薄壁不銹鋼管在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

 GB 50084(自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》2005年版中，規(guī)定了不銹鋼管可用于自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。不銹鋼管與自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)傳統(tǒng)用的鍍鋅鋼管相比，具有使用壽命長、耐腐蝕、水頭損失小、美觀、輕便等諸多優(yōu)點(diǎn)。但不銹鋼管價(jià)格比鍍鋅鋼管商。作為新型管材，研究其應(yīng)用中管道連接的可靠性和驗(yàn)證其管路在火災(zāi)中的安全性很有必要。

一、薄壁不銹鋼管及連接方式

  生產(chǎn)、生活給水應(yīng)用的薄壁不銹鋼管其材質(zhì)主要為S30408不銹鋼。S30408屬于奧氏體不銹鋼，是目前使用范圍最廣的簿壁不銹鋼管，其耐j暫蝕的總體性能在常用不銹鋼牌號中較為優(yōu)異，但價(jià)格較高。薄壁不銹鋼管道常采用環(huán)壓、卡壓、溝槽式等連接方式，為了驗(yàn)證薄壁不銹鋼管在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)中使用的可行性，密封圈在正常情況及高溫條件下的密封效果，需進(jìn)行實(shí)體火災(zāi)試驗(yàn)研究。

二、試驗(yàn)場所的確定與布置

 1. 試驗(yàn)場地

    試驗(yàn)場地位于公安部四川消坊研究所高層建筑火災(zāi)試驗(yàn)塔4層，試驗(yàn)房間尺寸約8.5 m(長)×6.8m（寬），面積約57.8 m2，層高3m。

 2. 實(shí)驗(yàn)室的布置  

    管道采用薄壁不銹鋼管，密封材料為硅橡膠，環(huán)壓式連接；閥門采用銅電磁閥。噴頭采用標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)噴頭，下垂型，公稱口徑12.7 mm，作用溫度68℃，K系數(shù)為80，按中危險(xiǎn)級工級噴水強(qiáng)度設(shè)計(jì)，正方形布置，噴頭間距為3.6m，噴頭濺水盤與天花板的距離不超過150mm，噴頭距墻分別為16m和2.2m。

    熱電偶安裝：采用鎳鉻—鎳硅熱電偶，測溫范鬧為0～1300℃。具體安裝部位為；每只噴頭旁安裝1只熱電偶，其熱接點(diǎn)應(yīng)盡量接近噴頭玻璃球，測試點(diǎn)與玻璃球中部處在同一水平位置，二者最大距離不得超過1cm，共4只。起火點(diǎn)位于1、2號兩只噴頭中間位置，起火點(diǎn)正上方距離天花板10cm處安裝1只熱電偶，起火點(diǎn)正上方不銹鋼管下部外壁上安裝1只熱電偶，距起火點(diǎn)正上方不銹鋼管處熱電偶左右1m位置各安裝1只熱電偶，共4只。

    壓力表安裝：采用0.4級，最大量程1.6 MPa的精密壓力表，在主管、起火部位的支管旁各安裝1只，起火部位的壓力表進(jìn)行火災(zāi)試驗(yàn)時(shí)應(yīng)拆除，以免燒壞。

   火災(zāi)探測報(bào)警器安裝：在1、2號兩只噴頭中央安裝1個(gè)可移動(dòng)感煙火災(zāi)探測器，該測量數(shù)據(jù)僅供參考。熱電偶與感煙火災(zāi)探測器的具體布置詳見圖。試驗(yàn)時(shí)流量的測量用超聲波流量計(jì)。在起火區(qū)域?yàn)榱朔乐乖囼?yàn)時(shí)因火勢過大損壞建筑結(jié)構(gòu)，對試驗(yàn)室的頂棚和墻而進(jìn)行防火涂料噴涂，設(shè)計(jì)耐火極限為2小時(shí)。

三、 火災(zāi)荷載的確定

   要進(jìn)行實(shí)體火災(zāi)試驗(yàn)，確定火災(zāi)荷載是關(guān)鍵．查閱國內(nèi)外資料，可知小型公共場所的火災(zāi)荷載范圍為60～800 MJ/m2(折合木材為3. 2～42.5 kg/m2)。在起火區(qū)域中央布置木垛，木垛總質(zhì)量為150kg，尺寸為2 m(長)×1 m(寬)，具體布置見圖。

