七氟丙烷滅火系統(tǒng)
3.3.1
滅火設(shè)計(jì)濃度不應(yīng)小于滅火濃度1.3倍及惰化設(shè)計(jì)濃度不應(yīng)小于惰化濃度1.1倍的規(guī)定,是等同采用《氣體滅火系統(tǒng)—物理性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)》ISO14520及《潔凈氣體滅火劑滅火設(shè)計(jì)規(guī)范》NFPA2001標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
有關(guān)可燃物的滅火濃度數(shù)據(jù)及惰化濃度數(shù)據(jù),也是采用了《氣體滅火系統(tǒng)—物理性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)》ISO14520及《潔凈氣體滅火劑滅火設(shè)計(jì)規(guī)范》NFPA2001標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。
采用惰化設(shè)計(jì)濃度的,只是對有爆炸危險(xiǎn)的氣體和液體類的防護(hù)區(qū)火災(zāi)而言。即是說,無爆炸危險(xiǎn)的氣體、液體類的防護(hù)區(qū),仍采用滅火設(shè)計(jì)濃度進(jìn)行消防設(shè)計(jì)。
那么,如何認(rèn)定有無爆炸危險(xiǎn)呢?
首先,應(yīng)從溫度方面去檢查。以防護(hù)區(qū)內(nèi)存放的可燃、易燃液體或氣體的閃點(diǎn)(閉口杯法)溫度為標(biāo)準(zhǔn),檢查防護(hù)區(qū)的最高環(huán)境溫度及這些物料儲(chǔ)存(或工作)溫度,不高過閃點(diǎn)溫度的,且防護(hù)區(qū)滅火后不存在永久性火源、而防護(hù)區(qū)又經(jīng)常保持通風(fēng)良好,則認(rèn)為無爆炸危險(xiǎn),可按滅火設(shè)計(jì)濃度進(jìn)行設(shè)計(jì)。還需提請注意的是:對于撲救氣體火災(zāi),滅火前應(yīng)做到切斷氣源。
當(dāng)防護(hù)區(qū)最高環(huán)境溫度或可燃、易燃液體的儲(chǔ)存(或工作)溫度高過其閃點(diǎn)(閉口杯法)溫度時(shí),可進(jìn)一步再做檢查:如果在該溫度下,液體揮發(fā)形成的最大蒸氣濃度小于它的燃燒下限濃度值的50%時(shí),仍可考慮按無爆炸危險(xiǎn)的滅火設(shè)計(jì)濃度進(jìn)行設(shè)計(jì)。
如何在設(shè)計(jì)時(shí)確定被保護(hù)對象(可燃、易燃液體)的最大蒸氣濃度是否會(huì)小于其燃燒下限濃度值的50%呢?這可轉(zhuǎn)換為計(jì)算防護(hù)區(qū)內(nèi)被保護(hù)對象的允許最大儲(chǔ)存量,并可參考下式進(jìn)行計(jì)算:
式中 Wm—允許的最大儲(chǔ)存量(kg);
Cf—該液體(保護(hù)對象)蒸氣在空氣中燃燒下限濃度(%,體積比);
M—該液體的分子量;
K—防護(hù)區(qū)最高環(huán)境溫度或該液體工作溫度(按其中最大值,絕對溫度)
V—防護(hù)區(qū)的容積(m3)。
3.3.3
本條規(guī)定了圖書、檔案、票據(jù)及文物資料等防護(hù)區(qū)的滅火設(shè)計(jì)濃度宜采用10%。首先應(yīng)該說明,依據(jù)本規(guī)范3.2.1條,七氟丙烷只適用于撲救固體表面火災(zāi),因此上述規(guī)定的滅火設(shè)計(jì)濃度,是撲救表面火災(zāi)的滅火設(shè)計(jì)濃度,不可用該設(shè)計(jì)濃度去撲救這些防護(hù)區(qū)的深位火災(zāi)。
固體類可燃物大都有從表面火災(zāi)發(fā)展為深位火災(zāi)的危險(xiǎn);并且,在燃燒過程中表面火災(zāi)與深位火災(zāi)之間無明顯的界面可以劃分,是一個(gè)漸變的過程。為此,在滅火設(shè)計(jì)上,立足于撲救表面火災(zāi),并顧及到淺度的深位火災(zāi)的危險(xiǎn);這也是制定鹵代烷滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)國內(nèi)外一貫的做法。
