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喷水灭火系统设计资料
课程设计说明书
课程名称：
鞍钢股份炼铁总厂自动
喷水灭火系统设计
专业：
安全工程
班级：
学号：
姓名：
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。
火灾事故近年来又是频发。
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。
本文选用鞍钢股份炼铁总厂某一车间为系统，进行设计自动喷水灭火系统。
主要设计内容包括通过查表确定火灾危险等级、确定喷水强度、作用面积、喷头动作数、每只喷头保护面积等基本设计技术数据、从中央中心型、侧边中心型、中央末端型及侧边中心型选出系统类型、喷头和管网的选择和布置、并且根据具体设计绘制布置图等内容。
保证鞍钢股份炼铁总厂的安全，有效避免因火灾造成的经济损失，保证工人的生命安全。
关键词：
自动喷水灭火系统；鞍钢股份炼铁总厂；消防安全
Abstract
"Safetyfirst, preventionfirst, comprehensivemanagement"is abasic policy, Andrewextinguishing systemisanimportantpartof buildingfireprotectionfacilities.Fireaccidents inrecentyearsand isafrequent. Automaticsprinklersystem canlargely reducefire losses causedby. Inthispaper, theselection ofGenerationalironmakingplantof a workshop forthesystem, thedesign ofautomaticsprinklersystem. Themaindesigncontentincludes throughthelook-uptable todeterminethe firedangerrating, todeterminethe effectof sprayintensity, area,numberof nozzlemoves, eachsprayhead protection areaof basicdesigntechnologyofdata, fromthe central type, thesidecentral type, thecentralterminal andthesideof centraltype selected typeof spraynozzleandpipenetwork system, the selectionandarrangement, and accordingtothespecificdesignofdrawing layout diagrametc.. Ensurethat theironandSteelgeneralshipironmaking plantsafety, effectivelyavoid thefire causedeconomiclosses, ensure theworkerssafety.
Keywords:
automaticsprinklersystem; Angang ironmaking plant; firesafety
前言1
1工厂介绍2
1.2车间基本情况介绍2
2火灾简介4
2.1固体可燃物火灾4
2.2液体可燃物火灾4
2.3气体可燃物火灾4
2.4可燃金属的火灾5
3自动喷水灭火系统概述6
3.1闭式自动喷水灭火系统6
3.1.1湿式自动喷水灭火系统6
3.1.2干式自动喷水灭火系统7
3.1.3预作用自动喷水灭火系统8
3.1.4循环自动喷水灭火系统8
