水喷雾灭火系统技术规范 GB50219.docx

1、水喷雾灭火系统技术规范 GB502191 总则1.0.1 为了合理地设计水喷雾灭火系统（或简称系统），保障其施工质量和使用功能，减少火灾危害，保护人身和财产安全，制定本规范。1.0.2 本规范适用于新建、扩建和改建工程中设置的水喷雾灭火系统的设计、施工、验收及维护管理。 本规范不适用于移动式水喷雾灭火装置或交通运输工具中设置的水喷雾灭火系统。1.0.3 水喷雾灭火系统可用于扑救固体物质火灾、丙类液体火灾、饮料酒火灾和电气火灾，并可用于可燃气体和甲、乙、两类液体的生产、储存装置或装卸设施的防护冷却。1.0.4 水喷雾灭火系统不得用于扑救遇水能发生化学反应造成燃烧、爆炸的火灾，以及水雾会对保护对象

2、造成明显损害的火灾。1.0.5 水喷雾灭火系统的设计、施工、验收及维护管理除应符合本规范规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。条文说明1总则1.0.1 水喷雾灭火系统是在自动喷水灭火系统的基础上发展起来的，主要用于火灾蔓延快且适合用水但自动喷水灭火系统又难以保护的场所。该系统是利用水雾喷头在一定水压下将水流分解成细小水雾滴进行灭火或防护冷却的一种固定式灭火系统。水喷雾灭火系统不仅可扑救固体、液体和电气火灾，还可为液化烃储罐等火灾危险性大、扑救难度大的设施或设备提供防护冷却。其广泛用于石油化工、电力、冶金等行业。近年来，水喷雾灭火系统在酿酒行业得到了推广应用。本次修订增加了酒厂水喷雾灭火系统的

3、相关设计内容。 另外，水喷雾灭火系统的保护对象涵盖了电力、石油化工等工业设施、设备，有别于自动喷水灭火系统，为此，本次修订补充了相关施工、验收的内容。1.0.2 本规范属于固定灭火系统工程建设国家规范，其主要任务是提出解决工程建设中设计水喷雾灭火系统的技术要求。我国现行国家标准建筑设计防火规范GB 50016、石油天然气工程设计防火规范GB 50183、石油化工企业设计防火规范GB 50160、火力发电厂与变电站设计防火规范GB 50229, 钢铁冶金企业设计防火规范GB 50414、酒厂设计防火规范GB 50694等有关规范均对应设置水喷雾灭火系统的场所作了明确规定，为水喷雾灭火系统的应用提

4、供了依据。本规范与上述国家标准配套并衔接，适用于各类新建、扩建、改建工程中设姬的水喷雾灭火系统。 由于在车、船等运输工具中设置的水喷雾装置及移动式水喷雾装置均执行其本行业规范或一些相关规定，而且这些水喷雾装置通常不属于一个完整的系统。因此，对于本规范是不适用的。1.0.3 本条是在综合国外有关规范的内容和国内多年来开展水喷雾灭火系统试验研究成果的基础上制订的。 美国、日本和欧洲的规范将水喷雾灭火系统的防护目的划分为：灭火、控制燃烧、暴露防护和预防火灾四类，其后三类的概念均可由防护冷却来表达。本规范综合国外和国内应用的具体情况将水喷雾灭火系统的防护目的划分灭火和防护冷却。另外，美国和日本等国基本

5、是以具体的保护对象来规定适用范围的，而本规范基本采用我国消防规范标准对火灾类型的划分方式规定了水喷雾灭火系统的适用范围。 我国从1982年开始，由公安部天津消防研究所对水喷雾灭火系统的应用和适用范围进行了深入研究，不仅对各种固体火灾（如木材、纸张等）及液体火灾进行了各种灭火试验，取得了较好的灭火效果，而且对水喷雾的电绝缘性能进行了一系列试验。现主要对水喷雾电绝缘试验介绍如下。 （1）试验1。公安部天津消防研究所委托天津电力试验所对该所研制的水雾喷头进行了电绝缘性能试验。试验布置如图1所示。图1电绝缘性能试验布置图 试验条件：试验在高压雾室内进行，室温2830，湿度85%，大气压0.1MPa，试