如果單純依據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)—物理性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)》ISO14520標(biāo)準(zhǔn)所給出的七氟丙烷滅固體表面火災(zāi)的滅火濃度為5.8%的數(shù)據(jù),而規(guī)定上述防護(hù)區(qū)的最低滅火設(shè)計(jì)濃度為
7.5%,是不恰當(dāng)?shù)?。因?yàn)槟侵皇菃渭兊谋砻婊馂?zāi)滅火濃度,《氣體滅火系統(tǒng)—物理性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)》ISO14520標(biāo)準(zhǔn)所給出的這個(gè)數(shù)據(jù),是以正庚烷為燃料的動(dòng)態(tài)滅火試驗(yàn)為基礎(chǔ)的,它當(dāng)然是單純的表面火災(zāi),只能在熱釋放速率等方面某種程度上代表固體表面火災(zāi),而對淺度的深位火災(zāi)的危險(xiǎn)性,正庚烷火不可能準(zhǔn)確體現(xiàn)。
本條規(guī)定了紙張類為主要可燃物防護(hù)區(qū)的滅火設(shè)計(jì)濃度,它們在固體類火災(zāi)中發(fā)生淺度深位火災(zāi)的危險(xiǎn),比之其他可能性更大。撲滅深位火災(zāi)的滅火濃度要遠(yuǎn)大于撲滅表面火災(zāi)的滅火濃度;且對于不同的滅火浸漬時(shí)間,它的滅火濃度會(huì)發(fā)生變化,浸漬時(shí)間長,則滅火濃度會(huì)低一些。
制定本條標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),但七氟丙烷撲滅實(shí)際固體表面火災(zāi)的基本試驗(yàn)迄今未見國內(nèi)外有相關(guān)報(bào)道,無法借鑒。所以只能借鑒以往國內(nèi)外制定其它鹵代烷滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)數(shù)據(jù),它們對上述保護(hù)對象,其滅火設(shè)計(jì)濃度約取滅火濃度的1.7~2.0倍,浸漬時(shí)間大都取10min。故本條規(guī)定七氟丙烷在上述防護(hù)區(qū)的滅火設(shè)計(jì)濃度為10%,是滅火濃度的1.72倍。
3.3.4
本條對油浸變壓器室、帶油開關(guān)的配電室和燃油發(fā)電機(jī)房的七氟丙烷滅火設(shè)計(jì)濃度規(guī)定宜采用9%,是依據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)—物理性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)》ISO14520標(biāo)準(zhǔn)提供的相關(guān)滅火濃度數(shù)據(jù),取安全系數(shù)約為1.3確定的。
3.3.5
通訊機(jī)房、計(jì)算機(jī)房中的陳設(shè)、存放物,主要是電子電器設(shè)備、電纜導(dǎo)線和磁盤、紙卡之類,以及桌椅辦公器具等,它們應(yīng)屬固體表面火災(zāi)的保護(hù)。依據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)—物理性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)》ISO14520標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù),固體表面火災(zāi)的七氟丙烷滅火濃度為5.8%,最低滅火設(shè)計(jì)濃度可取7.5%。但是,由于防護(hù)區(qū)內(nèi)陳設(shè)、存放物多樣,不能單純按電子電器設(shè)備可燃物類考慮;即使同是電纜電線,也分塑膠與橡膠電纜電線,它們滅火難易不同。我國國家標(biāo)準(zhǔn)《鹵代烷1301滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50163-92,對通訊機(jī)房、電子計(jì)算機(jī)房規(guī)定的鹵代烷1301的滅火設(shè)計(jì)濃度為5%,而固體表面火災(zāi)的鹵代烷1301的滅火濃度為3.8%,取的安全系數(shù)是1.32;國外的情況,像美國,計(jì)算機(jī)房用鹵代烷1301保護(hù),一般都取5.5%滅火設(shè)計(jì)濃度,安全系數(shù)為1.45。