3.2开式自动喷水灭火系统8
3.2.1雨淋系统8
3.2.2水幕系统9
4设计自动喷水灭火系统10
4.1确定建筑物火灾危险等级10
4.2确定基本设计技术数据11
4.3系统类型的选择12
4.4选择和布置喷头和管网12
4.4.1喷头布置12
4.4.1管网布置14
5结论17
参考文献18
前言
火被人类掌握和使用以后，为人类的进步和社会的发展作出了巨大贡献。
我们的祖先早在一百万年以前就已经利用火来取暖御寒，防御野兽，熏烤食物；利用火打制武器和工具，制作器皿，提高劳动生产效能。
火给人类带来了进步，人类之所以区别于其他动物，就在于人类会使用火，火的使用是人类走向文明的重要标志。
恩格斯指出：
“只是人类学会了摩擦取火以后，人才第一次使无生命的自然力为自己服务。
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（水流指示器或压力开关）等组件以及管道、供水设施组成的自动灭火系统。
自动喷水灭火系统是一种在发生火灾时，能自动打开喷头喷水灭火并同时发出火警信号的消防灭火设施，系统在火灾发生后能通过各种方式自动启动，并能同时通过加压设备将水送入管网维持喷头洒水灭火一定时间。
该系统是当今世界上公认的最为有效、应用最广泛的自救灭火设施，具有安全可靠、经济实用、灭火成功率高等优点。
自动喷水灭火系统扑灭初期火灾的效率在96%以上。
基于以上认识，作者选用鞍钢股份炼铁总厂某一车间为系统，根据实际情况计算并设计了其自动喷水灭火系统。
1工厂介绍
1.1工厂基本情况介绍
鞍山钢铁集团公司总部坐落在辽宁省鞍山市，鞍山地区铁矿石资源丰富，已探明的铁矿石储量约占全国储量的四分之一。
周围还蕴藏着丰富的菱镁石矿、石灰石矿、粘土矿、锰矿等，为黑色冶金提供了难得的辅助原料。
中长铁路和沈大高速公路穿过市区，大连港、营口港、鲅鱼圈港与海内外相通，交通运输条件便利。
鞍钢始建于1916年，前身是日伪时期的鞍山制铁所和昭和制钢所。
1948年鞍钢成立，是新中国第一个恢复建设的大型钢铁联合企业和最早建成的钢铁生产基地，被誉为“中国钢铁工业的摇篮”、“共和国钢铁工业的长子”。
60年来，鞍钢为国家经济建设作出了巨大贡献，累计生产钢3.81亿吨、铁3.75亿吨、钢材2.77亿吨；上缴利税1245亿元，相当于国家对鞍钢投入的23倍。
控股子公司：
鞍钢股份有限公司、大连华冶联自动化有限公司、鞍山冀东水泥有限责任公司、营口市鞍钢水业有限公司；全资子公司：
矿业公司、国际经济贸易公司、财务有限责任公司、自动化公司、耐火材料公司、设计研究院、房产物业公司。
此次选用鞍钢股份炼铁总厂的某一车间为系统进行自动喷水灭火系统。
鞍钢股份炼铁总厂是由始建于1917年的原鞍钢烧结总厂和炼钢厂于2000年7月组建而成，是鞍钢股份下属的主体生产厂之一，占地面积尽240万平方米，主体设备有烧结机9台、总面积1906平方米，带式焙烧机，面积为321.6平方米，大、中型高炉九座，高炉有效容积20191立方米;在建一座2580立方米高炉。
1.2车间基本情况介绍
高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。
在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。
炼出的铁水从铁口放出。
铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。
产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。
所以可能出现的火灾类型为固体火灾或可燃金属的火灾。
选择的车间是高炉炼铁部分，其面积为1064m2，其中长38m，宽28m，高10m。
室内温度不超过35℃。
图1.1车间立体图
图1.2高炉炼铁车间示意图
2火灾简介
