，Ｌ；ＡＭ为灭火剂剩余量，Ｌ，按 ５ Ｍ计算。 设计选用储液罐容积５ ｍ。。为延长泡沫储液罐使用 寿命，选用不锈钢储罐。 图４冒网节点图 （２）主管道流量计算见式（３）： （５）管道单位长度水头损失计算见式（５）： Ｑ—Ｍ／Ｔ （３） ｌＯ５Ｃ『 ｑｌｇ， （５） 式中：Ｑ为管道设计流量，Ｌ／ｍｉｎ。 式中：ｉ为管道单位长度水头损失，ｋＰａ／ｍ；Ｃｈ为海澄一 （３）泡沫喷雾喷头计算计算见式（４）： 威廉系数，设计采用内外热镀锌钢管，故Ｃｈ一１００；ｄｉ为 Ｑ—ｎＫ Ｊ－ｆ６ｐ。 （４） 管道计算内径，ｍ；ｑ 为管道设计流量，ｉｎ。／ｓ。 式中： 为喷头数量，只；Ｐ为喷头末端压力，ＭＰａ；Ｋ为喷 局部水头损失值采用《自动喷水灭火系统设计规范》 头流量系数，取１６。 （ＧＢ５００８４－－２００１）条文说明中当量长度。 依据《合成型泡沫喷雾灭火系统应用技术规程》 水头损失计算见式（６）： （ＣＥＣＳ １５６：２００４）第３．２．１条：泡沫喷雾喷头工作压力不 ｈ—ｉ（Ｌ ＋Ｌ ） （６） 小于０．３５ ＭＰａ，取Ｐ＝０．３５ ＭＰａ。 式中：ｈ为泡沫喷雾灭火系统水头损失，ＭＰａ；Ｌ 为泡沫 依据喷头数量、喷头水平喷洒图及垂直喷洒图绘制 雾灭火系统管道长度，ｍ；Ｌ 为沫喷雾灭火系统管件当量 消防科学与技术２０１０年２月第２９卷第２期 １ ２７ 长度，１ＴＩ。 选择４台２２０ ｋＶ变压器中距离储液罐最远的一台 变压器进行水头损失计算，高程水头损失取０．０７ ＭＰａ， 计算结果见表１。 （６）计算系统最小工作压力计算见式（７）： Ｐ 一Ｐ＋Ｘｈ （７） 式中：Ｐ为系统工作压力，ＭＰａ。 经计算，储液罐设计工作压力为０．８ ＭＰａ。 （７）动力气瓶计算：忽略气体膨胀过程中温度的变 化，依据玻意耳一马略特定律计算动力瓶组数，见式（８）： Ｐ１×Ｖｌ—Ｐ２×Ｖ２ Ｐ系统×（ 罐＋Ｖ管网＋Ｖ动力瓶×Ｎ动力瓶）一 Ｐ动力瓶× 动力瓶×Ｎ动力瓶 （８） 式中：Ｐ ＿力 为动力气瓶储存压力，ＭＰａ；Ｎ自 匀 为动力气 瓶数量，瓶组； 为泡沫储液罐容积，ｒｌｌ ； 月为泡沫喷 雾管网容积，１２１。； 自力瓶为单瓶组动力气瓶容积，ｍ。。 经计算，Ｎ 一７．３瓶组（取Ｎ 一８瓶组），动力 气瓶采用７Ｏ Ｌ的高压储瓶，设计储存压力为１０ ＭＰａ。 设计选用８瓶组７０ Ｌ的高压储瓶（储存１０ ＭＰａ氮气）做 表１水头损失计算 管段 编号 １—２ ２—３ ３—４ ４—５ 管道实际长度Ｌ ／ｍ ２０８．９ ２１．１ １．７ ２．８ 当量长度Ｌ２ ／ｍ ９．７ ４．８ ２．３ ２．４ 管道计算长度Ｌ 管径ｄ 流量Ｑ ／Ｌ／ｍｉｎ 管道单位长度水头损失ｉ ／ＫＰａ／ｍ １．４１ １．８４ Ｏ．１０ Ｏ．７６ 水头损失ｈ ／ＭＰａ ０．３１ ０．０５ ０．０１ ０．Ｏ１ ２１８．６ ２５．９ ４．０ ５．２ ６５ ５Ｏ ５０ ２５ ４５５．０ ２５２．８ ５０．６ ２５．３ 总水头损失三＾：０．４５ ＭＰａ 动力瓶组，选用５ ＩＴＩ。容积、工作压力０．８ ＭＰａ的不锈钢 储罐做为储液罐罐装４ ７７７．５ Ｌ泡沫灭火剂，采用如图４ 所示的主管径及分支管径管网，经设计计算，系统满足末 端泡沫喷雾喷头设计压力要求。 参考文献： ［１］郑端文，苏龙生，刘海波．可燃油油浸电力变压器、电抗器室外消防 用水量设计［Ｊ］．消防科学与技术，２００６，２５（６）：７７１—７７２． ［２］许传升．一起大型油浸电力变压器火灾扑救的几点体会［Ｊ］．消防 科学与技术，２００１，２０（４）：４６—４７． ３００３８１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００９０，Ｃｈｉｎａ；３．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｓｈｅｎｇｄａ Ｆｉｒｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏｒ— ｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｏａｍ ｓｐｒａｙ ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｏ ｐｒｏｔｅｃｔ ｔｈｅ ｏｉｌ—ｆｉｌｌｅｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｓｉｎｃｅ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｄｅｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｉｎ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｆｉｒｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎ— ｃｉｐｌｅ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｒ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ｃａｌｃｕｌａ— ｔｉｏｎ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｉｌ—ｆｉｌｌｅｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｆｏａｍ ｓｐｒａｙ；ｆｉｒｅ ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｄｅｓｉｇｎ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ［３３石峥嵘．有关变压器水喷雾灭火系统的探讨［Ｊ］．消防科学与技术， ２０００．１９（４）：３４—３６． 作者简介：高振锡（１９６３一），男，天津人，公安部天 津消防研究所副研究员，主要从事灭火系统产品开发 和制造工作，天津市南开区卫津南路１１Ｏ号，３００３８１。 收稿日期：２００９—１０—２２ Ｄｅｓｉｇｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏａｍ ｓｐｒａｙ ｆｉｒｅ ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ＧＡＯ Ｚｈｅｎ—ｘｉ ，ＹＡＮ Ｌｉｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｒｕｉ。， ＣＨＥＮ Ｚｈｉ—ｃｈａｎｇ （１．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｆｉｒｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＭＰＳ，Ｔｉａｎｊｉｎ １２８