6、验所用水的电导率为400s/cm。 试验布置：高压电极为2m2m的镀锌钢板，水雾喷头、管路、水泵、水箱全部用10mm厚的环氧布板与地面绝缘。试验时高压电极上加工交流工频电压146kV，水雾喷头距离高压电极1m，在不同水压下向高压电极喷射水雾，此时通过微安表测得的电流数值如表1所示。 试验结果：水雾喷头工作压力越高，水雾滴直径越小，泄漏电流也越小；在工作压力相同的条件下，流量规格小的水雾喷头的泄漏电流小，同时也说明研制的水雾喷头用于电气火灾的扑救是安全的。表1微安表测得的电流数值 （2）试验2。1991年4月，公安部天部消防研究所会内有关单位，在大港电厂利用大港地区深井消防用水进行了水喷雾带电喷

7、淋时的绝缘程度试验，试验情况如下： 试验条件：试验在室外进行，东南风三级，环境温度18，试验用水属盐碱性水，电导率为1700s/cm。 试验布置：两个报废的110kV绝缘子直立相连，上部顶端放置高压电极，下部底座放置接地极，瓷瓶侧面放置直立方向按地极。根据实际需要可以改变高压极与直立方向接地极的距离。两只喷头同时同向喷水，喷头距电极2.3m，喷雾直接喷向高压电极，喷头和绝缘瓷瓶夹角为45及90，喷头处水压为0.4MPa。喷头型号为ZSTWB-80-120。 试验结果：试验结果见表2。试验时雾滴直径基本为0.2mm，供给强度为25L/（min），带电喷淋1min。表2试验数据 上述两项试验表明，

8、水喷雾具有良好的电绝缘性，直线喷向带电的高压电极时，漏电电流十分微小，且不会产生闪络现象。因此，水喷雾灭火系统用于电气火灾的扑救是安全的。 近年来，我国有关单位用水喷雾灭火系统对饮料酒火灾进行了灭火试验研究，取得了较好效果，并将水喷雾灭火系统在国内部分酒厂进行了推广应用。因此，本次修订在适用范围内增加了饮料酒火灾。1.0.4 水喷雾灭火系统的不适用范围包指两部分内容： 第一部分是不适宜用水扑救的物质，可划分为两类。第一类为过氧化物，如：过氧化钾、过氧化钠、过氧化钡、过氧化镁，这些物质遇水后会发生剧烈分解反应。第二类为遇水燃烧物质，这类物质遇水能使水分解，夺取水中的氧与之化合，并放出热量和产生可

9、燃气体造成燃烧或爆炸。这类物质主要有：金属钾、金属钠、碳化钙（电石）、碳化铝、碳化钠、碳化钾等。 第二部分为使用水雾会造成爆炸或破坏的场所，主要指以下几种情况：一是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，容易造成破坏或爆炸。二是对于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。2 术语和符号2.1 术语2.1.1 水喷雾灭火系统 water spray fire protection system 由水源、供水设备、管道、雨淋报警阀（或电动控制阀、气动控制阀）、过滤器和水雾喷头等组成，向保护对象喷射水

10、雾进行灭火或防护冷却的系统。2.1.2 传动管 transfer pipe 利用闭式喷头探测火灾，并利用气压或水压的变化传输信号的的管道。2.1.3 供给强度 application density 系统在单位时间内向单位保护面积喷洒的水量。2.1.4 响应时间 response time 自启动系统供水设施起，至系统中最不利点水雾喷头喷出水雾的时间。2.1.5 水雾喷头 spray nozzle 在一定压力作用下，在设定区域内能将水流分解为直径1mm以下的水滴，并按设计的洒水形状喷出的喷头。2.1.6 有效射程 effective range 喷头水平喷洒时，水雾达到的最高点与喷口所在垂直于