從另外一個(gè)角度來說,七氟丙烷與鹵代烷1301比較,在火場上它比鹵代烷1301的分解產(chǎn)物多,其中主要成分是HF,HF對人體與精密設(shè)備是有傷害和浸蝕影響的,但據(jù)美國Fessisa的試驗(yàn)報(bào)告指出,提高七氟丙烷的滅火設(shè)計(jì)濃度,可以抑制分解產(chǎn)物的生成量,提高20%就可減少50%的生成量。
正是考慮上述情況,本規(guī)范確定七氟丙烷對通訊機(jī)房、電子計(jì)算機(jī)房的保護(hù),采用滅火設(shè)計(jì)濃度為8%,安全系數(shù)取的是1.38。
3.3.6 本條所作規(guī)定,目的是限制隨意增加滅火使用濃度,同時(shí)也為了保證應(yīng)用時(shí)的人身安全和設(shè)備安全。
3.3.7
一般來說,采用鹵代烷氣體滅火的地方都是比較重要的場所,迅速撲滅火災(zāi),減少火災(zāi)造成的損失,具有重要意義。因此,鹵代烷滅火都規(guī)定滅初期火災(zāi),這也正能發(fā)揮鹵代烷滅火迅速的特點(diǎn);否則,就會(huì)造成鹵代烷滅火的困難。對于固體表面火災(zāi),火災(zāi)預(yù)燃時(shí)間長了才實(shí)行滅火,有發(fā)展成深位火災(zāi)的危險(xiǎn),顯然是很不利于鹵代烷滅火的;對于液體、氣體火災(zāi),火災(zāi)預(yù)燃時(shí)間長了,有可能釀成爆炸的危險(xiǎn),鹵代烷滅火可能要從滅火設(shè)計(jì)濃度改換為惰化設(shè)計(jì)濃度。由此可見,采用鹵代烷滅初期火災(zāi),縮短滅火劑的噴放時(shí)間是非常重要的。故國際標(biāo)準(zhǔn)及國外一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn),都將鹵代烷的噴放時(shí)間規(guī)定不應(yīng)大于10s。
另外,七氟丙烷遇熱時(shí)比鹵代烷1301的分解產(chǎn)物要多出很多,其中主要成分是HF,它對人體是有傷害的;與空氣中的水蒸氣結(jié)合形成氫氟酸,還會(huì)造成對精密設(shè)備的浸蝕損害。根據(jù)美國Fesseisa的試驗(yàn)報(bào)告,縮短鹵代烷在火場的噴放時(shí)間,從10s縮短為5s,分解產(chǎn)物減少將近一半。
為有效防止滅火時(shí)HF對通訊機(jī)房、電子計(jì)算機(jī)房等防護(hù)區(qū)的損害,宜將七氟丙烷的噴放時(shí)間從一般的10s縮短一些,故本條中規(guī)定為8s。這樣的噴放時(shí)間經(jīng)試驗(yàn)論證,一般是可以做到的,在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家里也是被提倡的。當(dāng)然,這會(huì)增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的難度,尤其是對于那些離儲(chǔ)瓶間遠(yuǎn)的防護(hù)區(qū)和組合分配系統(tǒng)中的個(gè)別防護(hù)區(qū),它們的難度會(huì)大一些。故本規(guī)范采用了5.6MPa增壓(等級(jí))條件供選用。
3.3.8
本條是對七氟丙烷滅火時(shí)在防護(hù)區(qū)的浸漬時(shí)間所做的規(guī)定,針對不同的保護(hù)對象提出不同要求。
對撲救木材、紙張、織物類固體表面火災(zāi),規(guī)定滅火浸漬時(shí)間宜采用20min。這是借鑒以往鹵代烷滅火試驗(yàn)的數(shù)據(jù)。例如,公安部天津消防研究所以小木楞垛(12mm×12mm×140mm,5排×7層)動(dòng)態(tài)滅火試驗(yàn),求測固體表面火災(zāi)的滅火數(shù)據(jù)(美國也曾做過這類試驗(yàn))。他們的滅火數(shù)據(jù)中,以鹵代烷1211為工質(zhì),達(dá)到3.5%的濃度,滅明火;欲繼續(xù)將木楞垛中的陰燃火完全滅掉,需要提高到6~8%的濃度,并保持此濃度6~7min;若以3.5%~4%的濃度完全滅掉陰燃火,保持時(shí)間要增至30min以上。
