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七氟丙烷灭火系统设计问题探讨

作者:www.gstxf.com 文章来源:海湾消防 [ ]
七氟丙烷灭火系统是目前国内外较广泛使用的哈龙灭火系统替代产品。由于国家设计规范尚未正式出台,正在使用或参照使用的设计依据是广东省标准DBJ15-23-1999《七氟丙烷(HFC-227ea)洁净气体灭火系统设计规范》(以下简称"规范")。现根据"规范"内容,结合实际设计和产品的情况,对部分设计中常见的技术问题进行探讨。
 
    1储存容器内压力、喷头工作压力、喷头流量系数、系统管网的管道内容积
 
    上述设计参数在实际设计时,由于部分设计人员对系统了解程度的问题或生产厂提供的产品参数问题,常出现下列情况:
 
    (1)管网计算时,没有把管道的初始部分--汇流管计算进去,导致末端压力的计算值偏大;同时,忽略汇流管会使管网内容积计算值偏小。这两种偏差都可能会直接导致设计的重大偏差。
 
    末端压力(即喷头工作压力)计算值偏大,导致设计时选用的喷头孔径偏小,实际喷放灭火剂时间比设计值要长,既影响灭火效果,又会造成灭火过程中分解的有害产物增多;同时,该计算值如果达到"规范"中对喷头工作压力要求的临界值时,则说明该设计是不合理的,需要重新选择设计方案。
 
    管网内容积计算值偏小,不仅导致"过程中点"压力计算值偏大,影响喷头工作压力的计算值,而且会影响另一个设计合理性的判断因素--管网内容积与灭火剂储存容积的比值。尤其在组合分配系统的计算时,较小防护区能否参加组合,有没有计算汇流管容积,其结果可能完全不同(对于距离储瓶间较近的小防护区,汇流管容积有可能占管网内容积的50%或更多)。
 
    (2)喷头的选择,是由喷头流量、喷头工作压力及喷头流量系数来综合确定的。七氟丙烷与哈龙灭火剂(如哈龙"1211")的一个*的不同点是对增压氮气的溶解度不同,七氟丙烷对氮气的溶解度要大很多,而且储存压力越大溶解度越大。七氟丙烷灭火剂从储存容器喷入管网,压力逐步减小,溶解的氮气也逐步析出,导致七氟丙烷的流量发生变化。其结果是--喷头流量系数不是常数,而且即使喷头工作压力相同时,如果储存压力不同,喷头流量系数也不同。公安部天津消防研究所在开发研制ZYJ系列七氟丙烷灭火系统时,通过大量试验,绘制了JP系列喷头流量曲线,解决了该产品在选择喷头时的问题。
 
    需要注意的问题:部分生产厂提供的固定值的喷头流量系数是不科学的,会误导设计时的喷头选择。
 2防护区内实际灭火剂体积分数
 
    实际设计时,往往会忽略灭火剂喷入防护区后的实际体积分数。对于单元独立系统来说,灭火设计体积分数与实际灭火剂应相当。但对于组合分配系统,由于灭火剂储存量按照*防护区用量确定,如果储瓶充装率选择不当,可能会造成个别小防护区的实际灭火剂体积分数过大。例如:灭火设计体积分数为8%的小防护区的灭火设计用量相当于1.1瓶储瓶的灭火剂量时,只能喷放2瓶灭火剂,会导致实际灭火体积分数达15%左右。
 
    ISO14520和NFPA2001均指出:七氟丙烷的"未见不良反应体积分数"(NOAEL)为9%,"可见不良反应体积分数"(LOAEL)为10.5%。也就是说,实际灭火剂体积分数超过10.5%时,会危害到防护区内的人员人身安全。这就要求设计人员在实际设计时必须充分考虑各种因素,以满足既有效灭火,又保障防护区内人员的人身安全。
 
    现以公安部天津消防研究所深圳因特安全技术有限公司开发的ZYJ系列七氟丙烷洁净气体灭火系统为例,进行一个工程设计实例的详细计算。
 
    防护区名称:跟随式变电所。
 
    计算依据:DBJ15-23-1999。
 
    基本设计参数(见表1)
防护区面积 m2 防护区高度 m2 防护区容积 m2 海拔高度修正系数 灭火设计体积分数%
166.50 4.2 699.30 1 8.3
    (2)灭火剂设计用量
 
    经计算灭火剂设计用量为461.48
 
    (3)设定灭火剂喷放时间t
 
    取t=10s。
 
    (4)设定喷头布置与数量
 
    选用JP型喷头,保护半径R=5.0m,按防护区平面均匀布置喷头,见图1。
 
    (5)确定容器规格Vb
 
    根据W=461.48kg,初选Vb=100L的储瓶5只(且n=5)。
 (6)计算管道平均流量
 
    1)储瓶出流管流量Qp=W/(n×t)=9.23kg
 
    2)集流管流量Qs=W/t=46.15kg/s
 
    3)主干管流量Qw=W/t=46.15kg/s
 
    4)支管l流量Qgl=Qw/2=23.075kg/s
 
    5)支管2流量Qg2=Qgl/2=11.54kg/s
 
    (7)选择管道通径,依DBJ15-23-1999。
 
    (8)初选充装率η
 
    灭火剂储存量Ws=W+W1+ΔW1
 
    管网内剩余量AW2=0
 
    储存容器内剩余量ΔW1=n×3.5=17.5kg
 
    灭火剂储存量取479.0kg充装率η=Ws/(n×Vb)=958.0kg/m3
 
    (9)计算管网管道内容积Vp
 
    Vp=123.81dm3
 
    (10)计算七氟丙烷储存容积Vr
 
    Vr=Ws/γ=340.45dm3(七氟丙烷密度γ=1.407kg/dm3)
 
    Vp/Vr=36.37%,符合规范要求,故选择合理。
 
    (11)选择储瓶增压压力Po。
 
    因储瓶充装率较大,选用Po=4.3MPa(绝压)。
 
    (12)计算全部储瓶气相总容积Vo
 
    Vo=n×Vb×(1一η/γ)=0.160m3
 
    (13)计算"过程中点"储瓶内压力Pm
 
    Pm=Po×Vo/[Vo+W/(2γ)+Vp]=1.534MPa(绝压)
 
    (14)计算管路损失
 
    经计算,管路总损失P=0.401MPa,其中包括储瓶出流管、集流管的管路损失。
 
    (15)计算高程压头Ph
 
    喷头高度相对"过程中点"储瓶液面位差h=3.2m
 
    Ph=10-6×γ×H×g=0.044MPa
 
    (16)喷头工作压力Pc及验算
 
    Pc=Pm一(P士Ph)=1.089MPa(绝压)
 
    Pc≥0.5MPa(绝压)
 
    Pc≥Pm/2(绝压)
 
    皆符合规范要求。
 
    (17)核算喷头计算面积及确定喷头规格以Pc=1.089MPa,查产品说明书。
 
    喷头计算单位面积流量qc=2.05kg/(s·cm2)
 
    喷头平均流量Qc=11.54kg/s
 
    喷头计算面积Fc=Qc/qc=5.63cm2
 
    查产品说明书,选用JP-34型喷头4只。
 
    经上述计算验证:本防护区储瓶数为5只(100L),充装率为958kg/m3,灭火剂实际储存量为479kg选用JP-34型喷头4只。
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