量化注入式灭火系统设计Word格式文档下载.docx
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5.6泡沫液储罐8
5.7泡沫产生装置8
6系统供水9
6.1管道水力计算9
6.2减压孔板12
7量化注入式与平衡式泡沫比例混合装置的比较14
7.1相同之处14
7.2不同之处14
8结束语15
致谢15
参考文献15
引言
泡沫灭火系统是大型灭火系统的一种，主要用于石油化工企业、大型油库、机场、建筑、码头等场所，其工作原理是：
将泡沫原液与消防水按一定比例在比例混合器中混合后，经管道输送到终端泡沫产生装置，产生泡沫，进行灭火作业，大量事实证明，在泡沫灭火系统中，泡沫混合液的混合比精确与否是影响灭火效果的核心因素，如不能保证精确的混合比，不但造成泡沫原液的浪费，还大大降低了整个系统的灭火效果，从而延误最佳灭火时机，造成火势蔓延甚至失控，给国家和企业带来难以估量的损失，所以，通过各种方式来确保精确混合比的泡沫混合液就显得很重要了。
为了避免出现此类情况，我们可以设想通过控制泡沫液和消防水的流量来达到目的。
可称此装置为注入式泡沫比例混和装置。
注入式泡沫比例混合装置是运用数字化控制，可使泡沫混合液的混合比更加精确，从而达到更好的灭火效果，尤其是该泡沫比例混合装置能同时满足高、中、低倍数的消防设备使用（需根据要求选配不同的泡沫原液），彻底解决了高、中、低倍数比例混合装置只能单独使用的问题，大大节约了用户的投资。
注入式泡沫比例混合装置不仅克服了压力式泡沫比例混合装置流量范围小和平衡式比例混合装置计量不准确的缺点，而且打开了大型泡沫站数字化控制的新时代，是一种理想的消防灭火装备。
1设计要求
系统的具体设计要求为：
（1）对泡沫灭火有一定的了解。
对以往消防方案有一定认识。
（2）根据国标选择系统组件。
（3）用一般绘图软件绘制整个系统的原理图，结构图。
（4）对系统管路进行分析。
（5）对变频调速进行简要介绍
2量化注入式泡沫灭火系统
2.1工作原理
该装置是依靠消防主管线上的数字流量计采集现行主管线消防水流量的大小，按照设计的要求非常精确地提供泡沫液的混合比。
当控制装置获取主管线流量计的流量数值时，经过电脑换算出泡沫液需求量，同时通过PLC变频器，指令泡沫液供给系统按要求的比例供给泡沫液，并可随着主管线的不同流量提供准确的混合比。
另外，泡沫液管线上配备有流量计，其主要作用是用来修定泡沫液的供给量，并将数值反馈到控制装置，由控制装置随时进行修正泡沫液供给系统，以得到更精确的泡沫液混合比，同时也将泡沫液混合比数字化处理。
2.2主要特点
2.2.1泡沫液泵按标准供给泡沫液，真正确保了精确的混合比，节约了泡沫液；
2.2.2泡沫液泵的叶轮为不锈钢或者青铜材质，不仅保证了工作压力和流量，而且叶轮不会因泡沫液的腐蚀而锈死；
2.2.3采用常压式不锈钢泡沫液储罐，使用寿命长；
2.2.4适用于任何泡沫灭火剂，并可随时根据泡沫灭火剂的性质进行比例调节；
2.2.5灭火过程中，可根据灭火需求，随时添加泡沫灭火剂；
2.2.6采用注入的方式，不消耗压力，可靠性及准确性高；
2.2.7采用手动和自动相结合，可进行切换，操作简单可靠。
2.3适用范围
注入式泡沫比例混合装置特别适用于大中型泡沫灭火系统。
例如：
石油化工企业、大型油库、油码头及海上钻井平台等重要的消防工程。
由于其常压泡沫液储罐可以在灭火过程中随时添加泡沫液，使用时间可以延长，大大增强了灭火抗灾的能力和可靠性。
