FM保险条款下的大空间厂房消防设计

FM保险条款下的大空间厂房消防设计 关键词：FM保险条款、NFPA、大空间厂房、自动喷水灭火系统 摘要：随着我国改革开放招商引资不断深入和加入WTO后，越来越多的外资企业在国内建立了自己的生产基地。外资企业在国内建厂除了要执行我国现行的工程建设程序和工程建设标准外，仍然要符合NFPA（美国国家防火协会——National Fire Protection Association）及FM（美国工厂相互保险组织——Factory Mutual Research Corporation）保险商对于建厂的要求和标准，笔者结合某实际工程对FM保险条款下此类大空间厂房（高度大于8m）的消防设计加以论述。 一、工程概况 江苏省某中外合资汽车发动机厂房项目，该项目为美、日、中三方合资项目，消防设计既要执行现行国家规范又要符合FM保险商及NFPA相关标准和规范要求，并且该项目投资方自己也有对于消防及安全的相应规程（BULLETIN），也同样需要遵守。该项目中主厂房（装配厂房），结构形式为单层钢结构，建筑最小高度为8.85m，最大高度为14.40m。厂房宽238m，长282m，建筑面积为59651.54m2。火灾危险性类别为丁类，耐火等级为二级。 主厂房剖面示意图 二、喷淋系统设计参数确定 该项目主厂房火灾危险性类别为丁类，耐火等级为二级，按照国内规范可不做自动喷水灭火系统。但是根据业主及保险商的要求，主厂房需要设计自动喷水灭火系统，根据NFPA 13及业主方提供的消防设计规程（BULLETIN）和保险公司的规定和要求：该厂房为装配厂房（Assembly Plant），属于NFPA所规定的严重危险级（EXTRA HAZARD CLASS）。在与保险商的数次沟通后，确定喷洒设计参数，喷水强度：0.6 US GPM/ ft2(24.5 mm/min)，作用面积：4000 ft2(372 m2)。其设计喷水强度和保护面积远远大于我国现行规范所规定的设计喷水强度和保护面积。并且确定该厂房采用EC-25（K363）直立型大覆盖面喷头（EXTENDED COVERAGE SPRAY SPRINKLER），直立安装。每只K25-EC喷头的最大保护面积为150ft2(13.94m2)。在喷水强度为0.6 US GPM/ ft2(24.5 mm/min)的时候，喷头安装间距为3.60m×3.80m，保护面积为13.68m2＜13.94m2。 三、喷淋系统设计及水力计算 K25-EC喷头的最大保护面积为150ft2(13.94m2)。喷头布置间距为3.60m×3.80m。作用面积为：4000 ft2(372 m2)。作用面积内喷头数为28个。 （一）支管上喷头数目的计算 根据业主提供的消防设计规程（BULLETIN）上的规定： S= S——支管上的喷头数目 A——作用面积 L——喷头布置的长边距离 计算得：S= = =7.1个 即取：每个配水支管上的喷头为：7个 该计算公式，是保险商及业主方确认的计算公式，而NFPA 13对支管喷头数的计算公式为： 这也是保险商对于不同的项目有不同要求的体现。 （二）最不利点喷头出流量和工作压力计算 第一个喷头要求的出水量为：Q = 13.68m2×24.4 L/min·m2 = 333.79L/min.=5.563L/s 根据公式： 作用面积内第一个喷头的计算参数为： PS=0.845bar=0.0845MPa q=333.79L/min=5.563L/s （三）自动喷水灭火系统水力计算 按照我国现行规范，自动喷水灭火系统管道水力计算采用的是舍维列夫公式： 即， 式中：i——每米管道的水头损失（MPa/m）； V——管道内水的平均流速（m/s）； dj——管道的计算内径（m），取值应按管道的内径减1mm确定。 但是按照NFPA及FM保险商的要求，自动喷水灭火系统应采用海登—威廉公式：hazen-williams formula 即： 式中：i——每米管道的水头损失（0.1MPa/m）； Q——管道的水流量，L/min； d——管道的计算内径，mm； C——管道材质系数，铸铁管C=100； 钢管C=120。 所以，自动喷水灭火系统水力计算采取，用舍维列夫公式进行计算，之后用海登—威廉公式进行自喷系统的校核。 喷头布置示意图 业主方的消防设计规程（BULLETIN）、业主的设计招标文件（TENDER DOCUMENTS FOR DESIGN）及保险商的要求，消防水泵为：柴油消防泵，Q=3000GPM=190L/s，H=862Kpa=0.862Mpa，并且水力计算为按照上述已知的数据计算压降至最末端喷头，来校核水泵能力是否满足消防要求。FM有其认证的计算软件，但在国内尚未使用，如按照保险商的要求水力计算有很大难度。 自动喷水灭火系统的水力计算方法仍采用国内的计算方法，即：从自动喷水灭火系统管网最不利点开始计算，计算作用面积内喷头全部打开时所需的流量和压力。保险商也同意我国普遍采用的计算方法，并且要求将计算提供给他们确认。 