在第3.3.3條中規(guī)定本類火災(zāi)的滅火設(shè)計(jì)濃度為10%,安全系數(shù)取1.72,按慣例該安全系數(shù)取的偏低點(diǎn)。鑒于七氟丙烷市場價(jià)較高,不宜將設(shè)計(jì)濃度取高,而是可以考慮將浸漬時(shí)間稍加長些,這樣仍然達(dá)到安全應(yīng)用的目的。故本條規(guī)定了撲救木材、紙張、織物類滅火的浸漬時(shí)間為20min。這樣做符合本規(guī)范總則中“安全可靠”、“經(jīng)濟(jì)合理”的要求;在國外標(biāo)準(zhǔn)中,也有鹵代烷滅火浸漬時(shí)間采用20min的規(guī)定。
至于其它類固體火災(zāi),滅火一般要比木材、紙張類容易些(熱固性塑料等除外),故滅火浸漬時(shí)間規(guī)定為宜采用10min。
通訊機(jī)房、電子計(jì)算機(jī)房的滅火浸漬時(shí)間,在本規(guī)范里不像其他類固體火災(zāi)規(guī)定的那么長,是出于以下兩方面的考慮:
第一.盡管它們同屬固體表面火災(zāi)保護(hù),但電子、電器類不像木材、紙張那樣容易趨近構(gòu)成深位火災(zāi),撲救起來要容易得多;同時(shí),國內(nèi)外對電子計(jì)算機(jī)房這樣的典型應(yīng)用場所,專門做過一些試驗(yàn),試驗(yàn)表明,鹵代烷滅火時(shí)間都是在1min內(nèi)完成的,完成后無復(fù)燃現(xiàn)象。
第二,通訊機(jī)房、計(jì)算機(jī)房所采用的是精密設(shè)備,通導(dǎo)性和清潔性都要求非常高,應(yīng)考慮到七氟丙烷在火場所產(chǎn)生的分解物可能會(huì)對它們造成危害。所以在保證滅火安全的前提下,盡量縮短浸漬時(shí)間是必要的。這有利于滅火之后盡快將七氟丙烷及其分解產(chǎn)物從防護(hù)區(qū)里清除出去。
但從滅火安全考慮,也不宜將滅火浸漬時(shí)間取得過短,故本規(guī)范規(guī)定,通訊機(jī)房、計(jì)算機(jī)房等防護(hù)區(qū)的滅火浸漬時(shí)間為5min。
氣體、液體火災(zāi)都是單純的表面火災(zāi)。所有氣體、液體滅火試驗(yàn)表明,當(dāng)氣體滅火劑達(dá)到滅火濃度后都能立即滅火??紤]到一般的冷卻要求,本規(guī)范規(guī)定它們的滅火浸漬時(shí)間不應(yīng)小于1min。如果滅火前的燃燒時(shí)間較長,冷卻不容易,浸漬時(shí)間應(yīng)適當(dāng)加長。
3.3.9
七氟丙烷20℃時(shí)的蒸氣壓為0.39MPa(絕對壓力),七氟丙烷在環(huán)境溫度下儲(chǔ)存,其自身蒸氣壓不足以將滅火劑從滅火系統(tǒng)中輸送噴放到防護(hù)區(qū)。為此,只有在儲(chǔ)存容器中采用其他氣體給滅火劑增壓。規(guī)定采用的增壓氣體為氮?dú)?,并?guī)定了它的允許含水量,以免影響滅火劑質(zhì)量和保證露點(diǎn)要求。這都等同采用了《氣體滅火系統(tǒng)—物理性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)》ISO14520及《潔凈氣體滅火劑滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》NFPA2001標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
為什么要對增壓壓力作出規(guī)定,而不可隨意選取呢?這其中的主要緣故是七氟丙烷儲(chǔ)存的初始?jí)毫Γ怯绊憞婎^流量的一個(gè)固有因素。噴頭的流量曲線是按初始?jí)毫闂l件預(yù)先決定的,這就要求初始充壓壓力不能隨意選取。
為了設(shè)計(jì)方便,設(shè)定了三個(gè)級(jí)別:系統(tǒng)管網(wǎng)長、流損大的,可選用4.2MPa及5.6MPa增壓級(jí);管網(wǎng)短、流損小的,可選用2.5
