雨淋消防系統(tǒng)在民爆工廠中的應(yīng)用分析

■ 陳寧 潘思茹 王儉龍 兵器工業(yè)安全技術(shù)研究所

一、水消防系統(tǒng)應(yīng)用存在的問(wèn)題及改進(jìn)建議

水消防系統(tǒng)由于其造價(jià)低廉、可靠性高、使用方便，廣泛應(yīng)用于火炸藥和民爆工廠。但由于火炸藥和民爆工廠中工藝的特殊性，在實(shí)際應(yīng)用中存在較多問(wèn)題。

（一）水源

水消防系統(tǒng)利用的就是最普通的水，其水源可以是市政供水、水庫(kù)儲(chǔ)水、地表徑流或地下水。雖然水的來(lái)源很多，取得也比較方便，但在火炸藥和民爆工廠設(shè)計(jì)的實(shí)際情況中，由于各方面的限制，消防系統(tǒng)的水源選擇存在諸多困難。

1.存在問(wèn)題

由于火炸藥和民爆工廠的特殊性，在選址時(shí)需要考慮的問(wèn)題比較多，大多數(shù)都在深山或遠(yuǎn)離市區(qū)的遠(yuǎn)郊地帶。許多工廠沒(méi)有市政水源，生產(chǎn)、生活用水和消防用水完全靠工廠自行解決。為保證消防系統(tǒng)所需水壓，一般采用高位水池和消防泵房配套消防水池兩種方式。

修建高位水池必須有合適的地形，有足夠的高差同時(shí)又有足夠大的平坦地面。由于高位水池必須存儲(chǔ)一次火災(zāi)總用水量與火災(zāi)持續(xù)時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)、生活用水量之和，就造成高位水池容量較大。這就帶來(lái)了水池施工難度大、管道敷設(shè)難度大、檢修不便等諸多問(wèn)題。而采用消防泵房配套消防水池的方式，必須考慮內(nèi)部安全距離，對(duì)總圖設(shè)計(jì)又會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

同時(shí)，修建高位水池或消防泵房都需要較大投資。以湘西自治州某公司改性銨油炸藥生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目為例，考慮到生產(chǎn)、生活調(diào)節(jié)用水，僅高位水池一項(xiàng)投資就達(dá)90萬(wàn)元。同時(shí)，因?yàn)楦呶凰厮幍匦屋^高，為滿足消防水池補(bǔ)水時(shí)間要求，還需要興建二級(jí)提升泵房，再加上由高位水池至廠區(qū)管網(wǎng)的連接管道，該工程用于水源建設(shè)的投資就近120萬(wàn)元。

若項(xiàng)目建設(shè)紅線區(qū)域內(nèi)沒(méi)有合適地形修建高位水池，就必須修建消防泵房和消防水池來(lái)滿足消防水源的需要。以新疆某民爆廠為例，由于其廠區(qū)選在戈壁地區(qū)，地形平坦，無(wú)法修建高位水池，在設(shè)計(jì)中選用消防泵房作為消防水源。最終經(jīng)過(guò)反復(fù)協(xié)商和討論，在消防泵房?jī)?nèi)設(shè)置消防泵4臺(tái)、加壓泵2臺(tái)，在消防泵房外新建消防水池2座、水塔1座，建設(shè)總投資近85萬(wàn)元。

2.解決方法

由于火炸藥和民爆工廠選址的特殊性，對(duì)于水源問(wèn)題沒(méi)有更好的解決方法。在選址時(shí)要考慮現(xiàn)場(chǎng)有補(bǔ)水水源，充分利用現(xiàn)場(chǎng)的地表水和地下水，保證消防水池和高位水池的補(bǔ)水時(shí)間滿足規(guī)范要求。在總圖設(shè)計(jì)中要進(jìn)行考慮，應(yīng)有足夠的場(chǎng)地興建水池及其附屬建筑物。