11、喷头轴心线的平面的水平距离。2.1.7 水雾锥 water spray cone 在水雾喷头有效射程内水雾形成的圆锥体。2.1.8 雨淋报警阀组 deluge alarm valves unit 由雨淋报警阀、电磁阀、压力开关、水力警铃、压力表以及配套的通用阀门组成的装置。2.2 符号 B水雾喷头的喷口与保护对象之间的距离； Ch海澄-威廉系数； dj管道的计算内径； dg节流管的计算内径； g重力加速度； H消防水泵的扬程或系统入口的供给压力； Hk减压孔板的水头损失； Hg节流管的水头损失； hz最不利点水雾喷头与系统管道入口或消防水池最低水位之间的高程差； h系统管道沿程水头损失与局部水

12、头损失之和； i管道的单位长度水头损失； K水雾喷头的流量系数； k安全系数； L节流管的长度； N保护对象所需水雾喷头的计算数量； n系统启动后同时喷雾的水雾喷头的数量； P水雾喷头的工作压力； P0最不利点水雾喷头的工作压力； Q雨淋报警阀的流量； q水雾喷头的流量； qi水雾喷头的实际流量； qg管道内水的流量； Qj系统的计算流量； Qz系统的设计流量； R水雾锥底圆半径； S保护对象的保护面积； V管道内水的流速； Vk减压孔板后管道内水的平均流速； Vg节流管内水的平均流速； W保护对象的设计供给强度； 水雾喷头的雾化角； 减压孔板的局部阻力系数； 节流管中渐缩管与渐扩管的局部阻力

13、系数之和。3 基本设计参数和喷头布置3.1 基本设计参数3.1.1 系统的基本设计参数应根据防护目的和保护对象确定。3.1.2 系统的供给强度和持续供给时间不应小于表3.1.2的规定，响应时间不应大于表3.1.2的规定。表3.1.2系统的供给强度、持续供给时间和响应时间3.1.3 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。3.1.4 保护对象的保护面积除本规范另有规定外，应按其外表面面积确定，并应符合下列要求： 1 当保护对象外形不规则时，应按包容保护对象的最小规则形体的外表面面积确定。 2

14、 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，尚应包括散热器的外表面面积和油枕及集油坑的投影面积。 3 分层敷设的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。3.1.5 液化石油气灌瓶间的保护面积应按其使用面积确定，液化石油气瓶库、陶坛或桶装酒库的保护面积应按防火分区的建筑面积确定。3.1.6 输送机皮带的保护面积应按上行皮带的上表面面积确定；长距离的皮带宜实施分段保护，但每段长度不宜小于100m。3.1.7 开口容器的保护面积应按其液面面积确定。3.1.8 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

15、络密封面和其他关键部位。3.1.9 系统用于冷却甲B、乙、丙类液体储罐时，其冷却范围及保护面积应符合下列规定： 1 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。 2 着火的浮顶罐应冷却，其相邻储罐可不冷却。 3 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面积计算，但不得小于罐壁外表面面积的1/2。3.1.10 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，其冷却范围及保护面积应符合下列规定： 1 着火罐及距着火罐罐骤1.5倍着火罐直径

16、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。 2 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。3.1.11 系统用于冷却全冷冻式液化烃或类似液体储罐时，其冷却范围及保护面积应符合下列规定： 1 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。 2 混凝土外壁与储罐间无填充材料的双容罐。着火罐的罐壁与罐顶及距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的相邻罐罐顶应同时冷却。