3主要构成
该装置主要由常压泡沫液储罐、流量计、持压/泄压阀、安全阀、泡沫比例混合器、泡沫液泵、可编程控制柜、手动触摸屏及管道附件等组成。
3.1泡沫液泵
该装置选用高性能齿轮泵（容积泵）作为泡沫液泵，能更好地满足各种泡沫液的使用要求。
这种泡沫液泵转速较低、扬程较高、计量准确，其齿轮选用不锈钢或青铜材料制作，耐腐蚀性能好。
3.2流量计
一般选用电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计等。
流量计根据管道所输送的泡沫液或水介质，都会精确地测量出其流量数值。
3.3可编程控制系统
可编程控制系统的主要作用就是根据采用的泡沫原液，设定好混合比6%或3%以及其它配比。
另外，在消防用水时，它可实时监控消防用水量大小，并指令齿轮泵按设定的比例供给泡沫原液。
3.4自监测、自诊断功能
采用流量计可以选配成自监测和自诊断功能，其主要功能表现信号有：
故障信号、维护需求和控制功能信号。
（1）故障信号由现场仪器提供信息，以便能提示人们快速地排除相应的故障。
（2）维护信号主要是提示实施对设备进行维护。
（3）控制信号是完成现场仪器的参数读写、仪器校准和变送器线性度修正等工作，如组态发生和通过本地操作面板修改技术参数等。
4注入式泡沫比例混合装置工作流程
图1注入式泡沫比例混合装置工作流程
（1）控制柜①的作用是：
启动消防泵组，以提供消防用水。
（2）控制柜②的作用是：
通过流量计①采集消防用水流量后，转换为泡沫液用量,并指令齿轮泵按一定量供给泡沫原液，然后通过流量计②检测泡沫原液流量的数值并修正其流量，以达到更精确的泡沫液流量。
（3）流量计①的作用是：
实时监控消防水的流量。
（4）流量计②的作用是：
实时检测泡沫液泵提供的流量。
根据系统工作流程可得系统工作原理：
图2系统工作原理图
5系统组件的选择
由于该系统的传输介质为具有腐蚀性的泡沫灭火剂，故整个系统组件应具有良好的耐腐蚀性.
5.1泡沫液的选择
5.1.1
（1）当采用液上喷射系统时，应选用蛋白、氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜泡沫液；
（2）当采用液下喷射系统时，应选用氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜泡沫液；
（3）当选用水成膜泡沫液时，其抗烧水平不应低于现行国家标准《泡沫灭火剂》GB15308规定的C级。
5.1.2保护烃类液体的泡沫－水喷淋系统、泡沫枪系统、泡沫炮系统泡沫液的选择应符合下列规定：
（1）当采用吸气型泡沫产生装置时，可选用蛋白、氟蛋白、水成膜或成膜氟蛋白泡沫液；
（2）当采用非吸气型喷射装置时，应选用水成膜或成膜氟蛋白泡沫液。
（3）对于水溶性液体和极性溶剂及其它对普通泡沫有破坏作用的甲、乙、丙类液体，必须选用抗溶泡沫液。
（4）中倍数泡沫灭火系统泡沫液的选择应符合下列规定：
（5）用于油罐的中倍数泡沫灭火剂应采用专用8%型氟蛋白泡沫液；
（6）除油罐外的其他场所，可选用中倍数泡沫液或高倍数泡沫液。
（7）高倍数泡沫灭火系统利用热烟气发泡时，应采用耐温耐烟型高倍数泡沫液。
（8）应根据系统所采用的水源选择适用于海水或仅适用于淡水的泡沫液。
（9）泡沫液宜储存在通风干燥的房间或敞棚内；
储存的环境温度应符合泡沫液使用温度的要求
