如何維護高性能的灑水滅火系統?

如何維護高性能的灑水滅火系統?

長期以來,灑水滅火裝置被認為是能讓生命財產不受火災毀滅性影響的重要工具,其在應用上已超過百年的歷史。不過隨著安全意識高漲,促使建築物符合安全與可靠的要求與日俱增,灑水滅火系統在益加廣泛應用及持續演進的安裝環境中,必須滿足更高的安全性能。同時,持續地監督與評估安全標準所涵蓋的構造和性能亦為必要手段。


考量旗下安全標準必須與時俱進,UL 通常會將新發展的技術及其在現場使用環境中的性能表現,納入標準制定時的考慮,以適時衡量是否須針對產品要求或安裝標準進行修訂。事實上,UL 近十多年來,已就高度運用的灑水滅火系統產品研議出若干的改善方針,並更積極提高產品的性能要求。

灑水頭標準和要求
綜觀全球,各標準組織皆訂有個別的灑水頭產品標準。如 ISO 的新版國際標準《ISO 6182-1 消防 - 自動灑水滅火系統 - 第 1 部分:灑水頭要求及測試方法1 》和《ISO 6182-10 消防 -自動灑水滅火系統 - 第 10 部分:家用灑水頭要求及測試方法2 》;以英文發布的灑水頭歐洲標準為《BS EN12559-1 固定消防系統 - 灑水頭與淋水系統零組件 - 第 1 部分:灑水頭3 》…等。UL 亦出版了數本灑水滅火系統產品相關標準,其中主要的三本標準為:

 - ANSI/UL 1994 消防自動灑水頭標準
 - ANSI/UL 16265 住宅用消防灑水頭標準
 - ANSI/UL 17676 早期抑制快速反應消防灑水頭標準

UL 標準所涉及的灑水頭安裝要求通常是根據美國認可的安裝標準 (美國國家消防協會 (NFPA) 出版),包括《NFPA 137 自動灑水滅火系統安裝標準》、《NFPA 13D8 單戶及雙戶居室和廠房自動灑水滅火系統安裝標準》、及《NFPA 13R9 低層住宅自動灑水滅火系統安裝標準》;而針對灑水滅火系統檢驗、測試及維護的 NFPA 2510 標準,則為用於評估自動灑水滅火系統的全面性要求,以確定產品保持預期的設計效能。

由於灑水滅火系統業者普遍意識到產業在過去 20 年內蓬勃發展且不斷有新技術導入,如廣泛使用的 K 係數倉儲灑水頭。鑒於產品標準保有技術更新至關重要,因此 UL 標準融入幾項更新要求,期望提高灑水頭在現場環境中的通用操作性能。

 - 防漏防裂測試
 - 振動耐受
 - 抗衝擊性
 - 粗暴使用
 - 灑水頭控制火場或抑制火場能力評估測試
 - 銅合金及不鏽鋼組件的應力腐蝕測試
 - 各溫度等級的高溫暴露測試
 - 樣本暴露於鹽霧、硫化氫及二氧化碳-二氧化硫環境的一般腐蝕測試
 - 樣本暴露於 93°C (200°F)、98% 相對濕度環境下的耐環境測試

儘管上述的測試項目極具挑戰性,但確保灑水頭發揮預期的安全功效等種種環節中,最重要的仍是必須持續監控灑水頭在現場實際使用環境中的性能。

UL 灑水頭標準修訂實例探討
根據業主、灑水頭承包商、法規監管機關及其他相關單位的記錄報告,灑水頭運作性能的兩大關鍵領域於 21 世紀初期已被確立,而 UL 在此同時即針對不同安裝場所中的許多樣本進行測試,以有本可據地強化前述論述:水密封組件釋放以及避免過早 (意外) 啟動灑水頭運作的結構和性能要求。UL 採用的測試詳情如下:

水密封組件釋放 (Release of Water Seal Assembly) ── 至 1960 年代初期前,@0:灑水頭的防漏主要是透過金屬壓封的使用,常見做法是使用銅墊片。不過特氟龍 (PTFE) 薄膜墊圈的錐形彈簧已成為現今最常見的灑水頭防漏方式。《圖一》為多年來常用的水密封結構原理圖。