17、3 混凝土外壁与储罐间有保温材料填充的双容罐，着火罐的罐顶及距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的相邻罐罐顶应同时冷却。 4 采用混凝土外壁的全容罐，当管道进出口在罐顶时，冷却范围应包括罐顶泵平台，且宜包括管带和钢梯。条文说明3.1基本设计参数3.1.1 基本设计参数包括设计供给强度、持续喷雾时间、保护面积、水雾喷头的工作压力和系统响应时间。基本设计参数需要根据水喷雾灭火系统的防护目的与保护对象的类别来选取。3.1.2 水喷雾灭火系统的供给强度、响应时间和持续喷雾时间是保证灭火或防护冷却效果的基本设计参数。本条按防护目的，针对不同保护对象规定了各自的供给强度、持续喷雾时间和响应时间。 （1）关

18、于保护对象的防护目的 1）油浸变压器的水喷雾防护 变压器是从原油中提炼出的以环烃为主的烃类液体混合物，初馏点大于300，闪点一般在140以上，变压器油经过较长时间工作后，因高压电解、局部高温裂解，会产生少量的氢和轻烃，这些气态可燃物质很容易发生爆炸。 本规范编制组针对油浸变压器火灾进行了专门研究，搜集了国内若干变压器火灾案例，由案例分析得知，变压器的火灾模式主要有三种：初期绝缘子根部爆裂火灾、油箱局部爆裂火灾、油箱整体爆裂火灾。其中以初期绝缘子根部爆裂火灾为主，油箱局部爆裂火灾多由绝缘子根部爆裂火灾发展而成。从三种火灾模式来看，固定灭火系统能够扑救的火灾为绝缘子根部爆裂火灾与变压器油沿油箱外避

19、流向集油池的变压器油箱局部爆裂火灾，油箱整体爆裂火灾是各种固定灭火系统无法保护的。所以，水喷雾灭火系统设计参数的确定立足于扑救绝缘子根部爆裂火灾与变压器油沿油箱外壁流向集油池的变压器油箱局部爆裂火灾。 对此，公安部天津消防研究所会同有关单位，在2009年5月6月进行了多次变压器火灾模拟试验，变压器模型用钢板焊制而成，长2500mm、宽1600mm、高1500mm，在变压器模型的两个斜面上各开有3个460的圆孔，用来模拟变压器发生火灾时沿绝缘子开裂的情形，圆孔均匀布置。每次试验变压器模型的的开孔情况如下：试验1 和试验2所有孔全开；试验3为3个开孔，开孔位于变压器模型的同一侧；试验4为4个开孔，

20、变压器一侧开3孔，另一侧中间开孔；试验5为2个开孔，一侧中间开孔，一侧边上开孔；试验6为3个开孔，一侧两边开孔，一侧中间开孔。主要试验结果见表3。表3试验结果 试验结果表明，水喷雾灾变压器火灾时，水雾蒸发形成的水蒸气的窒息作用明显，可以较快控制火灾，在变压器开孔较少时，变压器内部和外部未形成良好通风条件，火灾规模小，水喷雾可以成功灭火；而在变压器开孔较多时，内、外部易形成良好通风条件，火灾规模大，较大的喷雾强度也难以灭火。般情况下，变压器初期火灾规模较小，可能会只有个别绝缘套管爆裂，此时若水喷雾灭火系统及时启动，则可有效扑灭火灾，但若火灾发展到一定规模时，如多个绝缘套管同时爆裂或油箱炸裂时，且

21、水喷雾难以灭火，但此时靠水雾的冷却、窒息作用可以有效控制火灾，可为采取其他消防措施赢得时间。 2）液化烃储罐或类似液体储罐的水喷雾防护 常温下为气态的烃类气体（C1C4）经过加压或（和）降温呈液态后即称为液化烃，其他类似液体是指理化性能和液化烃相似的液体，如环氧乙烷、二甲醚、液氨等。对于液化烃储罐或类似液体储罐，设置水喷雾灭火系统的目的主要是对储罐进行冷却降温，防止发生沸液蒸汽爆炸。如LPG储罐发生泄漏后，过热液体会迅速汽化，形成LPG蒸汽云，蒸汽云遇火源发生爆炸后，会回火点燃泄漏源，形成喷射火，使储罐暴露于火焰中，若此时不能对储罐进行有效的冷却，罐内液体会急速膨胀、沸腾，液面以上的罐壁（干壁

