自动喷水灭火系统设计.docx

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自动喷水灭火系统设计

城市与环境科学系安全工程

防火防爆课程设计

自动喷水灭火系统设计

专业班级：

安全工程

姓名：

14级城院

学号：

指导教师：

郭亚芳

完成日期：

12.15

摘要：

“安全第一，预防为主,综合治理”是一项基本的政策方针，而灭火系统是建筑消防设施的重要组成部分。

自动喷水灭火系统可以在很大的程度上减少火灾造成的损失。

自动灭火系统由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置（水流指示器或压力开关）等组件，以及管道、供水设组成，并能在发生火灾时喷水的自动灭火系统。

本设计是对一个已知的简化的区域进行自动喷水灭火系统的设计。

对系统的喷头和管道进行预估，由最不利点的喷头开始，通过参数选择和计算，使用舍维列夫计算，不断的修正管道管径，从而得到各管段流量和压力，最终确定消防水泵的扬尘和流量，并合理的选择确定管网和喷头，设计出一个符合条件的灭火系统。

关键词：

自动喷水灭火系统；最不利点；舍维列夫公式；

Abstract：

"Safetyfirst,preventionfirst,comprehensivetreatment"isabasicpolicy,andthefireextinguishingsystemisanimportantpartofbuildingfirecontrolfacilities.Automaticsprinklersystemcantoalargeextent,reducethelosscausedbyfire.

Bysprinklersprinklersystem,alarmvalve,waterflowalarmdevice（waterflowindicatororpressureswitch）,andothercomponents,aswellasthesetofpipes,watersupply,andintheeventofafirewatersprayautomaticfireextinguishingsystem.

Thisdesignistheareaofaknownsimplifiedthedesignoftheautomaticsprinklersystem.Toforecastsystemofnozzlesandpiping,startingwiththemostunfavorablepointofnozzle,throughtheselectionandcalculationofparametersusingdLevcalculationandcontinuouscorrectionofpipediameter,flowandpressure,allthepipesectionsandeventuallydeterminethedustandflowoffirepump,andreasonableselectionofpipeandnozzle,aqualifiedfireextinguishingsystemdesign.

Keywords:

automaticwatersprayfireextinguishingsystem;themostdisadvantage；ShievielievFAformula

1自动喷水灭火系统简介2

2闭式自动喷水灭火系统设计3

2.1系统应用场所3

2.2确定所设计的建、构筑物的火灾危险等级3

2.3设计题目的确定4

2.4确定设计和计算所需的基本参数4

3喷头和管网布置5

3.1喷头的选择和布置5

3.2系统管网的选择及其布置。

6

4管网水力的计算8

4.1水力计算公式8

4.2舍维列夫公式9

4.3舍维列夫计算法9

4.4核算管网设计参数13

4.4.1设计作用面积的平均喷水强度为：

13

4.4.2设计作用面积各管道流速要求：

13

4.4.3系统各管道管径要求13

4.4.4系统各节点压力要求13

5管网的确定和绘制14

6结束语15

参考文献16

1自动喷水灭火系统简介

自动喷水灭火系统是人们同火灾斗争中出现和发展起来的一种固定式自动灭火系统，是当今世界上公认的最为有效的自救灭火措施，是应用最为广泛、用量最大的自动灭火系统。

它具有自动灭火和自动报警的功能。

它用水作灭火剂，平时处于准工作状态，一旦保护区域发生火灾，火灾发生区域的自动喷水灭火系统会发生动作，喷洒水雾或水滴，起到延缓火势和扑灭火灾的作用。

自动喷水灭火系统的组成

自动喷水灭火系统是指由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置（水流指示器及压力开关）等组件，以及管道、供水设施组成，并能在发生火灾时喷水的自动灭火系统。