（二）管道

消防用水是由管道從消防水源送至各建筑物的消防設(shè)施，就好像人體內(nèi)的血管。在工程建設(shè)中，管道的施工比較簡(jiǎn)單，投資也不大，但卻是關(guān)系到消防系統(tǒng)能否正常使用的關(guān)鍵，其重要性不言而喻。

1.存在問(wèn)題

在工程建設(shè)中，管道屬于隱蔽工程，管材的選用、施工質(zhì)量、平時(shí)的維護(hù)等對(duì)于管道的壽命都有很大的影響。如果管道發(fā)生銹蝕、堵塞或老化，不僅會(huì)發(fā)生跑冒滴漏的現(xiàn)象，還會(huì)造成火災(zāi)時(shí)水壓不足甚至根本沒(méi)有水，無(wú)法控制火災(zāi)事故的嚴(yán)重問(wèn)題。

2.解決方法

在工程中采用的室外管道主要是球墨鑄鐵管道，其力學(xué)性能、抗腐蝕性及抗震性能都比較好。為了進(jìn)一步提高球墨鑄鐵管的耐腐蝕性，同時(shí)防止管道結(jié)垢，一般在管道內(nèi)壁涂覆襯里?，F(xiàn)有的球墨鑄鐵管的襯里大多是水泥砂漿或?yàn)r青，由于材料取得及工藝過(guò)程比較簡(jiǎn)單，以上兩種襯里采用的比較多。但經(jīng)過(guò)科技的不斷發(fā)展，特別是現(xiàn)代城市對(duì)用水質(zhì)量的要求不斷提高，水泥砂漿或?yàn)r青襯里已經(jīng)無(wú)法完全滿足要求，正在被更耐腐蝕、更耐沖擊的涂層所代替。

由于我國(guó)大部分的火炸藥工廠都是有一定歷史的老廠，其室外管道都已經(jīng)運(yùn)行了數(shù)十年，已達(dá)到或超過(guò)了管材的使用年限。為保證消防用水的可靠性，應(yīng)在不影響生產(chǎn)的前提下，逐步替換老舊管材。而新建和改建的民爆工廠更應(yīng)緊跟時(shí)代腳步，盡量采用更加耐腐蝕的有襯里球墨鑄鐵管，保證供水的可靠性。

（三）消防設(shè)備的布置位置

消防設(shè)備的布置位置是在設(shè)計(jì)階段決定的，合理的布置位置才能讓工作人員和消防人員在火災(zāi)中迅速有效的使用消防設(shè)備，發(fā)揮消防設(shè)備的最大效能。

1.存在問(wèn)題

在設(shè)計(jì)工作中，有很多廠房的造型不規(guī)則。例如：炸藥生產(chǎn)工房經(jīng)常存在很多不同高度的鋼平臺(tái)，雷管生產(chǎn)廠房的長(zhǎng)度很大、工位密集。這些都給室內(nèi)、外消防設(shè)計(jì)帶來(lái)了諸多困難。

在設(shè)計(jì)驗(yàn)收工作中，發(fā)現(xiàn)有將室內(nèi)消火栓和滅火器布置在大量危險(xiǎn)品附近或獨(dú)立隔間內(nèi)，一旦發(fā)生火災(zāi)，消防設(shè)施會(huì)首先被摧毀或無(wú)法發(fā)揮作用。還存在將室外消火栓設(shè)置于沒(méi)有防護(hù)土堤保護(hù)的位置，在事故后由于消火栓損壞而無(wú)法使用。

2.解決方法

各種消防設(shè)備的布置位置，是在設(shè)計(jì)過(guò)程中決定的。布置是否合理，是考驗(yàn)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)能力，必須充分考慮到實(shí)際的應(yīng)用，將消防設(shè)備布置在方便取用、易于展開(kāi)的位置，同時(shí)應(yīng)保證消防設(shè)備在事故后的有效性，防止次生事故。

二、消防設(shè)備的改進(jìn)