火灾是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。
在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。
2.1固体可燃物火灾
普通固体可燃物燃烧引起的火灾，又称A类火灾。
固体物质是火灾中最常见的燃烧对象，主要有木材及木制品、纸张、家具；棉花、布料|、服装、床上用品；粮食；合成橡胶、合成纤维、电工产品、化工原料、建筑材料、装饰材料等，种类及其繁多。
固体可燃物的燃烧方式有熔融蒸发式燃烧、升华式燃烧、热分解式燃烧和表面燃烧四种类型。
大多数固体可燃物是热分解式燃烧。
2.2液体可燃物火灾
油脂以及一切可燃液体引起的火灾，又称为B类火灾。
油脂包括原油、汽油、煤油、柴油、重油、动植物油；可燃液液体主要有酒精、苯、乙醚、丙酮等各种有机溶剂。
液体燃烧是液体可燃物首先受热蒸发变成可燃蒸气，其后是可燃蒸气扩散，并与空气掺混形成预混可燃气，着火燃烧后在空间形成预混火焰或扩散火焰。
轻质液体的蒸发属相变过程，重质液体蒸发时还伴随有热解过程。
2.3气体可燃物火灾
可燃气体引起的火灾，又称为C类火灾。
可燃气体的燃烧方式分为预混燃烧和扩散燃烧。
可燃气体与空气预先混合好的燃烧成为预混燃烧，可燃气与空气边混合边燃烧成为扩散。
失去控制的预混燃烧会产生爆炸，这是气体可燃物火灾中最危险的燃烧方式。
2.4可燃金属的火灾
可燃金属燃烧引起的，又称为D类火灾。
锂、钠、钾、钙、锌和釉，由于它们处于薄片状、颗粒状或熔融状态是很容易着火，称他们为可燃金属。
可燃金属引起的火灾之所以从A类火灾中分离出来，单独作为D火灾，是因为这些金属在燃烧时，燃烧热很大，为普通燃料的5到10倍，火焰温度较高，有的甚至高达3000度以上；并且在高温下金属活波，能与水、二氧化碳、氮、卤素以及含卤化物发生化学反应，使常用灭火剂失去作用，必须采用特殊的灭火剂灭火。
A类火灾普通固体可燃物燃烧引起的火灾及D类火灾可燃金属火灾可能发生在高炉炼铁工厂，根据该情况设计决定高炉炼铁车间的自动喷淋灭火系统。
3自动喷水灭火系统概述
自动喷水灭火系统，自动喷水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、供水设施组成，并能在发生火灾时喷水的自动灭火系统。
简单地说，就是在火灾情况下，能自动喷水灭火，以保障人身和财产安全的一种灭火系统。
其特征是：
通过加压设备将水送入官网至带有热敏元件的喷头处，喷头在火灾的热环境中自动开启喷水灭火。
根据系统中所使用的喷头形式的不同，分为闭式自动喷水灭火系统和开式自动喷水灭火系统两大类。
开式自动喷水灭火系统采用的是开式喷头，开式喷头不带感温闭锁装置，处于常开状态。
发生火灾时，火灾所处的系统保护区域内的所有开式喷头一起喷水灭火。
3.1闭式自动喷水灭火系统
闭式自动喷水灭火系统采用闭式喷头，它是一种常闭喷头，喷头的感温闭锁装置只有在预定的温度环境下才会脱落，开启喷头。
因此，这种喷头灭火系统只有处于火焰之中或临近火源的喷头才会开启灭火。
3.1.1湿式自动喷水灭火系统
由湿式报警阀组、闭式喷头、水流指示器、控制阀门、末端试水装置、管道和供水设施等组成。
系统的管道内充满有压水，一旦发生火灾，喷头动作后立即喷水。
1.工作原理：
火灾发生的初期，建筑物的温度随之不断上升，当温度上升到以闭式喷头温感元件爆破或熔化脱落时，喷头即自动喷水灭火。
该系统结构简单，使用方便、可靠，便于施工，容易管理，灭火速度快，控火效率高，比较经济，适用范围广，占整个自动喷水灭火系统的75%以上，适合安装在能用水灭火的建筑物、构筑物内。
2.湿式系统使用范围：
在环境温度不低于4℃、不高于70℃的建筑物和场所（不能用水扑救的建筑物和场所除外）都可以采用湿式系统。
该系统局部应用时，适用于室内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级需要局部保护的区域。
