CN105169607A - 增压下加温的活化水喷雾装置 - Google Patents

Abstract

一种增压下加温的活化水喷雾装置，包括加水管路、喷射管路、加压管路、PLC控制系统及连接有液位报警装置、加热装置、安全阀和第二压力变送器的高压高温罐体，加水管路、加压管路及喷射管路均与罐体连接相通，加水管路、加压管路、喷射管路、加热装置、液位报警装置及第二压力变送器均与PLC控制系统电连接。本发明不必将水流加压到8～12MPa后喷射，系统管路承压较低，能形成颗粒极细、不会迅速沉降的细水雾，能避免高压喷射情况下的氧气被卷吸入火场，避免管路结冰，有效提高水雾消防能力，降低水雾灭火装置成本，且能简便地调节和选择“水雾”的最佳参数，并能安全可靠地获知罐体内的液位作为报警，从而防止液位过低而无法喷射或使得加热装置干烧。

Description

增压下加温的活化水喷雾装置

技术领域：

本发明涉及一种水喷雾装置，特别是涉及一种增压下加温的活化水喷雾装置。

背景技术：

为提高灭火过程中水的使用率并尽量减少水头损失，目前常规水喷雾装置一般采用高压泵增压后喷射水雾射流，以此来改善水的灭火性能。但该类设备存在以下四个明显不足：1、高速水雾射流会向火源处输送强大的气流，气流中的氧气会助燃，如果水雾射流的力度不够大或不能喷射到火源中心，非但无法扑灭火反而可能会加速其燃烧；2、无法形成稳定的、能应对各种情况并能保证全面灭火的“水雾”；3、冬天温度过低时，水带和水枪会快速结冰；4、承压水带较短，用于输送水雾射流的消防水枪数量有限，其原因是压力较高时，管路不能过长，且不能同时并联使用多个喷枪。有效规避上述问题并改善水的灭火性能，是采用水雾灭火面临的新问题。

根据水的压温曲线，当水在约1.55MPa压力下，其沸腾温度由正常大气压力(101.325kPa)下的100℃上升为约200℃，此时，在专用热交换器中加热到160～170℃的水并未沸腾，将其喷射到大气中，会在一定时间内处于一种特殊的亚稳定状态，这种特殊的亚稳定状态是喷射未沸腾的水产生的，这种温度下的溶解度比较高，虽然喷射即沸腾，但其溶解度状态仍能维持一段时间，其硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐及其他合成物的溶解能力会提高，能长时间地滞留大量的溶解物质(超过300～500倍)且酸性会极大增强。这就是热活化水。热活化水不必向消防水枪施加高压，可以在不增加额外添加物的同时改善水的流动性能。

喷射热活化水时，喷枪内的压力会在极短时间内降到大气压，几乎在瞬间水就会沸腾，其中一部分热活化水会变成蒸汽(可达30％)，其他水则碎裂成直径为1～5μm的雾滴，形成的空气、蒸汽、雾滴混合射流，即热活化水射流。热活化水射流会沾在障碍物表面而不降落，在垂直和水平方向也不沉降。这种特性使得它具有如下优点：1、水的快速蒸发能有效降低火场温度；2、大面积的覆盖有助于沉降燃烧时释放出的有毒烟气，并可置换空气起到“窒息”作用；3、直径小于10μm的水雾很久不会降落，可通过向火场对流处喷射起到穿透火场或阻隔大部分障碍物的作用；4、高温水充满的水带和水枪自燃就不用担心结冰的问题；5、热活化水是在正常大气压力下喷射的，因此不但可以使用较长的水管，而且还可以同时使用多个喷枪。