5.2泡沫消防泵的选择
5.2.1
（1）应选择特性曲线平缓的离心泵，且其工作压力和流量应满足系统设计要求；
（2）当泡沫液泵采用水力驱动时，应将其消耗的水流量计入泡沫消防水泵的额定流量；
（3）泵进口管道上应设置真空压力表或真空表；
（4）泵出口管道上应设置压力表、单向阀和带控制阀的回流管。
5.2.2泡沫液泵的选择与设置
（1）泡沫液泵的工作压力和流量应满足系统最大设计要求，并应与所选比例混合装置的工作压力范围和流量范围相匹配，同时应保证在设计流量范围内泡沫液供给压力大于最大水压力；
（2）泡沫液泵的结构形式、密封或填充类型应适宜输送所选的泡沫液，其材料应耐泡沫液腐蚀且不影响泡沫液的性能；
（3）应设置备用泵，备用泵的规格型号应与工作泵相同，且工作泵故障时应能自动与手动切换到备用泵；
（4）除水力驱动型外，泡沫液泵的动力源设置应符合国家标准的规定，且宜与系统泡沫消防水泵的动力源一致；
（5）泡沫液泵应能耐受不低于10min的空载运转。
由于该套系统需要严格控制泡沫混合液的混合比，故对动力部分的选择也是至关重要的。
动力部分：
该套系统主要采用变频调速的原理来控制混合比，就目前而言，变频技术在电力方面发展的比较成熟，应用的也比较广泛，故选用交流电机作为该系统的动力，另外，相比较而言，齿轮泵和蜗杆泵的性能较为稳定，在转速和外界压力微量变化时流量不会剧烈变化，而一般离心泵不具备此项性能，故注入式泡沫比例混和装置的动力部分亦选择齿轮泵或蜗杆泵为好，电机功率应根据泡沫混合液的流量和混合比来确定。
5.3控制阀门和管道
（1）当泡沫消防水泵或泡沫混合液泵出口管道口径大于300mm时，不宜采用手动阀门。
（2）低倍数泡沫灭火系统的水与泡沫混合液及泡沫管道应采用钢管，且管道外壁应进行防腐处理。
（3）中倍数泡沫灭火系统的干式管道，应采用钢管；
湿式管道，宜采用不锈钢管或内、外部进行防腐处理的钢管。
（4）高倍数泡沫灭火系统的干式管道，宜采用镀锌钢管；
湿式管道，宜采用不锈钢管或内、外部进行防腐处理的钢管；
高倍数泡沫产生器与其管道过滤器的连接管道应采用不锈钢管。
（5）泡沫液管道应采用不锈钢管。
（6）在寒冷季节有冰冻的地区，泡沫灭火系统的湿式管道应采取防冻措施。
（7）泡沫－水喷淋系统的管道应采用热镀锌钢管。
其报警阀组、水流指示器、压力开关、末端试水装置的设置，应符合现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084的相关规定。
（8）防火堤或防护区内的法兰垫片应采用国家标准《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB8624-2006中规定的燃烧性能不低于B级的材料。
（9）.主要管道附件包括单向阀、闸阀、持压泄压阀、安全阀、智能流量计等。
（10）单向阀一般按照管线直径来选择，材质为不锈钢，。
（11）闸阀也是根据管线直径来选择的，材质为不锈钢且应能够灵活操作。
（12）持压泄压阀的作用是维持系统局部压力恒定，装接在泡沫液回路管线上，当工作压力在正常范围之内时，持压泄压阀不动作，当系统压力超过额定压力时，持压泄压阀打开，一部分泡沫液流回常压泡沫液储罐，系统压力回到正常。
（13）安全阀装接在系统出液管线上，主要是为了防止系统压力持续升高造成管道破裂，一般额定值为2.5Mpa，当系统压力超过此设定值时，安全阀打开泄压。