3.湿式系统特点：
结构简单，使用可靠、系统施工简单、灵活方便、灭火速度快、控火效率高、系统投资省，比较经济、适用范围广。
3.1.2干式自动喷水灭火系统
准工作状态时配水管道内充满用于启动系统的有压气体的闭式系统。
1.工作原理
干式系统与湿式类似只是控制信号阀的结构和作用原理不同，配水管网与供水管间设置干式控制信号阀将它们隔开，而在配水管网中平时充满着有压力气体用于系统的启动。
发生火灾时，喷头首先喷出气体，致使管网中压力降低，供水管道中的压力水打开控制信号阀而进入配水管网，接着从喷头喷出灭火。
不过该系统需要多增设一套充气设备，一次性投资高、平时管理较复杂、灭火速度较慢。
2.干式系统适用范围
干式系统适用于环境温度低于低于4℃和高于70℃的建筑物和场所，如不采暖的地下车库、冷库等。
3.干式系统特点
①.干式系统，在报警阀后的管网内无水，故可避免冻结和水汽化的危险，不受环境温度的制约，可用于一些无法使用湿式系统的场所。
②.比湿式系统投资高。
因需充气，增加了一套充气设备而提高了系统造价。
③.干式系统的施工和维护管理较复杂，对管道的气密性有较严格的要求，管道平时的气压应保持在一定的范围，当气压下降到一定值时，就需进行充气。
④.比湿式系统喷水灭火速度慢，因为喷头受热开启后，首先要排出管道中的气体，然后再出水，这就延误了时机。
3.1.3预作用自动喷水灭火系统
准工作状态时配水管道内不充水，由火灾自动报警系统自动开启雨淋报警阀后，转换为湿式系统的闭式系统。
适于如下场所：
系统处于准工作状态是严禁管道漏水；严禁系统误喷；替代干式系统。
3.1.4循环自动喷水灭火系统
能在扑灭火灾后自动关阀、复燃时再次开阀喷水的预作用系统。
适用于灭火后必须及时停止喷水的场所。
目前这种系统有两种形式：
一种是喷头具有自动重复启闭的功能，另一种是系统通过烟、温感传感器控制系统的控制阀来实现系统的重复启闭功能。
3.2开式自动喷水灭火系统
采用开式洒水喷头的自动喷水灭火系统，包括：
雨淋系统、水喷雾系统、水幕系统
3.2.1雨淋系统
由火灾自动报警系统或传动管控制，自动开启雨淋报警阀和启动供水泵后，向开式洒水喷头供水的自动喷水灭火系统。
亦称开式系统。
应采用雨淋系统的场所详见《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001）4.2.5条。
1.特点及适用范围
雨淋喷水灭火系统采用开式喷头。
只要雨淋阀启动后，就可以它的保护区内迅速地、大面积地喷水灭火，因此降温顺灭火效果均十分明显；但其自动控制部分需有很高的可靠性，不答应误动作或不动作。
2.工作原理
发生火灾时，探测器启动，并向控制箱发出报警信号。
报警箱接到信号后，经过确认，发出指令，打开雨淋阀，使整个保护区内的开式喷头喷水冷却或灭火；同时，压力开关和水力警铃以声光警报作反馈指示。
3.2.2水幕系统
由开式洒水喷头或水幕喷头、雨淋报警阀组或感温雨淋阀，以及水流报警装置（水流指示器或压力开关）等组成，用于档烟阻火和冷却分隔物的喷水系统。
综上自动喷水灭火系统的类型，雨淋系统更加适合高炉炼铁车间。
4设计自动喷水灭火系统
设计自动喷水灭火系统，首先应根据不同用途的建筑物判断其发生火灾时的燃烧特性，确定其火灾危险等级，再根据基本设计技术数据、建筑物的重要性、环境影响因素等选择系统类型，最后选择和布置喷头和管网。
4.1确定建筑物火灾危险等级
设置自动喷水灭火系统场所的火灾危险等级，应根据其用途、容纳物品的火灾载荷及室内条件等因素，在分析火灾特点和热气流驱动喷头开放及喷水到位的难易程度后确定。
火灾危险等级可以分为轻危险级，中危险级（Ⅰ级、Ⅱ级），严重危险级（Ⅰ级、Ⅱ级）和仓库危险级（Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级）。
表4.1设置场所火灾危险等级举例
火灾危险等级