尽管热活化水射流方式解决了目前常规水喷雾装置在实际使用中存在的不足，但是如何调节和选择“水雾”的最佳参数，比如最佳喷射角度、最佳有效喷射距离及最佳的最大喷射距离等喷雾参数，以及在高温高压下如何观察罐体内的液位作为报警的依据是热活化水射流方式两个需要解决的难题。常规的加压获得喷射雾化的方式，很难使液滴达到1～5μm的粒径，且其喷射初始动量过大，如何在压力与喷雾之间寻优，目前较难解决。另外，采用简易的目镜会有爆裂危险，而常用的液位报警装置，如浮球式或液位浮子式，虽然可以防止液位过低而无法喷射或使得加热装置干烧，但是浮球式液位报警装置容易被压扁或者压爆，液位浮子式则无法承压，两者使用效果均不佳。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，提供一种不必将水流加压到8～12MPa后喷射，系统管路承压较低，可以形成颗粒极细、不会迅速沉降的细水雾，能够避免高压喷射情况下的氧气被卷戏如火场，避免管路结冰，有效提高水雾的消防能力，降低水雾灭火装置的成本，且可以简便地调节和选择“水雾”的最佳参数的增压下加温的活化水喷雾装置。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的增压下加温的活化水喷雾装置，它包括加水管路、喷射管路和液位报警装置，其中，该增压下加温的活化水喷雾装置还包括加压管路、PLC控制系统以及连接有加热装置、安全阀和第二压力变送器的高压高温罐体，加水管路、加压管路、喷射管路和液位报警装置均与高压高温罐体连接相通，加水管路、加压管路、喷射管路、加热装置、液位报警装置以及第二压力变送器均与PLC控制系统电连接。

采用上述结构后，与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：不必将水流加压到8～12MPa后喷射，系统管路承压较低，可以形成颗粒极细、不会迅速沉降的细水雾。因为产生大量细液滴而使初始动量消耗较多卷吸作用极大衰减，避免高压喷射情况下的氧气被卷戏如火场，纯粹灭火而非部分灭火部分助燃；雾滴较细，蒸发吸热更充分且覆盖范围更广，灭火效果更好。能够避免管路结冰，有效提高水雾的消防能力，降低水雾灭火装置的成本。与此同时，本发明可通过喷射初始压力的调节、加热温度的调节、喷射初始压力与加热温度的联合调节等三种方式，根据压力与温度的要求，调整雾滴参数，二维的混合调节作用和效果明显优于单纯的压力调节参数，从而进行喷雾参数的寻优(喷射角度、有效喷射距离及最大喷射距离等喷雾参数的获取)，即可以简便地调节和选择“水雾”的最佳参数。

作为改进，本发明所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其中，加水管路包括通过管路依次连接相通的流量计、手动进液阀、过滤器以及进液口，流量计与高压高温罐体连接相通，流量计与PLC控制系统电连接。

作为改进，本发明所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其中，加压管路包括通过管路依次连接相通的氮气钢瓶、第一压力变送器、减压阀、第一电磁阀以及手动泄压阀，第一电磁阀与高压高温罐体连接相通，第一电磁阀和第一压力变送器均与PLC控制系统电连接。

作为改进，本发明所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其中，喷射管路包括通过管路依次连接相通的喷枪、第三压力变送器、带压力显示调压阀以及第二电磁阀，第二电磁阀与高压高温罐体连接相通，第三压力变送器和第二电磁阀均与PLC控制系统电连接。

作为改进，本发明所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其中，加热装置包括第一温度传感器、第二温度传感器以及多根位于高压高温罐体内的电加热管，第一温度传感器、第二温度传感器及电加热管均与PLC控制系统电连接，第一温度传感器位于高压高温罐体上部，第二温度传感器位于高压高温罐体下部，第二温度传感器位置低于电加热管的位置。上部的第一温度传感器与下部的第二温度传感器作用略有不同，由于下部的第二温度传感器的位置低于电加热管的位置，因此第二温度传感器肯定接触到的是液体，从而作为水温的基准判断；上部的第一温度传感器作为水温的辅助判断兼液位辅助判断，当高压高温罐体内的水能浸没上部的第一温度传感器时，上、下部水的温度传感器相差不大，因为水未沸腾，所以对流效应不明显，但水传热使得上下温差不大。而当水未浸到上部的第一温度传感器时，则两者温差较大，因为空气传热效果不如水，此时即可起到液位辅助判断的作用。

作为改进，本发明所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其中，液位报警装置采用的是振动拨叉式液位开关，振动拨叉式液位开关与高压高温罐体连接相通，并与PLC控制系统电连接。采用振动拨叉式液位开关作为液位报警装置既可避免被压扁或者压爆，又能承受一定压力，因此能够安全可靠地获知罐体内的液位作为报警，从而防止液位过低而无法喷射或使得加热装置干烧。