MPa增壓級(jí)。2.5MPa及4.2MPa是等同采用了ISO14520及《潔凈氣體滅火劑滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》NFPA2001標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定;增加的5.6MPa增壓級(jí)是為了滿足我國最通常采用的組合分配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要,即在一些距離儲(chǔ)瓶間較遠(yuǎn)防護(hù)區(qū)也能達(dá)到噴射時(shí)間不大于8s的設(shè)計(jì)條件。
3.3.10
對單位容積充裝量上限的規(guī)定,是從儲(chǔ)存容器使用安全考慮的。因充裝量過高時(shí),當(dāng)儲(chǔ)存容器工作溫度(即環(huán)境溫度)上升到某一溫度之后,其內(nèi)壓隨溫度的增加會(huì)由緩增變?yōu)槎冈?,這會(huì)危及儲(chǔ)存容器的使用安全,故而應(yīng)對單位容積充裝量上限作出恰當(dāng)而又明確的規(guī)定。充裝量上限由實(shí)驗(yàn)得出,所對應(yīng)的最高設(shè)計(jì)溫度為50℃,各級(jí)的儲(chǔ)存容器的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)分別不小于:一級(jí)4.0MPa;二級(jí)5.6MPa(焊接容器)和6.7MPa(無縫容器);三級(jí)8.0MPa。
系統(tǒng)計(jì)算過程中初選充裝量,建議采用800~900kg /m3左右。
3.3.11
本條所做的規(guī)定,是為保證七氟丙烷在管網(wǎng)中的流動(dòng)性能要求及系統(tǒng)管網(wǎng)計(jì)算方法上的要求而設(shè)定的。我國國家標(biāo)準(zhǔn)《鹵代烷1301滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ50163-92和美國標(biāo)準(zhǔn)《鹵代烷1301滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》NFPA12A中都有相同的規(guī)定。
3.3.12
管網(wǎng)設(shè)計(jì)布置為均衡系統(tǒng)有三點(diǎn)好處:一是滅火劑在防護(hù)區(qū)里容易做到噴放均勻,利于滅火;二是可不考慮滅火劑在管網(wǎng)中的剩余量,做到節(jié)?。蝗菧p少設(shè)計(jì)工作的計(jì)算量,可只選用一種規(guī)格的噴頭,只要計(jì)算“最不利點(diǎn)”這一點(diǎn)的阻力損失就可以了。
均衡系統(tǒng)本應(yīng)是管網(wǎng)中各噴頭的實(shí)際流量相等,但實(shí)際系統(tǒng)大都達(dá)不到這一條件。因此,按照慣例,放寬條件,符合一定要求的,仍可按均衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這種規(guī)定,其實(shí)質(zhì)在于對各噴頭間工作壓力最大差值容許有多大。過去,對于可液化氣體的滅火系統(tǒng),國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)一般都按流程總損失的10%確定允許最大差值。如果本規(guī)范也采用這一規(guī)定,在按本規(guī)范設(shè)計(jì)的七氟丙烷滅火系統(tǒng)中,按第二級(jí)增壓的條件計(jì)算,可能出現(xiàn)的最大的流程總損失為
l.5
MPa(4.2MPa/2-0.6MPa),允許的最大差值將是0.15MPa。即當(dāng)“最不利點(diǎn)”噴頭工作壓力是0.6MPa時(shí),“最利點(diǎn)”噴頭工作壓力可達(dá)0.75
MPa,由此計(jì)算得出噴頭之間七氟丙烷流量差別接近20%(若按第三級(jí)增壓條件計(jì)算其差別會(huì)更大)。差別這么大,對七氟丙烷滅火系統(tǒng)來說,要求噴射時(shí)間短、滅火快,仍將其認(rèn)定是均衡系統(tǒng),顯然是不合理的。
