医用氧舱水喷淋消防系统的功能核查及使用参数的试验验证

宋全轩 李玉军

(河南省锅炉压力容器安全检测研究院 郑州 450016)

医用氧舱水喷淋消防系统的功能核查及使用参数的试验验证

宋全轩 李玉军

(河南省锅炉压力容器安全检测研究院 郑州 450016)

该文章系统阐述了医用空气加压氧舱水喷淋消防系统功能的核查要点；阐明了水喷淋消防系统使用参数的理论计算方法，弥补了现行规定、标准未提供理论计算的空白；明确了灭火喷淋功能及运行参数的试验方法、步骤和内容；为医用空气加压氧舱在使用过程中水灭火喷淋系统功能的可靠性提供了保证。

医用空气加压舱 水喷淋消防系统 试验验证 功能核查

1 前言

医用氧舱作为某些病灶辅助治疗的一种行之有效的设备，被医疗机构越来越重视使用，随着社会经济的发展，医疗技术的进步，医用氧舱近几年不但数量出现了较快的增长，同时也向多人化，舱群化发展；在多人医用空气加压舱的使用中，有效的保证水喷淋消防系统的可靠性是医用氧舱安全使用的一个重要环节。

2 医用空气加压舱水灭火喷淋系统的功能要求

医用空气加压舱现行相关规范和标准主要包括《医用氧舱安全管理规定》和GB/T 12130—2005《医用空气加压氧舱》。

根据《医用氧舱安全管理规定》（第十八条）规定：多人舱内需有消防设施。大型医用氧舱宜设置水喷淋消防装置和应急呼吸装置。

GB/T 12130—2005《医用空气加压氧舱》（第5.2.10条）规定：“多人舱应设有独立的水灭火装置，在舱内发生火灾时，该装置应能从舱内和舱外任意一侧开启向舱内地板均匀喷水，喷水强度应不小于50 L/（m2·min）；水灭火装置的供水能力应能满足同时向各舱室供水至少1min的水量，喷水动作的响应时间不大于3s；水灭火装置的供水管路和阀件应选用耐腐蚀的铜材或不锈钢材料；压力水柜应配置液位指示器，配套压力容器的内部应防锈涂层处理。”

上述规范、标准对水灭火喷淋系统设置的储水柜容积和送水管道的规格、长度及其使用时的压力等参数的控制计算方法和运行参数的调试试验内容并未作出明确规定，给安装、使用管理、检验验收等人员带来了困惑，无法有效地对水灭火喷淋系统的功能从理论计算方面和可操作性试验方面进行验证核查。

一方面，从使用环节考虑，供水管道内水的流速应有限定。当流速小时，无法满足灭火喷淋系统水量要求，达不到标准要求的规定时间内的喷淋水量；但是，流速也并非越大越好，当流速过大时，会造成水冲击，致使管道发生震动，影响水的供给，严重的造成设备损伤，灭火喷淋功能无法实现，后果是严重的。另一方面，从制造、安装角度考虑，管道供水流速制约着供水管道的通径和长度，进而制约着储水罐加压所必需的气源压力等使用参数。因此，供水管道内水的流速控制至关重要，正确确定水流速的限值范围是医用空气加压舱设计环节必须考虑确定的。

3 水喷淋消防系统的相关计算

3.1 水喷淋消防系统使用参数的计算

从储水罐到舱体内各个喷淋头，由相应的管道、管件和控制阀门连接，构成了灭火喷淋水的输送系统，根据流体动力学，可以计算确定供水管道中水流速的上下限值（满足氧舱水喷淋消防功能要求），进而计算出系统运行时所需的相应参数值。

●3.1.1 供水管道内水流速限值范围的确定

1）管道供水量的确定。

如前所述，GB/T 12130—2005标准中对满足灭火喷淋功能的喷水强度、最小喷淋时间和喷淋的范围作出了规定，据此可以计算出每秒所需要的管道供水量：

式中：

S ——地板面积，m2；

t ——需要的喷淋时间，min；

50×10-3——系数即所需的喷淋强度，m3/min。

2）管道内水流速限值范围的确定。

设供水管道直径为d，则供水管道截面面积S1=π(d/2)2，据此可计算出输水管道满足向舱体内喷水量要求的最小流速：

即：

式中：

V1——管道内供水的最小流速，m/s。

输水管道为了保证管道的安全以及输水的经济性，在工程中有一经济流速，根据GB 50084—2005《自动喷水灭火系统设计规范》的要求，管道内水流速宜采用经济流速，必要时可超过5m/s，但不应大于10m/s；据此，笔者选择管道内的水流速最大值V2=10m/s。