作為應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)、應(yīng)用范圍最廣的水消防系統(tǒng)，其設(shè)備的成熟度是很高的。但是，由于火炸藥和民爆工廠的特殊性，其廣泛采用的雨淋系統(tǒng)，存在著很多先天的缺陷。本文主要針對(duì)在火炸藥工廠和民爆工廠廣泛使用的雨淋滅火系統(tǒng)提出一些改進(jìn)的建議。

（一）自動(dòng)復(fù)位

雨淋系統(tǒng)屬于濕式系統(tǒng)系統(tǒng)，即淋水管網(wǎng)在平時(shí)是充水的，這就造成存在誤動(dòng)作造成水漬損失的可能性。同時(shí)，雨淋系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)，全部保護(hù)面積都會(huì)淋水，在撲滅火災(zāi)后，人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)需要冒著淋水進(jìn)入。這些情況下，都需要雨淋閥能夠利用水力自動(dòng)復(fù)位。

現(xiàn)在廣泛采用的隔膜式雨淋閥，其傳動(dòng)室（C室）與A、B室隔開(kāi)，閥門一旦由于水壓降低而發(fā)生誤動(dòng)作，隨著水壓的重新升高，C室壓力也不斷升高。因此閥門可以依靠本身的水壓自動(dòng)復(fù)位，減少了因閥門錯(cuò)誤動(dòng)作而造成水漬損失的嚴(yán)重性。

隔膜式雨淋閥的結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)下：

圖1 隔膜式雨淋閥結(jié)構(gòu)

表1 隔膜式雨淋閥主要技術(shù)數(shù)據(jù)

一般情況下，閥門處于準(zhǔn)工作狀態(tài)，C室充滿與A室壓力相同的承壓水，B室及淋水管網(wǎng)充滿常壓水，閥門在隔膜彈力和水壓力差的共同作用下保持關(guān)閉狀態(tài)，而且壓力越高密封越嚴(yán)?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，傳動(dòng)管網(wǎng)排水，使C室壓力小于A室壓力，水流克服隔膜的彈力頂開(kāi)閥門，從A室流入B室，雨淋系統(tǒng)開(kāi)始噴水滅火，閥門進(jìn)入工作狀態(tài)?；馂?zāi)被撲滅后，關(guān)閉傳動(dòng)管網(wǎng)，由于C室與A室有小孔閥連接，C室水壓逐漸升高直至與A室相通，閥門在隔膜彈力作用下關(guān)閉，完成雨淋閥的自動(dòng)復(fù)位，重新進(jìn)入準(zhǔn)工作狀態(tài)。

（二）檢驗(yàn)試水裝置的設(shè)置

在火炸藥生產(chǎn)作業(yè)中，不同藥的品種、不同工序著火的幾率是不一樣的。但是，按照規(guī)范規(guī)定，這些生產(chǎn)工序中都要設(shè)置雨淋消防裝置。如果雨淋消防裝置幾十年不動(dòng)作一次，而又不能定期進(jìn)行檢驗(yàn)試水的話，那么雨淋系統(tǒng)中的各種部件、零件、閥件就會(huì)生銹腐蝕、失去作用。一般在雨淋系統(tǒng)中設(shè)置的檢驗(yàn)試水裝置包括設(shè)置在雨淋閥上的試驗(yàn)放水閥和設(shè)置在傳動(dòng)管網(wǎng)末端的末端試水裝置。

1.試驗(yàn)放水閥

設(shè)置在雨淋閥上的試驗(yàn)放水閥的組要作用是檢驗(yàn)雨淋閥動(dòng)作的可靠性，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）通過(guò)試驗(yàn)放水閥，可以定期檢驗(yàn)、試驗(yàn)雨淋系統(tǒng)中的任何一種零件、部件、閥門的靈活性和可靠性，而試水時(shí)又不妨礙工房?jī)?nèi)的生產(chǎn)作業(yè)。