上述制定允許最大差值的方法有值得商榷的地方。管網(wǎng)各噴頭工作壓力差別,是由系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)入防護(hù)區(qū)后的管網(wǎng)布置所產(chǎn)生的,與儲(chǔ)存容器管網(wǎng)、匯流管和系統(tǒng)的主干管沒有關(guān)系,不應(yīng)該用它們來規(guī)定“允許最大差值”;更何況上述這些管網(wǎng)的損失占流程總損失的大部分,使最終結(jié)果誤差較大。
本規(guī)范從另一個(gè)角度考慮——相互間發(fā)生的差別用它們自身的長短去比較來考慮,故規(guī)定為:“管網(wǎng)的第1分流點(diǎn)至各噴頭的管道阻力損失,其相互之間的最大差值不應(yīng)大于20%”。雖然允許差值放大了,但噴頭之間的流量差別卻減小了。經(jīng)測算,當(dāng)?shù)?分流點(diǎn)至各噴頭的管道阻力損失最大差值為20%時(shí),其噴頭之間流量最大差別僅為10%左右。
3.3.14 滅火設(shè)計(jì)用量或惰化設(shè)計(jì)用量和系統(tǒng)滅火劑儲(chǔ)存量
1
本款是等同采用了《氣體滅火系統(tǒng)—物理性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)》ISO14520及《潔凈氣體滅火劑滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》NFPA2001標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。公式中C1值的取用,取百分?jǐn)?shù)中的實(shí)數(shù)(不帶百分號(hào))。公式中K(海拔高度修正系數(shù))值,對于在海拔高度0~1000m以內(nèi)的防護(hù)區(qū)滅火設(shè)計(jì),可取K=1.即可以不修正。對于采用了空調(diào)或冬季取暖設(shè)施的防護(hù)區(qū),公式中的S值,可按20℃進(jìn)行計(jì)算。
2 本款是等同采用了《氣體滅火系統(tǒng)—物理性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)》ISO14520及《潔凈氣體滅火劑滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》NFPA200l標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
3
一套七氟丙烷滅火系統(tǒng)需要儲(chǔ)存七氟丙烷的量,就是本條規(guī)定系統(tǒng)的儲(chǔ)存量。式(3.3.14-1)計(jì)算出來的“滅火設(shè)計(jì)用量”,是必須儲(chǔ)存起來的,并且在滅火時(shí)要全部噴放到防護(hù)區(qū)里去,否則就難以實(shí)現(xiàn)滅火的目的。但是要把容器中的滅火劑全部從系統(tǒng)中噴放出去是不可能的,總會(huì)有一些剩留在容器里及部分非均衡管網(wǎng)的管道中。為了保證“滅火設(shè)計(jì)用量”都能從系統(tǒng)中噴放出去,在系統(tǒng)容器中預(yù)先多充裝一部分,這多裝的量正好等于在噴放時(shí)剩留的,即可保證“滅火設(shè)計(jì)用量”
全部噴放到防護(hù)區(qū)里去。
5 非均衡管網(wǎng)內(nèi)剩余量的計(jì)算,參見下圖說明:
從管網(wǎng)第一分支點(diǎn)計(jì)算各支管的長度,分別取各長支管與最短支管長度的差值為計(jì)算剩余量的長度;各長支管在末段的該長度管道內(nèi)容積量之和,等量于滅火劑在管網(wǎng)內(nèi)剩余量的體積量。
圖1 非均衡管網(wǎng)內(nèi)剩余量的計(jì)算
注:其中bc<bd,bx=bc及ab+bc=ae+ex2
系統(tǒng)管網(wǎng)里七氟丙烷剩余量(容積量)等于管道xd段、x2f段、fg段與fh段的管道內(nèi)容積之和。
3.3.15 管網(wǎng)計(jì)算的規(guī)定
4