根据上面计算分析，确定管道内输水流速V范围：V1＜V≤10m/s。

●3.1.2 供水管道内流速V的计算

式中：

V——水在管道内计算流速；

C——谢才系数；

R——水力半径；

J——水力坡度。

式中：

n ——管道内壁粗糙度，钢管一般取0.012。

式中：

A——过流面积；

X——湿周，满管流时取内壁周长。

式中：

H1，H2——管道两端的水压头；

L——管道长度。

管道水平布置时：

式中：

P1，P2——管道两端压强；

ρ——水的密度；

g——重力加速度；

L——管道长度。

●3.1.3 储水柜所需的供气源压力值确定

根据式（2）代入J值推出

式（1）中V1代替式（3）中V，R=d/4则有：

进而推出

式中H1-H2是输水管道两端的压头差值，则有储水柜所需的最小压力：

推出

式中P1、P2单位是MPa，P2为舱体正常使用中的最高使用压力。

把R=d/4，V=10带入式（3）则：

则有：

可知储水柜所需的气源压力：

●3.1.4 储水罐最小储水量的计算

根据前述满足灭火喷淋功能的三个条件，计算出的最小储水量：

式中：

Q——储水柜的最小储水量，m3；

S——地板面积，m2；

t——需要的喷淋时间，min，取1；

50×10-3——系数即所需的喷淋强度，m3/min。

3.2 对储水罐储水量及气源压力的修正

前面的计算是建立在管道在理想状态的基础上，水流为稳流状态，但是在实际中，管道存在拐角和阀门等，这样也增加了水流的阻力，根据实际情况应增加进口压头，这里增加0.1MPa以抵消因管道的转角等因素而形成的附加阻力（在管道设置应尽量使管道平直铺设，尽量减少管道折角过多的存在）；若储水柜与舱体内水喷淋口存在高度差应按照水的静压差进行补偿(ΔP)；根据GB 50084—2005《自动喷水灭火系统设计规范》中说明，水流量指示器指示值0.02MPa，雨淋阈值0.07MPa，湿式报警阀值为：0.04MPa；则储水罐所需的最小压力修正为：P′=P+0.1+ΔP+S′(MPa），这里S′为系统内管道上的各阀值的总和。

特别注意的是修正后的气源压力受制于储水柜本体所能承受的最高压力的限制。

根据3.1.4中的计算，储水罐的容量最小应为：Q=50×10-3St，为了保证有效的水量，根据实践经验，应增加2．0的系数；即储水罐的储水量不应小于2Q(m3)。

3.3 医用氧舱水喷淋消防系统的功能核查

对安装完成的医用氧舱系统的检验验收，消防灭火喷淋系统的功能核查是非常重要的一个环节，正确、规范、有效的完成对医用氧舱水灭火功能进行核查是保证氧舱在运行中水灭火喷淋装置随时投入使用并能达到灭火效果的重要保证。

核查主要内容包括水灭火喷淋系统的设计布置图，系统中相关设备的有效资料，系统灭火功能的调试记录和调试报告等，具体如下：

1）核查水灭火喷淋系统的设计布置图；

2）核查水灭火喷淋系统相关设备的技术资料：

主要包括：（1）核查压力储水柜的出厂证明书，合格证及要求的监督检验证书的正确性和有效性。主要设计和使用压力参数的限定，材质证明，储水柜的容积等；（2）核查消防灭火喷淋连接管道的设计和使用压力参数，材质证明（应为铜或不锈钢），管道的规格（内径、厚度、长度应实际进行测量）；（3）核查压力储水柜和压力管道上的安全附件和系统排气等设置；（4）核查系统内所设置的阀件、阀门及其它应用设置等。

3）对水灭火喷淋系统进行计算核查：

（1）核算储水柜的容积是否不小于2Q(m3)；（2)根据式（4）和式（5）的计算值按照3.2进行修正后P′的上、下限值核查压力储水柜的气源压力P是否在限值内即P′下＜P≤P′上；若计算后上述关系不成立，则说明该水喷淋消防系统不能满足灭火功能要求，应查找原因，进行整改。