本文采用的是玻璃球喷头的闭式系统，其中又主要分为干式和湿式，湿式喷淋系统指的是准工作状态（火灾喷洒为工作状态）时管道充满了有压力的水。

干式喷淋系统指的是准工作状态时管道充满有压力的气体。

湿式系统局部应用时，适用于室最大净空高度不超过8m、总建筑面积不超过1000㎡的民用建筑中的轻危险级或中危险级Ⅰ级局部保护的区域。

温度低于4℃和高于70℃的环境不适用于湿式喷水灭火系统，因为温度过高和过低会造成湿式管道的破裂，干式系统多作为替代湿式系统。

本文是针对常温下的某中危险级建筑物进行自动喷水灭火装置系统设计，故采用湿式喷淋系统。

2闭式自动喷水灭火系统设计

2.1系统应用场所

闭式自动喷水灭火系统用于性质重要且火灾危险性大的场所。

⒈高层民用建筑

⑴建筑高度不超过100m的一类高层民用建筑及其裙房的下列部位（除普通住宅和高层建筑中不宜用水扑救的部位外）

1舞台、观众厅、展览厅、多功能厅、门厅等公共活动用房；

2走道、办公室和旅馆的客房；

3可燃物品库房；

4高级住宅的居住用房；

⑵二类高层民用建筑中的商业营业厅、展览厅等公共活动用房和建筑面积超过200m2的可燃品库房。

⑶高层民用建筑中经常有人停留或可燃物较多的地下室房间。

⑷建筑高度超过100m的高层民用建筑。

⒉工业厂房与低层民用建筑

⑴等于或大于50000纱锭的棉纺厂的开包、清花车间；等于或大于5000锭的麻纱厂的分级、梳麻车间；服装、针织高层厂房；面积超过1500m2的木器厂房；火柴厂的烤梗、筛选部位；泡沫塑料厂的预发、成型、切片、压花部位。

⑵每座占地面积超过1000m2的棉、毛、丝、麻等及其制品库房；每座面积超过600m2的香烟、火柴库房；建筑面积超过500m2可燃品地下库房；可燃、难燃物品高架库房和高层库房（冷库、高层卷烟成品库房除外）；省级以上或藏书量超过100万册的图书馆书库。

⑶超过1500个座位的剧院观众厅、舞台上部（屋顶为金属结构时）；超过2000个座位的会堂或礼堂的观众厅；超过3000个座位的体育馆的观众厅吊顶上部、贵宾室、器材间、运动员休息室。

⑷省级邮政楼的邮袋库。

⑸每层面积超过3000m2或建筑面积超过9000m2的百货商场、展览大厅。

⑹设有空气调节系统的旅馆、综合办公楼的走道、办公室、餐厅、商店、库房和无楼层服务台的客房。

⑺飞机发动机实验台的准备部位。

⑻国家级文物保护单位的重点砖木或木结构建筑。

⒊汽车停车库

地下停车库、多层停车库和低层停车库应设自动喷水灭火系统。

⒋人防工程

2使用面积超过1000m2的商场、医院、旅馆等公共场所

⑵超过800个座位的电影院、礼堂的观众厅，且吊顶下表面至观众席地面高度不超过8m时；舞台面积超过200m2时。

2.2确定所设计的建、构筑物的火灾危险等级

据建筑物、构筑物的火灾载荷（由可燃物的性质、数量和分布状况决定）、室空间条件（面积、高度）、人员密集程度、采用自动喷水灭火系统扑救初期火灾的难易程度，以及疏散及外部增援条件等因素划分设置场所火灾危险等级。

建筑物存在物品的性质、数量，以及其结构的疏密、包装和分布情况，将决定火灾载荷及发生火灾时的燃烧速度与放热量，是划分自动喷水灭火系统设置场所火灾危险等级的重要依据。

共计：

轻危险级、中危险级（其中又分为Ⅰ级和Ⅱ级）、严重危险级（其中又分为Ⅰ级和Ⅱ级）、及仓库危险级（其中又分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级）。