作为改进，本发明所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其中，高压高温罐体上设有氮气入口接口、进液接口、第一温度传感器接口、第二温度传感器接口、液位开关接口、电加热管接口以及喷射接口，氮气入口接口与第一电磁阀连接相通，进液接口两端分别与流量计和进液管连接相通，第一温度传感器接口和第二温度传感器接口分别连接第一温度传感器和第二温度传感器，液位开关接口与振动拨叉式液位开关连接相通，电加热管接口连接电加热管，喷射接口与第二电磁阀连接相通，第一温度传感器接口和第二温度传感器接口分别位于高压高温罐体上部和下部，喷射接口位于高压高温罐体下部，液位开关接口的位置高于电加热管接口，第二温度传感器接口位置低于电加热管接口，喷射接口的位置低于电加热管接口，高压高温罐体底部设有排污口，排污口连接有排污阀，进液管一端插入在高压高温罐体的内腔底部。液位开关接口(液位开关)高于电加热管，是给喷射时或加热时预留一个提前量，即使互锁也不能保证绝对完全，需要再加一个保险。喷射接口低于电加热管接口，是为了尽可能地多喷射罐内水，提高使用效率。进液管低于喷射接口，是防止喷枪空吸(误触发时)，进液管可以直接插到罐底，确保进水时水位严格从罐底均匀上升。

作为改进，本发明所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其中，液位开关接口的位置高于电加热管接口4～6cm，喷射接口的位置低于电加热管接口4～6cm，进液管底部低于喷射接口4～6cm。4～6cm的距离差距便于本发明的安装、检修方便。

附图说明：

图1是本发明增压下加温的活化水喷雾装置的原理图；

图2是本发明增压下加温的活化水喷雾装置中的高压高温罐体的结构示意图；

图3是本发明增压下加温的活化水喷雾装置的控制信号示意图；

图4是本发明增压下加温的活化水喷雾装置的逻辑控制示意图。

具体实施例：

下面结合附图和具体实施例对本发明增压下加温的活化水喷雾装置作进一步说明：

如图1所示，本发明增压下加温的活化水喷雾装置包括加水管路、加压管路、喷射管路、PLC控制系统21以及连接有加热装置、液位报警装置、安全阀6和第二压力变送器7的高压高温罐体8。加水管路包括通过管路依次连接相通的流量计9、手动进液阀10、过滤器11以及进液口12，流量计9与PLC控制系统21电连接。加压管路包括通过管路依次连接相通的氮气钢瓶1、第一压力变送器2、减压阀3、第一电磁阀4以及手动泄压阀5，第一电磁阀4和第一压力变送器2与PLC控制系统21电连接。喷射管路包括通过管路依次连接相通的喷枪13、第三压力变送器14、带压力显示调压阀15以及第二电磁阀16，第三压力变送器14和第二电磁阀16均与PLC控制系统21电连接。加热装置包括第一温度传感器17、第二温度传感器以及多根位于高压高温罐体8内的1～2kW功率的电加热管19，其中，4/5个数的电加热管19用于罐内水的迅速加热，1/5个数的电加热管19用于罐内温度的微调与保持。第一温度传感器17、第二温度传感器18及电加热管19均与PLC控制系统21电连接，第一温度传感器17位于高压高温罐体8上部，第二温度传感器18位于高压高温罐体8下部，第二温度传感器18位置低于电加热管19的位置。液位报警装置采用的是振动拨叉式液位开关20，所述振动拨叉式液位开关20与高压高温罐体8连接相通，并与PLC控制系统21电连接。

如图2所示，高压高温罐体8上设有氮气入口接口22、进液接口23、第一温度传感器接口24、第二温度传感器接口25、液位开关接口26、电加热管接口27以及喷射接口28。第一电磁阀4通过氮气入口接口22与高压高温罐体8连接相通，进液接口23与进液管30连接相通，流量计9通过进液接口23与高压高温罐体8连接相通。第一温度传感器接口24和第二温度传感器接口25分别连接第一温度传感器17和第二温度传感器18，液位开关接口26与振动拨叉式液位开关20连接相通，电加热管接口27连接电加热管19，第二电磁阀16通过喷射接口28与高压高温罐体8连接相通。第一温度传感器接口24和第二温度传感器接口25分别位于高压高温罐体8上部和下部，喷射接口28位于高压高温罐体8下部。液位开关接口26的位置高于电加热管接口27的位置为4～6cm，喷射接口28的位置低于电加热管接口27的位置为4～6cm。高压高温罐体8底部设有排污口29和支撑柱31，排污口29连接有排污阀33，高压高温罐体8顶部设置有吊耳32。进液管30一端插入在高压高温罐体8的内腔底部，进液管30底部低于喷射接口28的位置为4～6cm。