（2）由于試驗(yàn)水通過(guò)試驗(yàn)放水閥及管道排入下水道，試驗(yàn)人員不需要冒著淋雨的情況進(jìn)行開(kāi)關(guān)閥門等的試水試驗(yàn)工作。

（3）由于試驗(yàn)水不噴向室內(nèi)地面、設(shè)備、墻壁，所以試驗(yàn)水中不會(huì)夾帶藥粒和粉塵（如TNT、硝銨炸藥等），減少了廢水處理量和污染水體的可能性。

2.末端試水裝置

末端試水裝置主要應(yīng)用于傳動(dòng)管啟動(dòng)雨淋系統(tǒng)，作用是檢驗(yàn)傳動(dòng)管網(wǎng)水壓及聯(lián)動(dòng)功能的可靠性。由于末端試水裝置中的噴頭體一般是與傳動(dòng)管網(wǎng)上閉式噴頭同樣的噴頭，所以末端試水裝置可以檢驗(yàn)在傳動(dòng)管網(wǎng)僅開(kāi)啟一個(gè)噴頭的情況下，雨淋系統(tǒng)的動(dòng)作情況，保證雨淋系統(tǒng)動(dòng)作的可靠性。

（三）反應(yīng)時(shí)間

雨淋系統(tǒng)主要用于撲滅初起火災(zāi)，同時(shí)防止火災(zāi)的蔓延，其工作重點(diǎn)就是一個(gè)“快”字。為了迅速滅火，在有爆炸燃燒危險(xiǎn)的生產(chǎn)廠房都設(shè)置自動(dòng)雨淋系統(tǒng)，一旦發(fā)生火情消防系統(tǒng)必須迅速投入滅火工作，因此要求雨淋系統(tǒng)動(dòng)作的速度越快越好。雨淋系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間主要由火災(zāi)探測(cè)時(shí)間、雨淋閥動(dòng)作時(shí)間和噴頭噴水達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度所需時(shí)間三部分組成，本文將分別予以分析。

1.火災(zāi)探測(cè)時(shí)間

要撲滅火災(zāi)，必須先要探測(cè)到火災(zāi)，現(xiàn)在大多使用火焰探測(cè)器進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)?；鹧嫣綔y(cè)器主要依靠對(duì)火焰光譜和火焰閃爍頻率進(jìn)行探測(cè)而發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，分為紅外、紫外+頻率、紫外+紅外+頻率等多種探測(cè)方式。其對(duì)于火災(zāi)的探測(cè)時(shí)間短，信號(hào)反應(yīng)快，其響應(yīng)時(shí)間從40ms至20ms，甚至可以做到20ms以內(nèi)，完全滿足雨淋系統(tǒng)的要求。

2.雨淋閥動(dòng)作時(shí)間

由上文可知，新型隔膜式雨淋閥的啟動(dòng)速度已經(jīng)可以達(dá)到150ms左右，但仍不能滿足某些火炸藥燃燒爆炸的速度要求。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都在研制快速雨淋裝置。

二十世紀(jì)80年代，我國(guó)利用引進(jìn)外國(guó)快速雨淋系統(tǒng)的機(jī)會(huì)，組織國(guó)內(nèi)院校及研究所進(jìn)行快速雨淋系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)。當(dāng)時(shí)擬引進(jìn)的室美國(guó)自動(dòng)噴淋設(shè)備公司生產(chǎn)的一種便攜式高速噴淋裝置，其作用時(shí)間標(biāo)稱50ms，采用紫外探測(cè)器和自動(dòng)噴淋Pilotex噴頭。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)參與快速雨淋系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)的有三家單位，分別是中國(guó)兵器工業(yè)第五設(shè)計(jì)研究院、北京理工大學(xué)及中國(guó)兵器工業(yè)第212研究所。當(dāng)時(shí)只有北京理工大學(xué)的自動(dòng)爆炸雨淋裝置于1987年1月通過(guò)部級(jí)鑒定，并已在生產(chǎn)線上實(shí)際應(yīng)用，取得較多數(shù)據(jù)。通過(guò)安裝調(diào)試后實(shí)測(cè)雨淋系統(tǒng)作用時(shí)間均在50ms左右，滿足外方提出的作用時(shí)間小于150ms的要求。