⒈严重危险级：

火灾危险性大、可燃物多、发热量大、燃烧猛烈和蔓延迅速的建、构筑物；

⒉中危险等级：

火灾危险性较大、可燃物较多、发热量中等、火灾初期不会引起迅速蔓延的建、构筑物；

⒊轻危险等级：

火灾危险性小、可燃物量少、发热量较小的建、构筑物；

2.3设计题目的确定

某中危险级建筑物其中一部分的最不利作用面积为180m2，为（15×12m）；环境温度为25℃，选用标准玻璃球喷头，喷头以正方形布置。

最不利点处喷头的工作压力为12mH2O，即0.12MPa

2.4确定设计和计算所需的基本参数

表2.4.1同一根配水支管上喷头的间距及相邻配水支管的间距：

危险等级

喷水强度

（L/min

m2）

正方形布置的边长（m）

矩形或平行四边形布置的边长（m）

一只喷头的最大保护面积（m2）

喷头与端墙的最大距离（m）

轻危险级

4

4.4

4.5

20.0

2.1

中危险Ⅰ级

6

3.6

4.0

12.5

1.8

中危险Ⅱ级

8

3.4

3.6

11.5

1.7

严重危险级

16

3.0

3.6

9.0

1.5

注：

1仅在走道设置单排喷头的闭式系统，其喷头间距应按走道地面不留空白点确定；

2货架喷头的间距不应小于2.0m，并不应大于3.0m。

表2.4.2轻危险级、中危险级场所配水支管、配水管控制的标准喷头数：

公称直径（mm）

控制的喷头数（只）

轻危险级

中危险级

25

1

1

32

3

3

40

5

4

50

10

8

65

18

12

80

48

32

100

-

64

2.4.3当量长度表

管件名称

管件直径（mm）

25

32

40

50

70

80

100

125

150

450弯头

0.3

0.3

0.6

0.6

0.9

0.9

1.2

1.5

2.1

900弯头

0.6

0.9

1.2

1.5

1.8

2.1

3.1

3.7

4.3

三通或四通

1.5

1.8

2.4

3.1

3.7

4.6

6.1

7.6

9.2

蝶阀

1.8

2.1

3.1

3.7

2.7

3.1

闸阀

0.3

0.3

0.3

0.6

0.6

0.9

止回阀

1.5

2.1

2.7

3.4

4.9

6.7

8.3

9.8

异径接头

32/

25

40/

32

50/

40

70/

50

80/

70

100/

80

125/

100

150/

125

500/

150

0.2

0.3

0.3

0.5

0.6

0.8

1.1

1.3

1.6

注：

1过滤器的当量长度，由生产厂提供；

2当异径接头的出口直径不变而入口直径提高一级时，其当量长度应增大0.5倍，提高2级或2级以上时，其当量长度应增1.0倍。

※三通管的当量长度一律算在总管上

2.4.4流速系数表

管材

管径（mm）

25

32

40

50

70

80

100

150

200

流速系数

钢管

1.883

1.05

0.8

0.47

0.283

0.204

0.115

0.053

铸铁管

0.1273

0.0566

0.0318

3喷头和管网布置

3.1喷头的选择和布置

本次设计选用标准玻璃球洒水喷头，公称直径为15mm，K=80.

玻璃球洒水喷头是组成湿式系统的关键部件。

该部件是由热敏感元件（玻璃球）及密封组件所组成的自动洒水喷头，在火焰温度的作用下，达到预定温度时启动，并按设计形状和水量在保护面积喷水灭火。

该系统产品具有外形美观，动作灵敏，性能稳定，体积小、重量轻、结构紧凑，安全可靠，耐蚀性好，使用期长等特点。

在系统中，玻璃球洒水喷头起探测火警、启动系统和喷水灭火的作用。

广泛应用于一切能用水进行灭火的场所。

喷头矩形布置计算公式为：

As=SX（2-1）

式中：

As—喷头的最大保护面积

S—喷水支管之间的距离，m；当正方形布置时，S=X

X—同一支管上两相邻喷头之间的间距，m

公式2-1中S和X不应超出“喷规”规定的各种喷头的最大间距，不应小于“喷规”规定的喷头最小间距。

NFPA规定：

标准喷头与墙的最小间距为100mm

喷头布置时，应按照表2.4.1所规进行布置。

本设计选用中危险级，最不利面积为15*12m2，正方形。

计算结果如下：

S=X=3.5m,短长边与墙之间距离分别为0.5m和1m，R=2.46m

短边上的应装喷头数为（12/3.5+1）=4.4，取整为4个，余下1.5m墙距。

长边上的应该喷头数为（15/3.5+1）=5.3，取整为5个，余下1m墙距。

最终确定该区域的喷头数为20个，以正方形布置，布置情况如下图2.5.1所示。

3.2系统管网的选择及其布置。

根据有关规（表2.4.2）预选管径，本设计系统共布置了20个喷头，系统报警器和水流指示器各一个。

对管径进行估算预选，根据设计规GB50084-2005，管道的水流速度宜采用经济流速，必要时可超过5m/s,但不可超过10m/s;配水管的入口压力不应大于0.40MPa。