本款規(guī)定了七氟丙烷滅火系統(tǒng)管網(wǎng)的計(jì)算方法。由于七氟丙烷滅火系統(tǒng)是采用了氮?dú)庠鰤狠斔停獨(dú)庠鰤悍椒ㄊ遣捎玫亩ㄈ莘e的密封蓄壓方式,在七氟丙烷噴放過程中無氮?dú)庋a(bǔ)充增壓。故七氟丙烷滅火系統(tǒng)噴放時(shí),是定容積的蓄壓氣體在自由膨脹下輸送七氟丙烷,形成不定流、不定壓的隨機(jī)流動(dòng)過程。這樣的管流計(jì)算是比較復(fù)雜的,細(xì)致的計(jì)算應(yīng)采用微分的方法,但在工程應(yīng)用計(jì)算上很少采用這種方法。歷來的工程應(yīng)用計(jì)算,都是在保證應(yīng)用精度的條件下力求簡單方便。鹵代烷滅火系統(tǒng)計(jì)算也不例外,以往的鹵代烷滅火系統(tǒng)的國際、國外標(biāo)準(zhǔn)都是這樣做的(但迄今為止,國際、國外標(biāo)準(zhǔn)尚未提供潔凈氣體滅火劑滅火系統(tǒng)的管網(wǎng)計(jì)算方法)。
對于這類管流的簡化計(jì)算,常采用的辦法是以平均流量取代過程中的不定流量。已知流量還不能進(jìn)行管流計(jì)算,還需知道相對應(yīng)的壓頭。尋找簡化計(jì)算方法,也就是尋找相應(yīng)于平均流量的壓頭。在七氟丙烷噴放過程中,必然存在這樣的某一瞬時(shí),其流量會(huì)正好等于全過程的平均流量,那么該瞬時(shí)的壓頭即是所需尋找的壓頭。
對于現(xiàn)今工程上通常所建立的鹵代烷滅火系統(tǒng),經(jīng)過精細(xì)計(jì)算,鹵代烷噴放的流量等于平均流量的那一瞬時(shí),是系統(tǒng)的鹵代烷設(shè)計(jì)用量從噴頭噴放出去50%的瞬時(shí)(準(zhǔn)確地說,是非常接近50%的瞬時(shí));只要是在規(guī)范所設(shè)定的條件下進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),就不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)的某些差異帶來該瞬時(shí)點(diǎn)的較大的偏移。將這一瞬時(shí),規(guī)定為噴放全過程的“過程中點(diǎn)”。本規(guī)范對七氟丙烷滅火系統(tǒng)的管網(wǎng)計(jì)算就采用了這個(gè)計(jì)算方法。它不是獨(dú)創(chuàng),也是沿用了以往國際標(biāo)準(zhǔn)和國外標(biāo)準(zhǔn)對鹵代烷滅火系統(tǒng)的一貫做法。
5
噴放“過程中點(diǎn)”儲(chǔ)存容器內(nèi)壓力的含義,請見上一款的說明。這一壓力的計(jì)算公式,是按定溫過程依據(jù)波義爾——馬略特定律推導(dǎo)出來的。
6
本款是提供七氟丙烷滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行管流阻力損失計(jì)算的方法。該計(jì)算公式可以做成圖示(圖2),更方便于計(jì)算使用。
圖2
鍍鋅鋼管阻力損失與七氟丙烷流量的關(guān)系
七氟丙烷管流阻力損失的計(jì)算,現(xiàn)今的《氣體滅火系統(tǒng)—物理性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)》ISO14520及《潔凈滅火劑滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》NFPA2001都未提供出來。為了建立這一計(jì)算方法,首先應(yīng)該了解七氟丙烷在滅火系統(tǒng)中的管流狀態(tài)。為此進(jìn)行了專項(xiàng)實(shí)驗(yàn),對七氟丙烷在20℃條件下,以不同充裝率,測得它們在不同壓力下七氟丙烷的密度變化,繪成曲線如圖3。
圖3 不同壓力下七氟丙烷的密度
從測試結(jié)果得知,七氟丙烷在管道中的流動(dòng),即使在大壓力降的條件下,基本上仍是液相流。據(jù)此,依據(jù)流體力學(xué)的管流阻力損失計(jì)算基本公式和阻力平方區(qū)的尼古拉茨公式,建立了本規(guī)范中的七氟丙烷管流的計(jì)算方法。
將這一計(jì)算方法轉(zhuǎn)換為對鹵代烷1211的計(jì)算,與美國《鹵代烷1211滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》NFPA12B和英國《室內(nèi)滅火裝置與設(shè)備實(shí)施規(guī)范》BS5306上的計(jì)算進(jìn)行校核,得到基本一致的結(jié)果。