（14）智能流量计是用来采集系统中主管线水的流量和泡沫液的流量的，一般可采用电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计等。
分别装接在比例混合装置的进水口和泡沫液出口处。
5.4泡沫比例混合器
5.4.1
（1）系统比例混合器的进口工作压力与流量，应在标定的工作压力与流量范围内；
（2）单罐容量不小于20,000m3的烃类液体与单罐容量不小于5,000m3的水溶性液体和极性溶剂固定顶储罐及按固定顶储罐对待的内浮顶储罐、单罐容量不小于50,000m3的内浮顶和外浮顶储罐，宜选择计量注入式比例混合装置或平衡式比例混合装置；
（3）当选用的泡沫液密度低于1.12g/mL时，不应选择无囊式压力比例混合装置；
（4）全淹没高倍数泡沫灭火系统或局部应用高倍数、中倍数泡沫灭火系统，采用集中控制方式保护多个防护区时，应选用平衡式比例混合装置或囊式压力比例混合装置；
（5）全淹没高倍数泡沫灭火系统或局部应用高倍数、中倍数泡沫灭火系统保护一个防护区时，宜选用平衡式比例混合装置或囊式压力比例混合装置。
5.4.2当采用平衡式比例混合装置时，应符合下列规定：
（1）泡沫液进口压力应大于水进口压力，且其压差应满足产品的使用要求；
（2）比例混合器的泡沫液进口管道上应设单向阀；
（3）泡沫液管道上应设冲洗及放空设施。
5.4.3当采用注入式比例混合装置时：
（1）泡沫液注入点的泡沫液流压力应大于水流压力，且其压差应满足产品的使用要求；
（2）为了保证流量计采集数据的准确性，流量计进口前和出口后直管段的长度应不小于10倍的管径；
（3）泡沫液进口管道上应设单向阀以防止消防水进入泡沫液储罐；
（4）系统用过以后，管道内会残存一部分泡沫液，由于泡沫液具有很强的腐蚀性，故泡沫液管道上应设冲洗及放空设施。
5.4.4当采用压力式比例混合装置时：
（1）泡沫液储罐的单罐容积不应大于10m3；
这就导致了压力式比例混合装置不能满足大型油罐区的消防需要。
（2）无囊式压力比例混合装置，当泡沫液储罐的单罐容积大于5m3且储罐内无分隔设施时，宜设置一台小容积压力式比例混合装置，其容积应大于0.5m3并能保证系统按最大设计流量连续提供3min的泡沫混合液。
5.4.5当半固定式或移动式系统采用管线式比例混合器（负压比例混合器）时：
（1）比例混合器的水进口压力应在0.6MPa～1.2MPa的范围内，且出口压力应满足泡沫产生装置的进口压力要求；
（2）比例混合器的压力损失可按水进口压力的35%计算。
5.5控制系统
该套系统可采用继电器控制也可采用PLC控制，主要控制泡沫供给系统的启动及泡沫液量的调节。
根据国家消防规范的规定，系统采用两台泡沫泵组（一用一备），发生紧急情况时，主泵组启动，备用泵组断开，当主泵组断电时，备用泵组自动投入运行，主电源恢复正常时，能重新自动切换到主泵组进行工作，这就保证了系统的可靠性。
泡沫液量的调节主要靠控制柜内的运算器、变频器以及设在管线上的两个智能流量计来进行，首先流量计将管线上的水流量及泡沫液流量反馈给控制系统，运算器再根据反馈回来的数据运算出瞬时泡沫液和水的混合比，然后与事先设定好的混合比数值进行比较，如果有偏差，就计算出偏差值，然后通过变频器来调节泡沫供给系统中电机的频率，使电机速度变慢或变快，从而调节泡沫液的输出量，使系统的实际混合比尽可能的接近设定值，这样就得到了较为精确的泡沫混合比，从而大大提高泡沫灭火系统的性能，不仅节约了泡沫液量，而且使系统的可靠性进一步加强。
