薄壁不銹鋼管在自動噴水滅火系統(tǒng)中的應用研究

 GB 50084(自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》2005年版中，規(guī)定了不銹鋼管可用于自動噴水滅火系統(tǒng)。不銹鋼管與自動噴水滅火系統(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。但不銹鋼管價格比鍍鋅鋼管商。作為新型管材，研究其應用中管道連接的可靠性和驗證其管路在火災中的安全性很有必要。

一、薄壁不銹鋼管及連接方式

  生產、生活給水應用的薄壁不銹鋼管其材質主要為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，為了驗證薄壁不銹鋼管在自動噴水滅火系統(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，需進行實體火災試驗研究。

二、試驗場所的確定與布置

 1. 試驗場地

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

 2. 實驗室的布置  

    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。噴頭采用標準響應噴頭，下垂型，公稱口徑12.7 mm，作用溫度68℃，K系數為80，按中危險級工級噴水強度設計，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，其熱接點應盡量接近噴頭玻璃球，測試點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。起火點位于1、2號兩只噴頭中間位置，起火點正上方距離天花板10cm處安裝1只熱電偶，起火點正上方不銹鋼管下部外壁上安裝1只熱電偶，距起火點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行火災試驗時應拆除，以免燒壞。

   火災探測報警器安裝：在1、2號兩只噴頭中央安裝1個可移動感煙火災探測器，該測量數據僅供參考。熱電偶與感煙火災探測器的具體布置詳見圖。試驗時流量的測量用超聲波流量計。在起火區(qū)域為了防止試驗時因火勢過大損壞建筑結構，對試驗室的頂棚和墻而進行防火涂料噴涂，設計耐火極限為2小時。

三、 火災荷載的確定

   要進行實體火災試驗，確定火災荷載是關鍵．查閱國內外資料，可知小型公共場所的火災荷載范圍為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，木垛總質量為150kg，尺寸為2 m(長)×1 m(寬)，具體布置見圖。

四、試驗場景及試驗判定

   1. 試驗場景

    結合自動噴水滅火系統(tǒng)的工作原理與使用狀況，擬對自動噴水滅火系統(tǒng)正常發(fā)揮作用與系統(tǒng)失效這兩種情況進行試驗，分為下面兩個火災場景。

    場景1：噴頭處于正常工作狀況下，噴頭動作后火全部熄滅時，試驗完畢。

    場景2：噴頭不動作，試驗管道在火場中的情況。試驗時起火點位于管道的正下方，而且起火點上方管道有接頭，管道直接暴露在火焰中}試驗過程巾管道漏水后或者火勢很大，對建筑結構構成危險時，結束試驗。該場景需要用消火栓滅火，試驗前做好準備。

   2. 試驗判定

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

五、測量的項目

   溫度：主要測試室溫、點火后的溫度、噴頭動作溫度、滅火時的溫度，試驗過程中不銹鋼管溫度的變化。壓力：系統(tǒng)預調水壓，噴頭動作時的水壓。流量：滅火時流量。時間：火災報警器報警的時間，系統(tǒng)啟動時間即噴頭開始噴水的時間，滅火的時間，時間用秒表測量，從點火開始計時。溫度、壓力、流量測試在試驗前半個小時左右即可開啟。

   試驗壓力為屋頂水箱的壓力，靜壓為0.25 MPa。試驗前先用該壓力分別進行2只、3只、4只噴頭同時開啟時的布水試驗，測量噴頭此時的壓力和噴水強度，作為參考，與火災試驗時取得的參數進行比較，確定噴頭的壓力與噴水強度。

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

六、試驗過程

   按設計的火災荷載布置好試驗場地，噴頭按次序編號，開啟測試系統(tǒng)、流量計、管道閥門，把試驗系統(tǒng)的靜壓調到設定的壓力值。在起火點底部油盤內加柴油(約1L),用毛巾點燃，使其自然燃燒。從點火開始計時，并用攝像機記錄試驗過程。

  場景1：當室內溫度達到噴頭的動作溫度時，噴頭動作噴水，記錄此時的時間及噴頭的編號，管道的壓力和流量。當火全部熄滅時，關閉水源。場景2：噴頭改為管堵，當管道漏水后記錄此時的時間并結束試驗；或者火勢很大，對建筑結構構成危險時結束試驗。

七、試驗現象和資料記錄

  試驗共分2次進行，按1、2兩個火災場景試驗。根據試驗情況，各次試驗現象和數據記錄如下。

  場景1的試驗現象：點火開始計時，1分鐘，木垛底部開始燃燒。1分鐘39秒，感煙探測器報警。2分鐘，實驗室內有明顯的煙氣，煙氣聚集在梁的一側。4分鐘 18秒，位于起火點斜上方的1號噴頭動作，此時噴頭處溫度為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實驗室空間。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，關閉供水閥門，滅火后煙氣充滿整個實驗室空間。整個試驗僅動作1只噴頭，從噴頭動作到把火撲滅共用時9分鐘17秒，管路系統(tǒng)完好。

  場景2的試驗現象：點火開始計時，50秒，木垛底部開始燃燒。1分鐘50秒，感煙探測器報警。3分鐘，實驗室內有明顯的濃煙氣層，距地面約2m。13 分鐘,壓力表讀數為0.3 MPa。13分鐘40秒，壓力表讀數為0.35MPa，火焰高度到達樓板處。14分鐘50秒，壓力表讀數為0.4MPa。15分鐘，試驗室內窗玻璃炸裂。15分鐘25秒，壓力表讀數為0.5MPa。17分鐘,壓力表讀數為0. 6～0.7 MPa。17分鐘30秒，室內最高溫度即為起火點上方最高溫度678.8℃。此時未見管道破裂或漏水，為避免對建筑結構和管道、儀器儀表構成危險，采用人工滅火，滅火完畢后管道內充滿水蒸氣。整個試驗過程中未見管道變形或漏水，試驗后管路系統(tǒng)完好，排氣后再充滿水，管道無漏水現象。

八、數據分析

    試驗過程中采集的動作噴頭、起火點上方（距天花板10 cm處）、管道最高溫度數據曲線見圖。

   試驗數據分析：

   場景1：在4 分鐘18秒時，1號噴頭動作，此時噴頭處溫度為72.3℃，火勢得到控制，整個試驗過程中起火點上方的最高溫度為163.1℃，不銹鋼管處最高溫度為115.5℃。

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

九、結論

   通過試驗現象及試驗數據分析，可得到如下結論：

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

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

    試驗說明環(huán)壓式薄壁不銹鋼管可滿足自動噴水滅火系統(tǒng)的功能要求。隨著經濟和人民生活水平的提高，不銹鋼管在自動噴水滅火系統(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。