到了 1990 年代末期,UL 已從現場安裝的抽樣,對大量採用 O 型密封圈 (O-ring Sealed) 的灑水頭執行作動測試。

水密封銅墊片
(Copper Gasket
Water Seal)
特氟龍水密封墊片的錐形彈簧
(Conical Spring with Teflon
Gasket Water Seal)
徑向 O 型密封圈
(Radial O-ring
Water Seal)
擠壓式 O 型密封圈
(Crush O-ring
Water Seal)

注意:O 型密封圈組件與灑水頭噴口間的環隙較小
《圖一》多年常用的灑水頭密封設計結構原理圖

UL 對於大多數不同安裝地點的所有樣本均按預期進行作動功能,然後在部份場所,則刻意讓所有樣本遭受升高的作動壓力。結果顯示:大量採用動態 O 型密封圈的灑水頭,必須提高灑水頭的入口壓力以釋放水密封,才能順利進行灑水;同時實際模擬的某些情況下,即使對入口施加 6.8 bar (100 psig) 的壓力,O 型密封圈仍無法釋放。

由於 O 型密封圈可應用在乾式和濕式灑水頭,因此 1970 年至 2000 年初期生產的乾式灑水頭多採用 O 型密封圈。不過除了一些少數的狀況,在嚴峻環境條件下的自動灑水頭通常會採用乾式灑水頭,特別是在溫濕度及易腐蝕的多變環境下,如停車棚、停車場、裝貨碼頭、戶外帳篷及走道等。UL 透由無數個 O型密封圈乾式灑水頭的作動測試,發現約 50% 的灑水頭會因水密封元件不按預期方式的釋放,而影響了正常作動。

再進一步分析實地安裝的乾式和濕式灑水頭樣本,則可觀察到灑水頭入口處可能會殘留有相當程度且無法確定的材料和化學物,其可能是
各種油類、表面活性劑、水處理相關的化學物及管道密封化合物、硬水沉澱物、沙子、灰塵…等。而這些材料與化學物皆是加速灑水頭作
動零組件的腐蝕,並影響正常作動的潛在因素。UL 歸納了四個影響灑水頭正常作動的關鍵因素:

 - 作動零組件之間的縫隙內累積了腐蝕物和其他雜物
 - O 型材料轉移 (黏附) 至扣合密封面
 - 脫鋅
 - 穿過 O 型密封圈的微滲漏流到無側所導致的腐蝕和沉積

為解決上述疑慮,UL 於 2001 年更新灑水頭標準,尤其針對提高水密封元件啟動性能要求,修訂的結果如《表一》摘錄。




 

 

UL 灑水頭標準修訂:加強作動特性

 

2001 年的修

更新要求的基本原理

碳氫化合物和水浸暴露

在現場抽樣的灑水頭入口發現嚴重的碳氫化合物和水沉澱:要求灑水頭在這些暴露後仍能按預期作動。

動態 型密封圈的使用

禁忌

導致 O 型圈密封灑水頭內作動壓力升高的主因為:1) 作動零組件之間的較小環隙內有腐蝕物和其他沉積物的堆積;2) O 型圈材料轉移(黏附至扣合表面;3) 穿過 O 型密封圈的微洩漏導致產生沉澱 (圖一》正說明了與 O 型圈密封灑水頭相關之較小的典型環隙)

 2003 年起,這種水密封已不能用在 UL 認證的灑水頭上。

乾式灑水頭沉積測試

乾式灑水頭可安裝在嚴峻環境下,但內部作動零組件可看到腐蝕性沉積。在此一暴露後,灑水頭應按預期作動。

脫鋅測試

一些現場安裝的灑水頭必須執行脫鋅測試,其可選擇性地去除銅合金中的鋅。脫鋅作用會降低灑水頭部件的蓄壓能力,並可能引起洩漏、結構不完整或作動受限。不過此測試可確定抗脫鋅的最低要求,並可適用於所有含鋅量超過 15% 的銅合金材料 (暴露在自動噴水滅火系統)

 

《表一》UL 於 2001 年針對提高水密封元件作動性能要求所進行的修訂摘錄

灑水頭抗過早運作性能 (Resistance to Premature Sprinkler Operation) ── UL @0:在 2000 年初期收到許多關於灑水頭無明顯操作行為,卻出現灑水現象的現場報告,其統稱為「灑水頭過早運作」。在此類問題中,最受關注的焦點,多在冷凍設備內安裝的乾式灑水頭及玻璃球灑水頭。