四、試驗(yàn)場景及試驗(yàn)判定

   1. 試驗(yàn)場景

    結(jié)合自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的工作原理與使用狀況，擬對自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)正常發(fā)揮作用與系統(tǒng)失效這兩種情況進(jìn)行試驗(yàn)，分為下面兩個(gè)火災(zāi)場景。

    場景1：噴頭處于正常工作狀況下，噴頭動(dòng)作后火全部熄滅時(shí)，試驗(yàn)完畢。

    場景2：噴頭不動(dòng)作，試驗(yàn)管道在火場中的情況。試驗(yàn)時(shí)起火點(diǎn)位于管道的正下方，而且起火點(diǎn)上方管道有接頭，管道直接暴露在火焰中}試驗(yàn)過程巾管道漏水后或者火勢很大，對建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)成危險(xiǎn)時(shí)，結(jié)束試驗(yàn)。該場景需要用消火栓滅火，試驗(yàn)前做好準(zhǔn)備。

   2. 試驗(yàn)判定

   在場景1和場景2的試驗(yàn)過程中，用目測觀察檢查判斷管道是否漏水及變形，試驗(yàn)結(jié)束管道排氣后充滿水檢察管道是否漏水。

五、測量的項(xiàng)目

   溫度：主要測試室溫、點(diǎn)火后的溫度、噴頭動(dòng)作溫度、滅火時(shí)的溫度，試驗(yàn)過程中不銹鋼管溫度的變化。壓力：系統(tǒng)預(yù)調(diào)水壓，噴頭動(dòng)作時(shí)的水壓。流量：滅火時(shí)流量。時(shí)間：火災(zāi)報(bào)警器報(bào)警的時(shí)間，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間即噴頭開始噴水的時(shí)間，滅火的時(shí)間，時(shí)間用秒表測量，從點(diǎn)火開始計(jì)時(shí)。溫度、壓力、流量測試在試驗(yàn)前半個(gè)小時(shí)左右即可開啟。

   試驗(yàn)壓力為屋頂水箱的壓力，靜壓為0.25 MPa。試驗(yàn)前先用該壓力分別進(jìn)行2只、3只、4只噴頭同時(shí)開啟時(shí)的布水試驗(yàn)，測量噴頭此時(shí)的壓力和噴水強(qiáng)度，作為參考，與火災(zāi)試驗(yàn)時(shí)取得的參數(shù)進(jìn)行比較，確定噴頭的壓力與噴水強(qiáng)度。

   門窗：門的尺寸2m×1.4 m;窗的尺寸1.2 m×0.8 m(2個(gè))，試驗(yàn)時(shí)門窗處于開啟狀態(tài)。

六、試驗(yàn)過程

   按設(shè)計(jì)的火災(zāi)荷載布置好試驗(yàn)場地，噴頭按次序編號，開啟測試系統(tǒng)、流量計(jì)、管道閥門，把試驗(yàn)系統(tǒng)的靜壓調(diào)到設(shè)定的壓力值。在起火點(diǎn)底部油盤內(nèi)加柴油(約1L),用毛巾點(diǎn)燃，使其自然燃燒。從點(diǎn)火開始計(jì)時(shí)，并用攝像機(jī)記錄試驗(yàn)過程。

  場景1：當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到噴頭的動(dòng)作溫度時(shí)，噴頭動(dòng)作噴水，記錄此時(shí)的時(shí)間及噴頭的編號，管道的壓力和流量。當(dāng)火全部熄滅時(shí)，關(guān)閉水源。場景2：噴頭改為管堵，當(dāng)管道漏水后記錄此時(shí)的時(shí)間并結(jié)束試驗(yàn)；或者火勢很大，對建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)成危險(xiǎn)時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。

七、試驗(yàn)現(xiàn)象和資料記錄

  試驗(yàn)共分2次進(jìn)行，按1、2兩個(gè)火災(zāi)場景試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)情況，各次試驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)記錄如下。