如图3所示，本发明增压下加温的活化水喷雾装置采用触摸屏+PLC控制方式，触摸屏与PLC控制系统21之间通过RS485接口进行通讯。设备通电后，触摸屏进行相应参数设置，发出指令，PLC控制系统21接收指令后按程序执行相应动作。

PLC控制系统21的开关量输入输出控制包括：输出加热一、加热二、......加热n(第n个加热通过PID计算输出控制)，加压电磁、喷射电磁以及报警，液位信号、流量信号及急停信号输入。输出加热一、加热二、......加热n分别与多根电加热管19对应，加压电磁与第一电磁阀4对应，喷射电磁与第二电磁阀16对应，液位信号与振动拨叉式液位开关20对应，流量信号与流量计9对应，急停信号与PLC控制系统21中的电气控制面板上的急停按钮(图中未示出)对应，报警与PLC控制系统21中的报警器(图中未示出)对应。

PLC控制系统21中的模拟量模块输入数据包括：4-20mA模拟量输入分别为氮气压力、罐体压力、喷射压力。PT100模拟量输入分别为温度一、温度二。氮气压力对应第一压力变送器2，罐体压力对应第二压力变送器7，喷射压力对应第三压力变送器14，温度一对应第一温度传感器17，温度而对应第二温度传感器18。

如图4所示，本发明增压下加温的活化水喷雾装置的工作过程包括：

1、前期准备：包括高压高温罐体8内上下限压力、氮气钢瓶1压力、排气压力及加热温度设定。

2、加水：进液口12连接水源，手动打开手动进液阀10，自来水即流入高压高温罐体8内，流量计9可计算注入水的体积，当总补水量达到设定值后，关闭手动进液阀10。

3、加压：打开第一电磁阀4，氮气钢瓶1内压力约为15MPa的氮气即流入高压高温罐体8内，调节减压阀3可设定高压高温罐体8内的压力，当高压高温罐体8内的压力达到设定值(一般小于1.6MPa)后，第一电磁阀4关闭，当高压高温罐体8内压力高于试验的期望值时，手动打开手动泄压阀5，即可进行减压，达到期望值时，关闭手动泄压阀5。

4、加温：电加热管19开启，将高压高温罐体8内水加热至设定温度，电加热管19由多根AC380V/1～2kW功率的电加热管19，其中，4/5个数的电加热管19用于高压高温罐体8内水的迅速加热，1/5个数的电加热管19用于高压高温罐体8内温度的微调与保持。振动拨叉式液位开关20的作用是确保高压高温罐体8内水位能将电加热管19浸没，防止干烧。电加热管19与振动拨叉式液位开关20的电信号互锁。高压高温罐体8内水位下降至设定值时，振动拨叉式液位开关20给PLC控制系统21一个电信号进行报警，提醒需进液。

5、喷射：当高压高温罐体8内的水达到设定的温度和压力时，即可进行喷射，打开第二电磁阀16，喷枪13即将高压高温罐体8内的高温高压水喷出。

6、调压喷射：喷射过程中/喷射前，手动调节带压力显示调压阀15，可调节/预设喷枪13出口的喷射压力。

7、喷雾参数寻优：可通过喷射初始压力的调节、加热温度的调节、喷射初始压力与加热温度的联合调节等三种方式，进行喷雾参数的寻优(喷射角度、有效喷射距离及最大喷射距离等喷雾参数的获取，结合本申请人另案申请的名称为《喷雾参数测试装置》的发明专利申请)。

8、紧急停运：遇紧急情况时，按下PLC控制系统21的电气控制面板上的急停按钮(图中未示出)，此时，第一电磁阀4和第二电磁阀16关闭，电加热管19停止加热，报警提示手动打开手动泄压阀5。