22、）温度将迅速升高，强度下降。同时，蒸汽压会出现异常的升高，一定时间后，干壁将产生热塑性破口，罐内压力急剧下降，液体处于深过热状态，迅速膨胀气化产生大量蒸汽，从而引发沸液蒸汽爆炸。发生沸液蒸汽爆炸将会导致重大人员伤亡和财产损失，其后果是灾难性的。据火灾案例及相关研究，一个9000kg的LPG储罐发生。沸液蒸汽爆炸，其冲击波将致使半径115m范围内露天人员死亡或整幢建筑破坏的概率可能高达100%，影响半径达235m，如若考虑高速容器碎块抛射物造成的伤害，影响范围可达300m600m，甚至达到800m以上。因此，这类储罐设置水喷雾灭火系统的主要目的就是对储罐进行冷却降温，防止形成沸液蒸汽爆炸。 （2

23、）供给强度和持续喷雾时间 1）国外相关规范对喷雾强度的规定 按防护目的规定见表4。表4国外规范对水喷雾灭火系统喷雾强度的规定 按保护对象的规定见表5。表5国外规范对水喷雾灭火系统喷雾强度的规定 2）国外相关规范对持续喷雾时间的规定 美国NFPA15和API 2030对水喷雾灭火系统的持续喷雾时间作为一个工程判断问题处理，对防护冷却系统要求能持续喷雾数小时不中断。 日本保险协会规定水喷雾灭火系统的持续喷雾时间不应小于90min。日本消防法、日本液化石油气保安规则对具体保护对象的持续喷雾时间规定如下：通信机房和储存可燃物的场所，汽车库和停车场要求水源保证不小于持续喷雾20min的水量。 prEN1

24、4816对水喷雾的各类保护对象规定了喷雾时间，最短的30min，最长的120min。 3）国内规范的规定 现行国家标准自动喷水灭火系统设计规范GB 50084中规定严重危险级建构筑物的设计喷水强度为12L/（min）16L/（min），消防用水量按火灾延续时间不小于1h计算。 现行国家标准石油化工企业设计防火规范GB 50160中规定全压力式液化烃储罐的消防冷却水供给强度为9L/（min），火灾延续时间按6h计算；对于甲B、乙、丙类液体储罐，固定顶储罐的消防冷却水供给强度为2.5L/（min），浮顶罐和相邻罐为2.0L/（min），冷却水延续时间，直径不超过20m的按4h计算，直径超过20m的

25、按6h计算。现行国家标准石油天然气工程设计防火规范GB 50183的规定和现行国家标准石油化工企业设计防火规范GB 50160类似。 4）国内外有关试验数据 英网消防研究所皮内斯发表的论文水喷雾应用于易燃液体火灾时的性能中的有关试验数据如下： 高闪点油火灾：灭火要求的供给强度为9.6L/（min）60L/（min）； 水溶性易燃液体火灾；灭火要求的供给强度为9.6L/（min）18L/（min）； 变压器火灾：灭火要求的供给强度为9.6L/（min）60L/（min）； 液化石油气储辙火灾：防护冷却要求的供给强度为9.6L/（min ）。 英国消防协会G布雷发表的论文液化气储罐的水喷雾保护中指

