量化注入式泡沫灭火系统的设计*

解继红，杜 勇

(晋中学院，山西晋中 4030600)

1 引言

泡沫灭火系统是大型灭火系统的一种，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，为此设计数字化控制的注入式泡沫比例混和装置来控制泡沫液和消防水的流量，从而克服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。

2 系统的组成和工作原理

注入式灭火系统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。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水流量的大小，按设计的要求非常精确地提供泡沫液的混合比。如图1所示。

图1 系统工作原理图

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供给泡沫液，并随着主管线的不同流量提供准确的混合比。另外，泡沫液管线上也配备有流量计，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。

3 系统关键组件的选择及注意事项

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，其中一些主要组件可根据《泡沫灭火系统设计规范》［1］(GB 50151)的要求来选择。

3.1 泡沫液泵

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选择齿轮泵或蜗杆泵。泡沫液泵的工作压力和流量应满足系统设计要求，当采用水力驱动时，应将其消耗的水流量计入泵的额定流量，泵的进口管道上应设置真空压力表或真空表，出口管道上应设置压力表、单向阀和回流管。

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。该套系统主要采用变频调速的原理来控制混合比，因此选用交流电机作为该系统的动力，电机功率应根据泡沫混合液的流量和混合比来确定。按国家标准要求［2］泡沫液泵应设备用泵，其规格型号应与工作泵相同，工作泵故障时应能自动(或手动)切换到备用泵，因此备用泵也选用齿轮泵或蜗杆泵。

3.2 控制阀门和管道

低倍数、中倍数和高倍数泡沫灭火系统的水与泡沫混合液管道及泡沫-水喷淋系统的管道应符合现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》［3］(GB50084)的相关规定，且管道外壁应进行防腐处理。

主要管道附件包括单向阀、闸阀、安全阀、智能流量计等。

(1)单向阀和闸阀一般按照管线直径来选择，材质为不锈钢。

(2)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2.5 MPa，当系统压力超过此设定值时，安全阀打开泄压。

(5)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。

3.3 泡沫比例混合器

单罐容量不小于50.000 m3的内浮顶和外浮顶储罐，宜选择计量注入式比例混合装置，其混合比例一般常用的有3%和6%两种规格［4］。

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，且泡沫液注入点的泡沫液流压力应大于水流压力，其压差应满足产品的使用要求［5］。

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;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。

3.4 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。

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不仅节约了泡沫液量，而且使系统的可靠性进一步加强。

3.5 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。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，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。

4 系统结构及特点

经过系统组件的选择和分析，设计注入式灭火系统的结构如图2所示。

图2 注入式泡沫灭火系统结构图

注入式和平衡式泡沫比例混合装置均采用齿轮泵或涡轮泵提供泡沫液，均采用常压泡沫罐，在相同的技术参数下，两者设备底架外形尺寸基本相同。但注入式泡沫比例混合装置能从数字上直接而又准确地反映出混合比的大小，此外还可根据火灾现场的需求，设置不同混合比和不同类型的泡沫液，方便快捷。这些特点是平衡式泡沫比例混合装置不具备的。

5 结语

量化注入式泡沫灭火系统不消耗压力，可靠性及准确性高，特别适用于大中型泡沫灭火，大大提高了传统泡沫灭火系统的效能。但目前，该套系统的动力部分只能采用电动机，而平衡式泡沫灭火系统则可以选用电动机、柴油机以及当前较为流行的水轮机，因此量化注入式灭火系统动力部分的扩展还有待进一步研究。

［1］ GB50151-2010.泡沫灭火系统设计规范［S］.

［2］ GB20031-2005.泡沫灭火系统及部件通用技术条件［S］.

［3］ GB50084-2001.自动喷水灭火系统设计规范［S］.

［4］ 白殿涛，俞颖飞，田立伟，等.平衡式泡沫比例混合装置及检测中常见问题［J］.消防利学与技术，2009，28(10):755-756.

［5］ 郭铁男.中国消防手册［M］.上海:上海科学技术出版社，2007.