  場景1的試驗(yàn)現(xiàn)象：點(diǎn)火開始計(jì)時(shí)，1分鐘，木垛底部開始燃燒。1分鐘39秒，感煙探測器報(bào)警。2分鐘，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有明顯的煙氣，煙氣聚集在梁的一側(cè)。4分鐘 18秒，位于起火點(diǎn)斜上方的1號噴頭動(dòng)作，此時(shí)噴頭處溫度為72.3℃，噴頭處壓力為0.2MPa，流量為1. 86L/s。4分鐘30秒，蒸氣和煙氣充滿整個(gè)實(shí)驗(yàn)室空間。9分鐘50秒，火基本被撲滅，浸滿油的毛巾還在燃燒，火小。13分鐘35秒，火被完全撲滅，關(guān)閉供水閥門，滅火后煙氣充滿整個(gè)實(shí)驗(yàn)室空間。整個(gè)試驗(yàn)僅動(dòng)作1只噴頭，從噴頭動(dòng)作到把火撲滅共用時(shí)9分鐘17秒，管路系統(tǒng)完好。

  場景2的試驗(yàn)現(xiàn)象：點(diǎn)火開始計(jì)時(shí)，50秒，木垛底部開始燃燒。1分鐘50秒，感煙探測器報(bào)警。3分鐘，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有明顯的濃煙氣層，距地面約2m。13 分鐘,壓力表讀數(shù)為0.3 MPa。13分鐘40秒，壓力表讀數(shù)為0.35MPa，火焰高度到達(dá)樓板處。14分鐘50秒，壓力表讀數(shù)為0.4MPa。15分鐘，試驗(yàn)室內(nèi)窗玻璃炸裂。15分鐘25秒，壓力表讀數(shù)為0.5MPa。17分鐘,壓力表讀數(shù)為0. 6～0.7 MPa。17分鐘30秒，室內(nèi)最高溫度即為起火點(diǎn)上方最高溫度678.8℃。此時(shí)未見管道破裂或漏水，為避免對建筑結(jié)構(gòu)和管道、儀器儀表構(gòu)成危險(xiǎn)，采用人工滅火，滅火完畢后管道內(nèi)充滿水蒸氣。整個(gè)試驗(yàn)過程中未見管道變形或漏水，試驗(yàn)后管路系統(tǒng)完好，排氣后再充滿水，管道無漏水現(xiàn)象。

八、數(shù)據(jù)分析

    試驗(yàn)過程中采集的動(dòng)作噴頭、起火點(diǎn)上方（距天花板10 cm處）、管道最高溫度數(shù)據(jù)曲線見圖。

   試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：

   場景1：在4 分鐘18秒時(shí)，1號噴頭動(dòng)作，此時(shí)噴頭處溫度為72.3℃，火勢得到控制，整個(gè)試驗(yàn)過程中起火點(diǎn)上方的最高溫度為163.1℃，不銹鋼管處最高溫度為115.5℃。

   場景2：試驗(yàn)過程中室內(nèi)最高溫度達(dá)到678.8℃，不銹鋼管處最高溫度達(dá)到500℃，在300℃以上的溫度持續(xù)了10 min左右，管道內(nèi)的水變成水蒸氣，管道內(nèi)壓力由0.2MPa升至0.7MPa。

九、結(jié)論

   通過試驗(yàn)現(xiàn)象及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可得到如下結(jié)論：

   1. 噴頭處于正常工作狀況下，噴頭動(dòng)作后火很快被撲滅，不銹鋼管處溫度不高，無滲漏和變形產(chǎn)生。

   2. 在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)失效，噴頭不動(dòng)作的情況下，火勢很大，管道直接暴露在火焰下。試驗(yàn)過程中不銹鋼管處最高溫度達(dá)到500℃，在300℃以上的溫度持續(xù)了10 min左右，整個(gè)試驗(yàn)過程中及試驗(yàn)后管道重新充水，管道及連接處都不漏水，也無變形產(chǎn)生。

    試驗(yàn)說明環(huán)壓式薄壁不銹鋼管可滿足自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的功能要求。隨著經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的提高，不銹鋼管在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)中的使用也漸漸多起來，如北京福彩中心、廈門卷煙廠的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)都使用了不銹鋼管，滿足了建筑多樣化的需要。