设置场所举例
轻危险级
建筑高度为24m及以下的旅馆、办公楼；仅在走道设置闭式系统的建筑等
中危
险级
Ⅰ级
l）高层民用建筑：
旅馆、办公楼、综合楼、邮政楼、金融电信楼、指挥调度楼、广播电视楼（塔）等；
2）公共建筑（含单、多高层）：
医院、疗养院；图书馆（书库除外）、档案馆、展览馆（厅）；影剧院、音乐厅和礼堂（舞台除外）及其他娱乐场所；火车站和飞机场及码头的建筑；总建筑面积小于5000㎡的商场、总建筑面积小于1000㎡的地下商场等；
3）文化遗产建筑：
木结构古建筑、国家文物保护单位等；
4）工业建筑：
食品、家用电器、玻璃制品等工厂的备料与生产车间等；冷藏库、钢屋架等建筑构件。
Ⅱ级
1）民用建筑：
书库、舞台（葡萄架除外）、汽车停车场、总建筑面积5000㎡及以上的商场、总建筑面积1000㎡及以上的地下商场等；
2）工业建筑：
棉毛麻丝及化纤的纺织、织物及制品、木材木器及胶合板、谷物加工、烟草及制品、饮用酒（啤酒除外）、皮革及制品、造纸及纸制品、制药等工厂的备料与生产车间。
严重
危险级
Ⅰ级
印刷厂、酒精制品、可燃液体制品等工厂的备料与车间等
Ⅱ级
易燃液体喷雾操作区域、固体易燃物品、可燃的气溶胶制品、溶剂、油漆、沥青制品等工厂的备料及生产车间、摄影棚、舞台“葡萄架”下部
仓库
危险级
Ⅰ级
食品、烟酒；木箱、纸箱包装的不燃难燃物品、仓储式商场的货架区等
Ⅱ级
木材、纸、皮革、谷物及制品、棉毛麻丝化纤及制品、家用电器、电缆、B组塑料与橡胶及其制品、钢塑混合材料制品、各种塑料瓶盒包装的不燃物品及各类物品混杂储存的仓库等
Ⅲ级
A组塑料与橡胶及其制品；沥青制品等
据设置场所火灾危险等级举例得知，高炉炼铁车间的火灾危险等级为中危险级Ⅱ级。
4.2确定基本设计技术数据
建筑物的火灾危险等级划分确定后，就要确定该类型建筑物喷水灭火系统的基本设计数据。
基本设计数据通常包括喷水强度、作用面积、喷头动作数、每只喷头保护面积、最不利点处喷头压力以及理论供水量等。
表4.2民用建筑和工业厂房的系统设计基本参数
火灾危险等级
喷水强度/L·min-1·m-2
作用面积/m2
喷头工作压力/MPa
轻危险级
4
160
0.10
中危险级
Ⅰ级
6
Ⅱ级
8
严重危险级
Ⅰ级
12
260
Ⅱ级
16
表3.3仓库的系统设计基本参数
仓库等级
最大净空高度
/m
货品最大堆积
高度/m
喷水强度
/L·min-1·m-2
作用面积
/m2
喷头工作压力/MPa
Ⅰ级
9.0
4.5
12
200
0.10
Ⅱ级
16
300
Ⅲ级
6.5
3.5
20
260
高炉炼铁车间是中危险级Ⅱ级，查表可知，中危险级Ⅱ级建筑物的喷水强度为8L（min·m2），作用面积为160m2，喷头工作压力为0.1MPa。
4.3系统类型的选择
高炉生产的主要原料是铁矿石及其代用品、锰矿石、燃料和溶剂。
铁矿石包括天然矿和人造富矿。
一般含铁量超过50%的天然富矿，可以直接入炉；而含铁量低于30—45%的矿石直接入炉不经济，须经选矿和造块加工成人造富矿后入炉。
炼铁工艺是是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿）、燃料（焦炭、煤粉等）及其它辅助原料（石灰石、白云石、锰矿等）按一定比例自高炉炉顶装入高炉，并由热风炉在高炉下部沿炉周的风口向高炉内鼓入热风助焦炭燃烧（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料），在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气。
原料、燃料随着炉内熔炼等过程的进行而下降，在炉料下降和上升的煤气相遇，先后发生传热、还原、熔化、脱炭作用而生成生铁，铁矿石原料中的杂质与加入炉内的熔剂相结合而成渣，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，送往炼钢厂。