雨淋閥的動(dòng)作時(shí)間，除了與雨淋閥本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與閥門前總進(jìn)水管的水壓有關(guān)，閥前水壓越高，雨淋閥啟動(dòng)時(shí)間越短。如美國(guó)的雨淋系統(tǒng)的閥前水壓一般都在0.6MPa左右。同時(shí)，在采用傳動(dòng)管網(wǎng)作為雨淋閥啟動(dòng)控制的情況，還應(yīng)烤爐閥前水壓應(yīng)大于傳動(dòng)管網(wǎng)高度的4-7倍，這樣才不會(huì)因?yàn)閭鲃?dòng)管網(wǎng)水壓高，造成傳動(dòng)室（C室）靜水壓力大而影響雨淋閥的啟動(dòng)。

3.淋水管充水時(shí)間

淋水管網(wǎng)是指從雨淋閥后至噴頭之間的管道，是輸送雨淋用水的途徑。淋水管在平時(shí)應(yīng)充滿水，以便雨淋閥以開(kāi)啟就開(kāi)始噴水。所以對(duì)于火炸藥生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，淋水管中平時(shí)充滿水，是提高噴水滅火速度的重要因素之一。

同時(shí)，水容積小、管道短且拐彎少的小組雨淋系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間也可以做到很短。在國(guó)外的黑火藥生產(chǎn)線上，一般都有專門設(shè)置了光電控制的單獨(dú)設(shè)備或工序的快速雨淋裝置。

4.雨淋系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)間

綜上所屬，雨淋系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)間受多方面因素的影響。為了減少雨淋系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)間，提高雨淋系統(tǒng)控制和撲滅初起火災(zāi)的能力，必須從以上三個(gè)方面入手。通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的反應(yīng)靈敏的火焰探測(cè)器，采用動(dòng)作時(shí)間短的爆炸式雨淋閥，減少淋水管網(wǎng)的長(zhǎng)度、優(yōu)化淋水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)，完全可以將整套雨淋系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)間壓縮到50ms左右，為雨淋系統(tǒng)的應(yīng)用提供更多的空間。

（四）作用面積

在雨淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中，作用面積是一個(gè)影響很大的因素。根據(jù)前文的論述，作用面積的大小不單影響雨淋系統(tǒng)所需用水量，還影響雨淋系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)間。

減少雨淋系統(tǒng)的作用面積，還可以有效提高雨淋系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間?，F(xiàn)在我所正在進(jìn)行相關(guān)的研究，將單組大面積雨淋系統(tǒng)，分解為多組、小面積雨淋系統(tǒng)，在減少雨淋系統(tǒng)用水量的同時(shí)，提高雨淋系統(tǒng)的總體反應(yīng)時(shí)間，提高雨淋系統(tǒng)在滅火戰(zhàn)斗中發(fā)揮的功效。

三、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)有的消防設(shè)施已經(jīng)成為成熟有效的控制火災(zāi)的手段。各種事故案例表明，室內(nèi)消火栓和滅火器是撲滅小火的得力武器，而雨淋系統(tǒng)在控制大空間、快速發(fā)展的火災(zāi)上體現(xiàn)了優(yōu)秀的能力。事實(shí)證明，在控制燃燒事故上，現(xiàn)有的消防設(shè)施是能夠勝任的。但由于火炸藥工廠和民爆工廠的實(shí)際情況，在爆炸事故的控制上，現(xiàn)有的消防設(shè)施無(wú)法發(fā)揮更大的作用。我們只有繼續(xù)研究，充分發(fā)掘現(xiàn)有消防設(shè)施的潛力，同時(shí)尋找新的控制爆炸事故的手段，才能提高生產(chǎn)安全性，維護(hù)廣大工人的生命安全。