经过计算： 该建筑自动喷洒系统干管管道入口处所需压力和流量为： H=33.8289+14.00+1.25+2= 49.8289mH2O Q=9617.639L/min=160.294L/s 需要注意的是：FM的末端试水装置的设置于国内规范不同，按照《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084-2001的规定，每个报警阀组控制的最不利点喷头处，应设末端试水装置，其他防火分区、楼层的最不利点喷头处，均应设直径为25mm的试水阀。而FM的要求为：喷洒管道末端应提供不小于DN50的冲洗排水管道，并要求排水可见（做可视镜亦可），此排水管道宜采用钢管，排水排至的检查井应采取相应的防冲击措施，并且冲洗出口应设收集杂物的装置，以便观察冲出物的大小尺寸。末端试水装置应位于易操作的位置上。末端试水装置排水管应延伸到建筑物外面，在一坚固的非绿地的表面上终止。 所以，末端试水按照FM的要求，在末端用DN50的管道接至室外排水消能井，后在排入厂区生活污水管网。 EC-25（K363）直立型大覆盖面喷头由于工作流量很大，所以在征求了FM认证的生产商之后，喷头连接用的短立管管径为DN65。 由于，厂房屋顶为中心高并以5%的坡度向两侧倾斜的形式，所以自动喷水系统管道也按照同样的坡度平行屋面安装，喷头为直立式，其喷头安装高度距离屋顶为300mm。 （四）报警阀组的设置 根据NFPA 13 8.2.1的规定，湿式自动喷水灭火系统的大小没有规定（我国现行规范规定每个报警阀组承担的喷头数量不超过800个），但是对每个报警阀组所保护的最大面积有如下规定： （1）中、轻危险级为：52000 ft2（4831m2） （2）严重危险级：不进行水力计算时为：25000 ft2（2323m2）；进行水力计算时为：40000 ft2（3716m2）。 该厂房建筑面积为59651.54m2，初步估算报警阀组需要17个。 所以，在厂房的南北两侧设置四间报警阀组间，要求有耐火等级并且可直接通向室外。并且，报警阀组须靠外墙设置，使湿式报警阀前的控制阀可由墙装式阀门操作及阀位指示装置在室外进行操作。 经过计算得：Q=9617.639L/min=160.294L/s 参照相关FM认证的产品的技术规格，该项目采用的为DN200的湿式报警阀组，这样才能满足作用面积内用水量的需要。 报警阀组安装示意图 四、消防系统的设计 按照外资投保项目的惯例，一般室内外消火栓及自动喷水系统采用一套水泵和一套管网供水，但是FM的这种要求与国内规范冲突，但是在上海的地方标准中，已经认同此种做法，该项目就是采用的此种供水方式。 消防系统原理图 （一）消防水池容积的确定 如上原理图所示：由于本项目中综合动力站的要求，室外消火栓用水量为30L/s，室内消火栓用水量： 15L/s，消防总设计水量：15+30+161=206L/s ,并且业主要求，消防水池内存储2h的消防用水量。 按206L/s计算时：206×3.6×2=1483 m3。生产消防水池总容积为4000m3，分两格，每格容积为2000m3(根据业主招标文件确定)，其中2800 m3为消防容积。 （二）消防泵的选型 业主采用柴油泵为消防泵。经计算，水泵扬程为0.723m，流量为206 L/s。按业主和保险商的要求水泵扬程应为计算扬程放大25%。即：Q=206L/s，H=0.904Mpa。业主招标文件所给出柴油消防泵参数，Q=3000GPM=190L/s，H=862Kpa=0.862Mpa，均无法满足消防要求。 经跟保险商和业主确认，消防泵选用：Q=3500GPM=220.5L/s，H=129Psi =0.904Mpa。 在柴油消防泵的设计中，需要注意的是，柴油消防泵按照NFPA 20和FM的要求，必须符合：柴油机以柴油为动力，燃烧发热后会使柴油机温度升高，故需用冷却水进行冷却，冷却腔最大承受压力为0.42Mpa(60psi)，故需对冷却水进行减压。且冷却水排水必须可见，以确保冷却系统正常运行。柴油消防泵配套的油罐容积应不小于消防泵额定8小时的消耗量，通常水泵厂家按1hp对应1gal进行选配（这样可完全满足8小时消耗量的要求）。 控制柜要求与消防泵成套供应，并应采用经FM认证的产品，控制柜有380/3/50及220/1/50两种，根据消防泵功率不同选配。给水排水设计人员应请电气专业按上述两种电压要求配电至控制柜，这样对两种电压要求皆可满足。 主泄压阀：柴油消防泵由于靠柴油为动力，其出力有可能超过额定功率即发生“飞车”现象，而电动消防泵由于供电频率固定，故电机转速固定，不存在“飞车”的可能，但对于卧式的端吸及双吸泵会发生“闷泵”现象（vertical turbine水泵不存在此种问）。故需在出水管上安装主泄压阀，以降低泵体承受的压力，泄压管道上应安装可视镜，以便观察，或者泄压排水可见亦可。 流量计：泄压管上应安装文丘里流量计，以便在平时检测消防泵时对消防泵进行校核。文丘里流量计安装要求流量计前直管段距离不小于5倍管径，流量计后直管段距离不小于2倍管径。流量计宜采用法兰连接。 电接点压力表：压力表置于电控柜内，由水泵出水管引DN25管道至电控柜压力表，管道上逆水流方向安装两个止回阀，在止回阀阀瓣上斜着开2mm的小孔（也可直着开1mm的小孔），这样使水无法流过，但压力可以传过去。 稳压泵及其控制柜无需满足FM认证的要求，但对稳压泵的选型有以下要求，稳压泵流量要求：1gpm