5.6泡沫液储罐
由于该套系统采用注入泡沫液的方式，故泡沫液储罐应选用常压储罐,常压罐的容积可达到十吨以上，这就有效克服了压力式储罐容积小的缺点。
泡沫液储罐宜采用耐腐蚀材料制作，且与泡沫液直接接触的内壁或衬里不应对泡沫液的性能产生不利影响。
常压泡沫液储罐应符合下列规定：
（1）储罐内应留有泡沫液热膨胀空间和泡沫液沉降损失部分所占空间；
（2）储罐出液口的设置应保障泡沫液泵进口为正压，且应设置在沉降层之上；
（3）储罐上应设出液口、液位计、进料孔、排渣孔、人孔、取样口、呼吸阀或通气管。
注：
不同种类、不同牌号的泡沫液不得混存。
5.7泡沫产生装置
5.7.1低倍数泡沫产生器：
（1）固定顶储罐、按固定顶储罐对待的内浮顶储罐，宜选用立式泡沫产生器；
（2）泡沫产生器进口的工作压力应为其额定值±
0.1MPa；
（3）泡沫产生器的空气吸入口及露天的泡沫喷射口，应设置防止异物进入的金属网；
（4）横式泡沫产生器的出口，应设长度不小于1m的泡沫管；
（5）外浮顶储罐上的泡沫产生器，不应设置密封玻璃。
5.7.2高背压泡沫产生器：
（1）进口工作压力应在标定的工作压力范围内；
（2）出口工作压力应大于泡沫管道的阻力和罐内液体静压力之和；
（3）发泡倍数不应小于2，且不应大于4。
5.7.3中倍数泡沫产生器：
（1）发泡网应采用不锈钢材料；
（2）安装于油罐上的中倍数泡沫产生器，其进空气口应高出罐壁顶。
5.7.4高倍数泡沫产生器：
（1）在防护区内设置并利用热烟气发泡时，应选用水力驱动型泡沫产生器；
（2）在防护区内固定设置泡沫产生器时，应采用不锈钢材料的发泡网
6系统供水
（1）泡沫灭火系统水源的水质应与泡沫液的要求相适宜；
水源的水温宜为4℃～35℃。
当水中含有堵塞比例混合装置或喷洒装置的固体颗粒时，应设置相应的管道过滤器。
（2）配制泡沫混合液用水不得含有影响泡沫性能的物质。
（3）泡沫灭火系统水源的水量应满足系统最大设计流量和供给时间的要求。
（4）泡沫灭火系统供水压力应满足在相应设计流量范围内系统各组件的工作压力要求，且应有防止系统超压的措施。
（5）建（构）筑物内设置的泡沫－水喷淋系统宜设水泵接合器，且宜设在比例混合器的进口侧。
水泵接合器的数量应按系统的设计流量确定，每个水泵接合器的流量宜按10L/s～15L/s计算.
6.1管道水力计算
6.1.1
（1）储罐区泡沫灭火系统的泡沫混合液设计流量，应按储罐上设置的泡沫产生器或高背压泡沫产生器与该储罐辅助泡沫枪的流量之和计算，且应按流量之和最大的储罐确定。
（2）泡沫枪或泡沫炮系统的泡沫混合液设计流量，应按同时使用的泡沫枪或泡沫炮的流量之和确定。
（3）泡沫－水雨淋系统的设计流量，应按雨淋阀控制的喷头的流量之和确定。
多个雨淋阀并联的雨淋系统，其系统设计流量应按同时启用雨淋阀的流量之和的最大值确定。
6.1.2采用闭式喷头的泡沫－水喷淋系统的泡沫混合液与水的设计流量应按下式计算，且应符合下列规定：
（6-1）
式中Q—泡沫－水喷淋系统设计流量（L/s）；
q—最有利水力条件处作用面积内各喷头节点的流量（L/min）；
n—最有利水力条件处作用面积内的喷头数。
（1）水力计算选定的作用面积宜为矩形，其长边应平行于配水支管，其长度不宜小于作用面积平方根的l.2倍；
（2）最不利水力条件下，泡沫混合液或水的平均供给强度不应小于
（3）最有利水力条件下，系统设计流量不应超出泡沫液供给能力。
