基于事故树的湿式自动喷水灭火系统可靠性分析

姜佳男

(辽宁省鞍山市消防救援支队,辽宁 鞍山 114000)

湿式自动喷水灭火系统是较为有效的建筑消防设施,具有较高的灭火及控火能力,被广泛应用于各类建筑,可有效控制建筑火灾风险及危险性。自动喷水灭火系统的及时启动对初期灭火至关重要。统计数据表明,由于系统失效、人员操作不当等原因,自动喷水灭火系统在工程应用中的实际灭火成功率仅为60%左右,有待进一步提升[1],故此提高自动喷水灭火系统的可靠性对提升灭火成功率及建筑消防安全性具有重要意义。

1 湿式自动喷水灭火系统失效原因

湿式自动喷水灭火系统主要由湿式报警阀组、闭式喷头、供水设施及供水管网等组成[2]。可能导致系统失效的因素包括人为因素,如设计、施工、验收不当及在使用过程中缺乏维修及保养等,由于自身系统构造存在问题或使用过程中系统部件受损导致系统失效[3]。

1.1 湿式报警阀组故障模式分析

湿式报警阀组由压力表、延迟器、压力开关、水力警铃、管路及控制阀门等组成,控制水流单向流入喷头,并在规定流量及压力下报警,是系统的关键组件之一。该部件可能出现的故障包括[4]:①报警管路控制阀关闭。系统运转正常时,报警管路控制阀应为常开状态,控制阀被人为关闭导致压力开关无法报警,系统无法正常启动。②阀体组件故障。主要包括阀体内有异物卡在通道处,使得报警阀无法正常开启关闭或堵塞报警信号管路的水流入口,使压力开关无法报警;压力开关自身故障,无法发出报警信号。

1.2 闭式喷头故障模式分析

闭式喷头在系统中承担着探测火灾、启动系统与灭火功能,当环境温度达到临界值时,闭式喷头感温元件动作,开启系统喷水灭火。闭式喷头可能出现的故障包括[5]:①喷头检查维护不到位。部分场所缺少对喷头进行定期检查及维护,导致建筑装饰装修过程中喷头热敏原件被涂料覆盖,喷头对温度的敏感度下降,无法及时启动,延误灭火时机。②溅水盘松动变形。闭式喷头突受外力作用时,喷头的溅水盘会出现松动甚至变形等情况,导致溅水盘不能均匀洒水或喷洒范围出现误差,无法完全覆盖着火物,从而影响灭火效果。③闭式喷头选型错误。喷头的选用应根据应用场所实际情况进行选择。喷头选型错误可能导致闭式喷头的热敏原件无法及时感应温度或喷水过程受到障碍物的影响,无法快速有效出水灭火。

1.3 供水系统故障模式分析

供水系统主要包括供水设施与供水管网,其是自动喷水灭火系统的基础。供水系统的主要故障包括:①稳压泵故障。稳压泵负责维持系统准工作状态时的压力,具有重要作用。稳压泵启停压力设置不合理可能导致稳压泵频繁启动、稳压泵损坏及稳压能力不足,令准工作状态下湿式报警阀组供水侧压力不足,喷头破裂后报警阀无法打开,系统无法启动。②管网阀门故障。供水管网阀门主要包括控制阀和止回阀,控制阀应处于常开状态,被关闭或被异物堵塞会导致系统缺水无法启动;止回阀最常见的问题是异物堵塞导致阀瓣无法完全关闭,令管网压力不足,无法满足系统灭火需要。③消防水泵故障。消防水泵在湿式自动喷水灭火系统中提供稳定的持续供水。消防水泵的故障主要有:水泵启动时间过长,延误灭火时机;消防水泵转速不足,系统压力和流量无法满足灭火需要;水泵运行工况不稳定,无法提供稳定的消防用水。

2 湿式自动喷水灭火系统可靠性分析

事故树分析法常被应用于安全系统工程中。该方法将系统可能发生的某种事故与导致事故发生的各种原因之间的逻辑关系用树形图表示出来,即事故树。为了达到预测与预防事故发生的目的,对事故树进行定性与定量分析,找出导致事故发生的主要原因,为制定对策提供可靠的依据[6]。

2.1 事故树的建立

对湿式自动喷水灭火系统故障模式进行分析,建立事故树,如图1所示。

图1 湿式自动喷水灭火系统失效事故树Fig.1 Wet sprinkler system failure accident tree

图1中各中间事件A、B、C及基本事件X的定义如下:

T—湿式自动喷水灭火系统失效;A1—管网无水;A2—喷头故障;B1—消防水源失效;B2—湿式报警阀组故障;B3—喷淋泵及稳压装置故障;B4—人为因素;C1—消防水池故障;C2—消防水箱故障;X1—消防水池无水;X2—消防水池止回阀失效;X3—消防水箱无水;X4—消防水箱止回阀失效;X5—报警管路的控制阀关闭;X6—阀瓣被异物卡住;X7—报警管路被异物堵塞;X8—压力开关损坏;X9—稳压泵稳压压力不足;X10—消防水泵选型错误;X11—消防水泵运行不稳定;X12—系统操作不熟悉;X13—部件安装不合格;X14—系统未定期维护保养;X15—喷头检查维护不到位;X16—喷头溅水盘松动损坏;X17—喷头选型错误。