3.4 水喷淋消防系统运行参数的试验验证

按照3.3对氧舱水灭火系统进行核查合格后，应通过实际试验对该系统的功能效果进行验证，并确定运行过程中的使用参数数值。

试验验证的操作步骤和内容如下：

1）检查氧舱水灭火喷淋系统（舱体内和舱外部）的设置情况应完好，符合要求；氧舱其它系统正常，满足闭舱加压要求。

2）关闭舱门，空气加压到舱室正常使用时的最高工作压力。

3）记录储水柜的水位高度和压力数值。

4）灭火装置启动，秒表记录启动喷淋控制机构至舱体内最不利处喷淋头开始喷水时间。

5）用秒表记录喷淋头开始喷水至喷淋结束的时间（不得小于1min连续喷水）。

6）记录储水柜的喷淋后的水位和此时储水柜的压力数值。

7）按照上列步骤调整储水柜的压力为计算修正后的P′下、P′上值按上述方法各试验一次，记录相关数值。

8）把试验数值填入表1（P′上不得大于储水罐的设计压力）。

表1 试验数值

9）根据表1数据，按照B=G/St,计算出B值。这里B是平均喷水强度，单位m3/(m2·min)；S氧舱舱体内地板面积m2；G为喷水量m3，用储水柜每次试验喷水前的液位和喷水后的液位计算出喷水量；t为喷水持续时间min。

10）比较B值。B应满足标准要求，即B＞50 L/(m2·min)；且应有以下关系成立：

此时B相对应的P值则可确定为氧舱正常使用中，储水柜应保持稳定的压力值。对比喷水前、后储水柜的压力显示，以确定为储水柜提供压力稳定保证的压力源的可靠性。

4 案例分析

某医院安装的氧舱型号为YC24-2014-15，舱体规格：φ2200×6000mm，实测地板面积为10m2；储水罐规格：规格φ900×2881mm，容积：1．5m2，设计压力1.6MPa，储水罐设置在地下一层；储水罐出水口至舱体内喷淋口连接管道规格为：φ45×3mm（内径d为39mm）；实际测量连接管道长度为20m；储水罐出水口至喷淋口高度差3.5m。该储水罐采用的气源压力为：1.0MPa。分析该氧舱水灭火喷淋系统是否可靠。

1）根据上文中推导出的公式和氧舱系统的条件知道：L=20m，d=39×10-3m，S=10m2；

则有：

把上述值代入式（4）、式（5）计算：

储水罐最小储水量：

修正后：

储水罐储水量至少应为2Q=1.0m3。

2）从以上计算进行分析如下：

（1）储水罐容积为1.5m3＞1.0m3，能够满足水喷淋系统的储水量要求；

（2）储水罐采用的气源压力1．0MPa＜P′下，说明加载该系统的压力不能满足消防水喷淋功能要求；

（3）储水罐的设计压力1.6MPa＜P′上，则加载到储水罐的气源压力不得大于1.6MPa。

3）结论：

（1）对该氧舱消防水喷淋系统，提供稳定气源压力应进行修正为：1.022MPa≤P≤1.6MPa；

（2）在储水罐液位计上标示出最低储水位置，该位置储水罐的储水量应大于等于1.0m3。

在该氧舱水喷淋系统满足以上运行参数条件时，则该系统能够达到标准要求的消防喷水能力。

5 结束语

该文章结合河南省医用氧舱近年来安装监检及定期检验过程中积累的经验，阐述了医用空气加压舱水喷淋消防系统使用参数的计算方法，推出了相关计算公式，弥补了现行规定、标准中未涉及的空白；通过分析，确定了对氧舱水喷淋消防系统功能的核查内容和方法，明确了对医用空气加压舱水喷淋消防系统使用参数的试验验证方法、步骤、内容，明确了正常运行参数的确定，在保证医用氧舱的使用安全方面具有积极的探索意义。

[1] 袁素霞．医用氧舱检验[M]．北京：化学工业出版社，2014．

[2] GB/T 50084—2005 自动喷水灭火系统设计规范[S]．

[4] GB/T 2130—2005 医用空气加压氧舱[S]．

[5] 医用氧舱安全管理规定[S]．

[6] 王强，刘垒．高压氧医学教程[M]．北京：军事医学科学出版社，2006．

[7] GB/T 16560—2011 甲板减压舱[S]．

Function Check and Using Parameters Experiment Verifcation for Water Spray Fire Control System in Medical Oxygen Cabin

Song Quanxuan Li Yujun
(The Boiler & Perssure Vessel Safety inspection institute of Henan Province Zhengzhou 450016)

This article systematically expounded function verifcation point for water spray fre control system in the medical oxygen cabin and clarifed theoretical calculation method of using parameter which made up the blank of the current regulations, standards. It made clear the testing method, steps and content for the functions and operation parameters of water spray fire control system and provided assurance of the reliability of water spray fire control system in medical oxygen cabin in the using process.

Medical oxygen cabin Water spray fire control system Experiment verification Function Check

X924

B

1673-257X(2016)12-0038-05

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．12．008

宋全轩(1966～)，男，本科，所长，高级工程师，从事电站锅炉和医用氧舱检验研究工作。

2016-04-01）