管道采用钢制管道，其布置平面图如下2.5.2

图2.5.1喷头布置图

图2.5.2管网布置图

4管网水力的计算

本文通过沿程计算法（舍维列夫公式）和海曾-威廉公式进行管道水力计算，并针对两种计算方法得出的结果进行分析，分析其中的优劣，并最终确定计算结果和设计方案。

首先确定本设计所需的参数由表2.4.3；表2.4.4可查出所需参数。

4.1水力计算公式

本文通过沿程计算法（舍维列夫公式）进行管道水力计算，并针对计算方法得出的结果进行分析首先确定本设计所需的参数由表2.4.3；表2.4.4可查出所需参数。

每个喷头的喷水量计算：

q=k

式中：

q——每个喷头的喷水量，L/min

P¬¬——喷头处的工作压力，MPa

K¬——流量特性系数，本文取用K=80.

对管道水流速度的校核：

Vp＝Kp

Q（n-1）～n

式中：

Vp——管道流速，m/s

Q（n-1）～n——管段流量，L/s

Kp——流速系数，可由表2.4.5得出.

沿程水头损失：

H=i*L

式中h——沿程水头损失，MPa

i——每米每米管道的水头损失，MPa/m

L——管道长度和当量长度，m

4.2舍维列夫公式

沿程水头损失：

i=0.0000107V2/（dj）1.3

式中：

i——每米管道的水头损失，MPa/m

V——管道水的平均流速，m/s

dj——管道的计算径（m），取值应按管道的径减1mm确定。

管道的直径应经水力计算确定。

轻危险级、中危险级场所中各配水管入口处的压力均不应大于0.40MPa。

管系特性系数（Kg）法：

管系特性系数可根据总输出的节点流量和该节点的压力按下式计算，

Kg=Q（n-1）~n/

式中:

Kg——管系流量系数，反应管系的输水性能；

Q（n-1）~n——管系总输出节点处的流量，L/s

Hn——管系总输出节点处的压力，MPa

当水力情况完全相同（喷头构造、数量、管段长度、管径、标高等）时，其管系特性系数也相同，即KgⅠ=KgⅡ=Kgi，此式也可改写成：

Q1/

=Q2/

4.3舍维列夫计算法

确定最不利点：

如图可知，最不利点为A1和E1，从理论上来说，支管A，B分别和支管E,D上得喷头各项数值相等。

故选取其一开始计算，本文选取A1作为最不利点进行计算，在规定的最不利点工作压力为0.1MPa。

1）节点A1~A2的水流量为：

Qa1=

=（80*

）/60=1.460557L/S

※（下文全部自动换算L/min为L/S,取K=1.333）

选用公称直径为d=25mm的管道。

管道流速V1~2为：

V1~2＝K1~2*Q1~2=1.883*1.460557=2.750229m/s

沿程损失为：

H1~2=L*0.0000107*V2/（dj）1.3=3.5*0.0000107*2.7502292/（0.024）1.3=0.036134MPa

管径由25mm变为32mm，当量长度为0.2，计算其局部损失为：

h1~2=L1*0.0000107*V2/（dj）1.3=0.2*0.0000107*2.7502292/（0.024）1.3=0.002065MPa

总损失H`1~2=0.036134+0.002065=0.038199MPa

※下文将沿程损失和局部损失统一计算。

2）节点A2的水压为：

PA2=p+H`A~A2=0.12+0.038199=0.158199MPa

则管段a2~a3的流量为：

Qa2~a3=Qa1+Qa2=1.460557+

=1.460557+1.333*

=3.137543L/S

选用公称直径为d=32mm的管道，管道流速VB~C为：

Va2~a3＝Ka2~a3*Qa2~a3=1.05*3.137543=3.29442m/s

总损失为：

Ha2~a3=（3.5）*0.0000107*3.294422/（0.031）1.3=0.037174MPa

3）节点A3的水压为：

PA3=PA2+H`a2~a3=0.158199+0.037174=0.195373MPa

则管段a3~a4的流量为：

Qa3~a4=Qa1+Qa2+Qa3=3.13754

=3.137543+1.333*

=5.001173L/S

选用公称直径为d=32mm的管道，管道流速Va3~a4为：

Va3~a4＝Ka3~a4*Qa3~a4=1.05*5.001173=5.251232m/s

总损失为：

Ha3~a4=（3.5）*0.0000107*5.2512322/（0.031）1.3=0.09445MPa

4）节点A4的水压为：

PA4=PA3+H`a3~a4=0.195373+0.09445=0.289823MPa

则管段a4~a5的流量为：

Qa4~a5=Qa1+Qa2+Qa3+Qa4=5.001173+

=5.001173+1.333*

=7.271009L/S

选用公称直径为d=40mm的管道，管道流速Va3~a4为：

Va4~a5＝Ka4~a5*Qa4~a5=0.8*7.271009=5.816807m/s

本文选用32mm变为40mm管径的异径接头，30/40异径接头的当量长度为0.3.

总损失为：

Ha4~a5=（0.5+0.3）*0.0000107*5.8168072/（0.039）1.3=0.019654MPa

5）节点A5的水压为：

PA5=PA4+H`a4~a5=0.289823+0.019654=0.309478MPa

则管段a5~b5的流量为：

Qa5~b5=Qa4~a5=7.271009L/S

选用公称直径为d=50mm的管道，管道流速Va5~b5为：

Va5~b5Ka5~b5*Qa5~b5=0.47*7.271009=3.417374m/s

该管径为弯管，由表2.4.3可得，当管径为50mm时，当量长度为1.5，由本文选用40mm变为50mm管径的异径接头，40/50异径接头的当量长度为0.3.

总损失为：

Ha5~b5=（3.5+1.8）*0.0000107*3.4173742/（0.049）1.3=0.033403MPa

6）节点B5的水压为：

PB5=PA5+H`a5~b5=0.309478+0.033403=0.342881MPa

由于该管网的布置时规则布置，水力情况完全相同（喷头构造、数量、管段长度、管径、标高等），其管系特性系数也相同，即KgⅠ=KgⅡ=Kgi，所以：

管段B5~B4的流量为：

QB5~B4=Qa5*

=7.271009*（0.342881/0.309478）^0.5=7.653353L/S

管段B5~C5的流量为：

QB5~C5=QB5~B4+QA5~B5=7.271009+7.653353=14.92436L/S

选用公称直径为d=80mm的管道，管段B5~C5的流速为：

Vb5~c5＝Kb5~c5*Qb5~c5=0.204*14.92436=3.04457m/s

该管径为直流三通，由表2.4.3可得，当管径为80mm时，当量长度为4.6，使用50/80的异径接头，其当量长度为0.75.

总损失为：

Hb5~c5=（3.5+4.6+0.75）*0.0000107*3.044572/（0.079）1.3=0.023794MPa

7）节点C5的水压为：

Pc5=Pb5+Hb5~c5=0.342881+0.023794=0.366675MPa

管段C5~C4的流量为：

Qc5~c4=Qb5*

=7.653353*（0.366675/0.342881）^0.5=7.914447L/S

管段C5~F的流量为该四通的三个出口流量之和：

Qc5~F`=Qc5~c4+Qb5~c5+QD5~C5=14.92436+7.914447+14.92436=37.76317L/S

该管径为直流四通，由表2.4.3可得，当管径为100mm时，当量长度为6.1，管段出口的管道为40/100的异径管，取当量直径0.6，总损失为：

Hc5=（6.7）*0.0000107*3.044572/（0.099）1.3=0.013834MPa

8）节点F的水压为：

Pf`=PC5+Hc5=0.366675+0.013834=0.380509MPa

选用公称直径为d=100mm的管道，管段F~0的流速为：

Vf~o＝Kc5~0*Qc5~F=0.115*37.76317=4.342765m/s

管件止回阀，取当量直径为6.7；节点F处管径为90°弯管，当管径为100mm时，当量长度为3.1；总当量为9.8，湿式报警阀、水流指示器取值0.02MPa。

总损失为：

HF~o=∑h+hs=（9.8+5+1）*0.0000107*4.3427652/（0.099）1.3+0.02*2=0.104454MPa

1）节点O的扬程为：

H=∑h+P0+Z=Pf+HF~o+Z=0.380509+0.104454+0.12=0.604963MPa=60.49mH2O

各个管段流量数值表

管段

A1-2

A2-3

A3-4

A4-5

A5-B5

流量

1.461

3.138

5.001

7.271

7.271

管段

B1-2

B2-3

B3-4

B4-5

B5-