泡沫产生器、泡沫枪或泡沫炮、泡沫－水喷头等泡沫产生装置或非吸气型喷射装置的泡沫混合液流量宜按下式计算
（6-2）
式中q—泡沫混合液流量（L/min）；
k—泡沫产生装置或非吸气型喷射装置的流量特性系数；
P—泡沫产生装置或非吸气型喷射装置的进口压力（MPa）。
注：
系统泡沫混合液与水的供给能力应有不小于5％的裕度。
6.1.3系统管道输送介质的流速：
（1）储罐区泡沫灭火系统水和泡沫混合液流速不宜大于3m/s；
（2）液下喷射泡沫喷射管前的泡沫管道内的泡沫流速宜为3m/s～9m/s；
（3）泡沫－水喷淋系统、中倍数与高倍数泡沫灭火系统的水和泡沫混合液在主管道内的流速不宜大于5m/s，在支管道内的流速不应大于10m/s；
（4）泡沫液流速不宜大于5m/s。
沿程水头损失:
当系统水管道与泡沫混合液管道采用普通钢管时，应按式（6-3）计算；
当采用不锈钢管或铜管时，可按式（6-4）计算。
（6-3）
式中i—管道的单位长度水头损失（MPa/m）；
V—管道内水或泡沫混合液的平均流速（m/s）；
dj—管道的计算内径（m）。
（6-4）
式中i—管道的单位长度水头损失（kPa/m）；
dj—管道的计算内径（m）；
qg—给水设计流量（m3/s）；
Ch—海澄—威廉系数，铜管、不锈钢管取130。
水管道与泡沫混合液管道的局部水头损失，宜采用当量长度法计算。
水泵或泡沫混合液泵的扬程或系统入口的供给压力应按下式计算：
H=∑h+P0+hZ（6-5）
式中H—水泵或泡沫混合液泵的扬程或系统入口的供给压力（MPa）；
∑h—管道沿程和局部水头损失的累计值（MPa）；
P0—最不利点处泡沫产生装置或泡沫喷射装置的工作压力（MPa）；
hZ—最不利点处泡沫产生装置或泡沫喷射装置与消防水池的最低水位或系统水平供水引入管中心线之间的静压差（MPa）。
6.1.4液下喷射系统中泡沫管道的水力计算:
（1）泡沫管道的压力损失可按下式计算：
h=CQp1.72（6-6）
式中h—每10m泡沫管道的压力损失（Pa/10m）；
C—管道压力损失系数；
Qp—泡沫流量（L/s）。
（2）发泡倍数宜按3计算；
（3）压力损失系数可按表1-1取值；
表1-1管道压力损失系数
管径（mm）
管道压力损失系数
100
150
200
250
300
350
12.920
2.140
0.555
0.210
0.111
0.071
（4）泡沫管道上的阀门和部分管件的当量长度，可按表1-2确定。
表1-2泡沫管道上阀门和部分管件的当量长度（m）
公称直径（mm）
管件种类
闸阀
90°
弯头
旋启式逆止阀
1.25
4.25
12.00
1.50
5.00
15.25
1.75
6.75
20.50
2.00
8.00
24.50
注：
泡沫液管道的压力损失计算宜用达西公式。
确定雷诺数时，应采用泡沫液的实际密度；
泡沫液粘度应为最低储存温度下的粘度。
6.2减压孔板
6.2.1
（1）应设在直径不小于50mm的水平直管段上，前后管段的长度均不宜小于该管段直径的5倍；
（2）孔口直径不应小于设置管段直径的30％，且不应小于20mm；
（3）应采用不锈钢板材制作。
6.2.2节流管：
（1）直径宜按上游管段直径的1/2确定；
（2）长度不宜小于1m；
（3）节流管内泡沫混合液或水的平均流速不应大于20m/
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