同时产生高炉煤气，炉渣两种副产品，高炉渣铁主要矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成，自渣口排出后，经水淬处理后全部作为水泥生产原料；产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。
雨淋喷水灭火系统采用开式喷头。
只要雨淋阀启动后，就可以它的保护区内迅速地、大面积地喷水灭火，因此降温顺灭火效果均十分明显；但其自动控制部分需有很高的可靠性，不答应误动作或不动作。
根据高炉炼铁的实际情况,选择雨淋系统，本设计选择中央末端型系统。
4.4选择和布置喷头和管网
喷头的布置应满足《自动水喷水灭火系统规范》GB50084—2001第7.1和7.2节中的有关规定。
4.4.1喷头布置
喷头应布置在顶板或吊顶下易于接触到火灾热气流并有利于均匀布水的位置，并使得房间内任何部位都能受到喷水保护，还要满足喷水强度的要求，喷头布置方式有正方形、长方形和平行四边形。
直立型、下垂型喷头的布置，包括同一根配水支管上喷头的间距及相邻配水支管的间距，应根据系统的喷水强度、喷头的流量系数和工作压力确定，并不应大于表4.4的规定，且不宜小于2.4m。
设计时必须根据工程实际情况，按设计选定的喷水强度、喷头的流量系数、工作压力确定，并考虑喷头的受热条件和开放时间，在满足规范要求的喷头强度条件下，按喷头的实际工作压力，结合建筑分隔与结构柱网灵活布置。
在布置中，喷头间距不应是个定数，应根据所在位置的条件来定，最终目的还是保证喷水强度和喷水的均匀性及适时开放。
表4.4同一根配水支管上喷头的间距及相邻配水支管的间距
喷水强度
/L·min-1·m-2
正方形布置的边长
/m
矩形或平行四边形
布置的长边边长/m
一只喷头的最大
保护面积/m2
喷头与端墙的
最大距离/m
4
4.4
4.5
20.0
2.2
6
3.6
4.0
12.5
1.8
8
3.4
3.6
11.5
1.7
12~20
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漏喷空白点确定。
②货架内喷头的间距不应小于2m，并不应大于3m。
表4.5各种喷头类型适用场所
闭式喷头
喷头类型
适用场所
玻璃球洒水喷头
宾馆等美观要求高和具有腐蚀性场所
易熔合金洒水喷头
外观要求不高，腐蚀性不大工厂，仓库和民用建筑
直立型洒水喷头
安装在管路下面经常有移动物体的场所、尘埃较多的场所
下垂型洒水喷头
各种保护场所
边墙型洒水喷头
安装空间狭窄，通道等建筑
吊顶型洒水喷头
属装饰型喷头，可安装于旅馆、客厅、餐厅、办公室等建筑
普通型洒水喷头
可直立、下垂安装，适用于有可燃吊顶房间
自动启闭洒水喷头
具有自动启闭功能，凡需降低水渍损失的场所
干式下垂型洒水喷头
专用于干式喷水灭火系统的下垂型喷头
由于中危险级Ⅱ级的喷水强度为8L（min·m2），所以查表而知，其正方形布置边长为3.4m，矩形或平行四边形的长边边长为3.6m，一只喷头的最大保护面积为11.5m2，喷头与端墙的最大距离为1.7m。
而且选择适用于外观要求不高，腐蚀性不大的工厂，仓库和民用建筑的易熔合金洒水喷头。
4.4.1管网布置
喷水灭火系统的管网，由直接安装喷头的配水支管、向配水支管供水的配水管、向配水管供水的配水干管以及总控制阀向上（或向下）的垂直立管组成。
立管主要用来连接楼层间管网和配水管与配水支管。
立管与配水管之间的连接方式有四种：
即中央中心型给水，侧边中心型给水，中央末端型给水和侧边末端型给水。
本文设计选用中央末端型给水。
管网布置的要求如下：
1）每根配水支管或配水管的直径均不应小于25mm；
2）每根配水干管一端所负担分布支管的数量不应多于6根，以免水
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