9、清洗与排污：试验次数增多或水质不佳均容易造成高压高温罐体8内底部的杂质沉淀，在停机状态下，打开排污阀18，可将杂物排出高压高温罐体8。辅以打开进液阀10，可对高压高温罐体8进行清洗。

10、罐内压力保持：当高压高温罐体8内压力减小至设定值时，系统提示补充氮气。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种增压下加温的活化水喷雾装置，它包括加水管路、喷射管路和液位报警装置，其特征在于：该高温下加压的活化水喷雾装置还包括加压管路、PLC控制系统(21)以及连接有加热装置、安全阀(6)和第二压力变送器(7)的高压高温罐体(8)，所述加水管路、加压管路、喷射管路和液位报警装置均与高压高温罐体(8)连接相通，所述加水管路、加压管路、喷射管路、加热装置、液位报警装置以及第二压力变送器(7)均与PLC控制系统(21)电连接。

2.根据权利要求1所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其特征在于：所述加水管路包括通过管路依次连接相通的流量计(9)、手动进液阀(10)、过滤器(11)以及进液口(12)，所述流量计(9)与高压高温罐体(8)连接相通，所述流量计(9)与PLC控制系统(21)电连接。

3.根据权利要求1所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其特征在于：所述加压管路包括通过管路依次连接相通的氮气钢瓶(1)、第一压力变送器(2)、减压阀(3)、第一电磁阀(4)以及手动泄压阀(5)，所述第一电磁阀(4)与高压高温罐体(8)连接相通，所述第一电磁阀(4)和第一压力变送器(2)均与PLC控制系统(21)电连接。

4.根据权利要求1所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其特征在于：所述喷射管路包括通过管路依次连接相通的喷枪(13)、第三压力变送器(14)、带压力显示调压阀(15)以及第二电磁阀(16)，所述第二电磁阀(16)与高压高温罐体(8)连接相通，所述第三压力变送器(14)和第二电磁阀(16)均与PLC控制系统(21)电连接。

5.根据权利要求1所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其特征在于：所述加热装置包括第一温度传感器(17)、第二温度传感器(18)以及多根位于高压高温罐体(8)内的电加热管(19)，所述第一温度传感器(17)、第二温度传感器(18)及电加热管(19)均与PLC控制系统(21)电连接，所述第一温度传感器(17)位于高压高温罐体(8)上部，所述第二温度传感器(18)位于高压高温罐体(8)下部，所述第二温度传感器(18)位置低于电加热管(19)的位置。

6.根据权利要求1所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其特征在于：所述液位报警装置采用的是振动拨叉式液位开关(20)，所述振动拨叉式液位开关(20)与高压高温罐体(8)连接相通，并与PLC控制系统(21)电连接。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其特征在于：所述高压高温罐体(8)上设有氮气入口接口(22)、进液接口(23)、第一温度传感器接口(24)、第二温度传感器接口(25)、液位开关接口(26)、电加热管接口(27)以及喷射接口(28)，所述氮气入口接口(22)与第一电磁阀(4)连接相通，所述进液接口(23)两端分别与流量计(9)和进液管(30)连接相通，所述第一温度传感器接口(24)和第二温度传感器接口(25)分别连接第一温度传感器(17)和第二温度传感器(18)，所述液位开关接口(26)与振动拨叉式液位开关(20)连接相通，所述电加热管接口(27)连接电加热管(19)，所述喷射接口(28)与第二电磁阀(16)连接相通，所述第一温度传感器接口(24)和第二温度传感器接口(25)分别位于高压高温罐体(8)上部和下部，所述喷射接口(28)位于高压高温罐体(8)下部，所述液位开关接口(26)的位置高于电加热管接口(27)，所述第二温度传感器接口(25)位置低于电加热管接口(27)，所述喷射接口(28)的位置低于电加热管接口(27)，所述高压高温罐体(8)底部设有排污口(29)，所述排污口(29)连接有排污阀(33)，所述进液管(30)一端插入在高压高温罐体(8)的内腔底部。

8.根据权利要求7所述的增压下加温的活化水喷雾装置，其特征在于：所述液位开关接口(26)的位置高于电加热管接口(27)4～6cm，所述喷射接口(28)的位置低于电加热管接口(27)4～6cm，所述进液管(30)底部低于喷射接口(28)4～6cm。