26、出：只有以10L/（min）的供给强度向储罐喷射水雾才能为被火焰包围的储罐提供安全保护。 美国石油协会（API）和日本工业技术院资源技术试验所分别在20世纪50年代和60年代进行了液化气储罐水喷雾保护的试验，结果均表明对液化石油气储罐的供给强度大于6L/（min ）即是安全的，采用10L/（min ）的供给强度是可靠的。 20世纪80年代，公安部天津消防研究所对柴油、煤油、变压器油等液体进行了灭火试验，试验数据见表6，可以看到在12.8L/（min ）的供给强度下，水喷雾可较快灭火。表6试验数据表 公安部天金消防研究所于1982年至1984年进行了液化石油气储罐受火灾加热时喷雾冷却试验，对一个

27、被火焰包围的球面罐壁进行喷雾冷却，获得了与美、英、日等国同类试验基本一致的结论，即6L/（min ）供给强度是接近控制壁温，防止储罐干壁强度下降的临界值，10L/（min ）供给强度可获得露天有风条件下保护储罐干壁的满意效果。 公安部、石油部、商业部，1966年在公安部天津消防研究所进行泡沫灭火试验时，对100m3敞口汽油储罐采用固定式冷却，测得冷却水强度最低为0.49L/（sm），最高为0.82 L/（sm）。1000m3油罐采用固定式冷却，测得冷却水强度为1.2L/（sm）1.5（L/sm）。上述试验，冷却效果较好，试验油罐温度控制在200325之间，仅发现罐壁部分出现焦黑，罐体未发生变形

28、。当时认为：固定式冷却水供给强度可采用0.5L/（sm），并且由于设计时不能确定哪是着火罐、哪是相邻罐，建筑设计防火规范TJ 16-74与石油库设计规范GBJ 74-84最先规定着火罐和相邻罐固定式冷却水最小供给强度同为0.5L/ （sm）。此后，国内石油库工程项目基本都采用了这一参数。 随着储罐容量、高度的不断增大，以单位周长表示的0.5L/（sm）冷却水供给强度对于高度大的储罐偏小；为使消防冷却水在罐壁上分布均匀，罐壁设加强圈、抗风圈的储罐需要分几圈设消防冷却水环管供水；国际上已通行采用“单位面积法”来表示冷却水供给强度。所以，现行国家标准石油库设计规范GB 50074和石油化工企业设计防

29、火规范GB 50160将以单位周长表示的冷却水供给强度，按罐壁高13m的5000m固定顶储罐换算成单位罐壁表面积表示的冷却水供给强度，即0.5L/（sm ）6013m2.3L/（min），适当调整取2.5L/（min）。故规定固定顶储罐、浅盘式或浮盘由易熔材料制作的内浮顶储罐的着火罐冷却水供给强度为2.5L/（ min。浮顶、内浮顶储罐着火时，通常火势不大，且不是罐壁四周都着火，故冷却水供给强度小些。现行国家标准石油天然气工程设计防火规范GB 50183也是这种思路。 相邻储罐的冷却水供给强度至今国内未开展过试验，现行国家标准石油库设计规范GB 50074和石油化工企业设计防火规范GB 501

30、60对此参数是根据测定的热辐射强度进行推算确定的。思路是：甲B、乙类固定顶储罐的间距为0.6D（D为储罐直径），接近0.5D，假设消防冷却水系统的水温为20，冷却过程中一半冷却水达到100并汽化吸收的热量为1465kJ/L，要带着距着火油罐罐壁0.5D处最大值为23.84 kW/（相关试验测量值）辐射热，所需的冷却水供给强度约为1.0L/（min）。石油库设计规范GB J74-84（1995年版）和石油化工企业设计防火规范GB 50160-92曾一度规定相邻储罐固定式冷却水供给强度为1.0L/（min）。后因要满足这一参数，喷头的工作压力需降至着火罐冷却水喷头工作压力的1/6.25，在操作上难以实现。于是，石油化工企业设计防火规范GB 50160-92（1999年版）率先修改，不管是固定顶储罐还是浮顶储罐，其冷却强度均调整为2.0L/（min）。石油库设计规范GB 50074-2002也采纳了这一参数。