安裝在冷凍設備內的乾式灑水頭,會因內外部堆積的冰塊對作動零組件施加過度應力。由於灑水頭外部可能會堆積冰塊,故正確安裝灑水頭十分重要,特別是安裝乾式灑水頭的孔應有適當阻絕和密封。假若灑水頭和冷凍設備之間的環隙未適當密封,則灑水頭周圍即會因進入冷凍設備的濕熱空氣冷凝而有大量冰塊的形成。不過這些情況在定期的系統檢驗中並不難察覺。

根據相同的空氣運動原理,若灑水頭水密封元件和加長接管連接處未完全密封,則其外部亦可能堆積冰塊。為防止灑水頭內空氣交換及因此形成的冰塊堆積,UL 的灑水頭標準即要求在連接處應徹底密封。有關冷凍設備中安裝乾式灑水頭的更多詳細資訊,可參閱《技術分析:乾式灑水頭的使用和維護11 》專文。

除此之外,灑水頭的玻璃球幾十年來皆被用作感溫元件,但其於近幾年中被微型化,以強化火災情況的靈敏度。就灑水頭的壽命週期及使用慣性而言,造成玻璃球損壞或發生應力超載的情況很多,《圖二》顯示了在產品一般生命週期時,玻璃球感溫元件損壞的幾種潛因,及灑水頭過早運作的原因。

為因應製造過程中會發生的潛在性損壞,UL 即在灑水頭標準納入此項目:在灑水頭組裝完成並在工廠進行所有製程的測試後,再確認玻璃球的完整性。該要求對於灑水頭在出廠時無損且玻璃球功能完全正常方面,提供了一定程度的保障。除此之外,為避免灑水頭出廠後的種種運送過程對玻璃球造成潛在損壞,UL 亦在更新的標準中要求所有玻璃球灑水頭均應安裝防護殼。

持續維持系統的高效能
安全標準要求的及時更新確實刻不容緩,如此才能使標準切中問題以實現維護安全的最終目標。在 UL 灑水頭標準首次納入前述的要求時,消防領域的方利益相關者皆能意識採用更新要求的重要性。另本文所述的大部分增訂要求亦被納入最新版的 ISO 6182-11和 ISO 6182-102。
歷經時間的考驗,灑水滅火系統已經證明在財產的保護與生命安全上效果卓越,其在整體的效能亦須持續保有高度的水準。藉由執法單位、保險業、設計端、安裝人員、製造商、標準發展組織、認證機構及其他各方的警覺和合作,即使火災挑戰和安裝環境不斷演變,自動灑水滅火系統的安全性能依然能夠被加以維持並強化。藉由持續推廣灑水滅火系統的使用層面,將其視為一種防護工具,將讓我們所處的生活場所更加安全有保障。

本文參考文獻
1 瑞士日內瓦的國際標準組織:《ISO 6182-1 消防 - 自動灑水滅火系統 - 第 1 部分:灑水頭要求及測試方法》,2014 年 1 月 15 日第三版。
2 瑞士日內瓦的國際標準組織:《ISO 6182-10 消防 - 自動灑水滅火系統 - 第 10 部分:家用灑水頭要求及測試方法》,2014 年 5 月 15 日第三版。
3 英國倫敦的英國標準協會:《BS EN 12559-1 固定消防系統 - 灑水頭與淋水系統零組件 - 第 1 部分:灑水頭》。
4 美國伊利諾州諾斯布魯克的 UL:《ANSI/UL 199 消防自動灑水頭標準》,2013 年。
5 美國伊利諾州諾斯布魯克的 UL:《ANSI/UL 1626 住宅用消防灑水頭標準》,2012 年。
6 美國伊利諾州諾斯布魯克的 UL:《ANSI/UL 1767 早期抑制快速反應消防灑水頭標準》,2013 年。
7 美國麻州昆西的美國國家消防協會:《NFPA 13 自動灑水滅火系統安裝標準》,2013 年。
8 美國麻州昆西的美國國家消防協會:《NFPA 13D 單戶及雙戶居室和廠房自動灑水滅火系統安裝標準》,2013 年。
9 美國麻州昆西的美國國家消防協會:《NFPA 13R 低層住宅自動灑水滅火系統安裝標準》,2013 年。
10 美國麻州昆西的美國國家消防協會:《NFPA 25 灑水滅火系統檢驗、測試及維護標準》,2014 年。
11 美國賓州 Lansdale 的《Tyco Fire & Building Products》James Golinveaux 撰寫:《技術分析:乾式灑水頭的使用和維護》,2002 年。

 

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