2.2 最小割集计算

最小割集是导致事故树顶上事件发生的基本事件的集合,根据布尔代数运算规则可得:

T=A1+A2
=(B1+B2+B3+B4)+(X15+X16+X17)
=(C1*C2)+(X5+X6+X7+X8)+(X9+X10+X11)+(X12+X13+X14)+(X15+X16+X17)
=X1X3+X1X4+X2X3+X2X4+X5+X6+X7+X9+X9+X10+X11+X12+X13+X14+X15+X16+X17

计算可得该事故树共有17个最小割集,分别为:{X1X3}、{X1X4}、{X2X3}、{X2X4}、{X5}、{X6}、{X7}、{X8}、{X9}、{X10}、{X11}、{X12}、{X13}、{X14}、{X15}、{X16}、{X17},即导致湿式自动喷水灭火系统失效的基本事件共有17种。

2.3 事故树分析

可以看出,事故树的最小割集共17种,相对较多,说明系统存在较多的影响因素。尽管湿式自动喷水灭火系统是目前最有效的灭火系统之一,但也会因为各种各样的影响因素导致无法快速准确灭火[7]。影响湿式自动喷水灭火系统可靠性的基本事件较多也较为密集,需对其进行分类重点管理。

阀门关闭。结合实际应用情况,湿式自动喷水灭火系统阀门的人为关闭是造成系统失效的最重要因素。当管网的阀门由于损坏或人为原因关闭时,湿式自动喷水灭火系统将处于瘫痪状态,火灾时无法提供足够的水量及水压,导致错过初期火灾扑灭的最佳时间。

管网堵塞。根据自动喷水灭火系统相关规范,配水管道内外壁都应进行防腐处理。但在实际工程中为了节省开支,大部分管网采用普通钢管,未经防腐处理,长期使用后由于腐蚀或其他原因导致管网出现堵塞或破损等情况。

喷头堵塞。湿式自动喷水灭火系统由喷头出水进行灭火,当喷头堵塞时,系统必然无法提供灭火所需的水量及水压,导致系统失效。当喷头堵塞时,出水量及水压不足,出水时间可能会滞后错过最佳灭火时间,导致出水的覆盖范围不均,使水无法大量到达可燃物。

止回阀关闭不严。管路止回阀对系统状态有着重要影响,应引起充分重视,止回阀关闭不严会导致供水管网压力不足,令系统无法正常启动或流量与压力不足,无法达到灭火目的。

3 改进措施

根据湿式自动喷水灭火系统存在的问题,需进行改进,确保其高效可靠。改进措施主要包括以下两个方面。

3.1 系统维护

为了保证湿式自动喷水灭火系统始终处于正常的工作状态并在火灾时能够迅速启动并有效扑灭或控制火势,对其日常维护管理就显得十分重要。系统日常管理与维护主要包括以下几个方面:①喷头管理与维护。定期对喷头进行检查,发现喷头漏水、被腐蚀、玻璃球变色、玻璃球内液体数量减少等现象时应进行维护或更换。发现喷头有积滞的尘埃覆盖时,及时清除,以免影响喷头动作。发现喷头周围有影响喷头动作及阻碍水到达可燃物的障碍物时应及时清除。②水源与供水设施管理及维护。指定人员定期对消防水池、高位消防水箱等消防设备的水位及消稳压设备状态进行检查。定期对消防设备及消防水源的供水能力进行检测,保证其满足系统要求。③报警阀组的管理与维护。定期对报警阀组进行外观检查及功能测试,检查各组件工作是否正常,如不能正常工作应及时维修。④管路管理与维护。定期检查清理设置在消防水箱出水管、喷淋泵或稳压泵吸水管上的过滤器,发现杂质较多时及时检查止回阀工作状态,检测到止回阀关闭不严时及时清理管路杂质,保证其正常工作[8]。⑤阀门的定期检查。定期对阀门进行检查维护,确保阀门可靠有效,防止阀门误开误关及损坏。

3.2 制度管理

加强监督检查。检查过程中,监督检查人员应及时发现系统存在的问题,加强跟踪回访,确保整改落实到位。此外,自动喷水灭火系统应定期进行检查维护,但部分单位对此并不重视,导致自动喷水灭火系统长期带病运行。应由消防技术服务机构每年进行一次全面检查及测试,发现问题及时处理。

加强日常检查巡查。使用单位应对系统中的关键部位做好巡查,如阀门、报警阀组、高位水箱及稳压装置、消防水泵房及末端试水装置等,定期进行外观检查及性能测试[9]。检查、巡查要做好记录,落实好日检、周检、月检、年检制度,其中月检和年检要对系统内的每个关键部位做仔细检查,发现问题及时汇报给管理人员并进行维修。

加强消防安全培训。消防控制室值班操作人员必须持证上岗,定期开展消防安全培训,确保其熟练掌握消防设施操作方法,一旦发现火灾,能够迅速启动各类消防设施,避免延误最佳灭火时机。