本款中所列(3.3.15-5)式和圖2用于鍍鋅鋼管七氟丙烷管流的阻力損失計(jì)算;當(dāng)系統(tǒng)管道采用不銹鋼管時(shí),其阻力損失計(jì)算可參考使用。
有關(guān)管件的局部阻力損失當(dāng)量長度見表1~表3,可供設(shè)計(jì)參考使用:
表1 螺紋接口彎頭局部損失當(dāng)量長度
3.3.16
本條的規(guī)定,是為了保證七氟丙烷滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量,滿足七氟丙烷滅火系統(tǒng)滅火技術(shù)要求而需設(shè)定的。
最小Pc值是參照實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的。
Pc≥Pm/2(MPa,絕對壓力),它是對七氟丙烷系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過“簡化計(jì)算”后精確性的檢驗(yàn);如果不符合,說明設(shè)定條件不滿足,應(yīng)該調(diào)整重新計(jì)算。
下面用一個(gè)實(shí)例,介紹七氟丙烷滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算演算:
有一通訊機(jī)房,房高3.2m,長14m,寬7m,設(shè)七氟丙烷滅火系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)(引入的部件的有關(guān)數(shù)據(jù)是取用某公司的ZYJ-100系列產(chǎn)品)。
1)確定滅火設(shè)計(jì)濃度
依據(jù)本規(guī)范中規(guī)定,取C1=8%
2)計(jì)算保護(hù)空間實(shí)際容積
V=3.2×14×7=313.6(m3)
3)計(jì)算滅火劑設(shè)計(jì)用量
依據(jù)本規(guī)范公式(3.3.14-1),
S=0.1269+0.000513·T
=0.1269+0.000513×20
=0.13716(m3/kg)
4)設(shè)定滅火劑噴放時(shí)間
依據(jù)本規(guī)范中規(guī)定,取t=7s
5)設(shè)定噴頭布置與數(shù)量
選用JP型噴頭,其保護(hù)半徑R=7.5m
故設(shè)定噴頭為2只;按保護(hù)區(qū)平面均勻布置噴頭
6)選定滅火劑儲(chǔ)存容器規(guī)格及數(shù)量
根據(jù)W=198.8kg,選用100升的JR-100/54儲(chǔ)存容器3只。
7)繪出系統(tǒng)管網(wǎng)計(jì)算圖(圖4)。
圖4
系統(tǒng)管網(wǎng)計(jì)算圖
8)計(jì)算管道平均設(shè)計(jì)流量
主干管:
支管:Qg=Qw/2=14.2(kg/s)
儲(chǔ)存容器出流管:
9)選擇管網(wǎng)管道通徑。
以管道平均設(shè)計(jì)流量,依據(jù)本規(guī)范條文說明3.3.15第6款中圖2選取,其結(jié)果,標(biāo)在管網(wǎng)計(jì)算圖上。
10)計(jì)算充裝率。
系統(tǒng)儲(chǔ)存量:
管網(wǎng)內(nèi)剩余量:△W2=0
儲(chǔ)存容器內(nèi)剩余量:△W1=n×3.5=3×3.5=10.5(kg)
充裝率:
11)計(jì)算管網(wǎng)管道內(nèi)容積。
先按管道內(nèi)徑求出單位長度的內(nèi)容積,然后依據(jù)管網(wǎng)計(jì)算圖上管段長度求算:
VP=29×3.42+7.4×1.96=113.7(m3)。
12)選用額定增壓壓力。
依據(jù)本規(guī)范中規(guī)定,選用P0=4.3Mpa(絕對壓力)。
13)計(jì)算全部儲(chǔ)存容器氣相總?cè)莘e。
依據(jù)本規(guī)范中公式(3.3.15-4)
14)計(jì)算“過程中點(diǎn)”儲(chǔ)存容器內(nèi)壓力。
依據(jù)本規(guī)范中公式(3.3.15-3)
=(4.3×0.1512)/[0.1512+198.8/(2×1407)+0.1137]
=1.938(MPa,絕對壓力)
15)計(jì)算管路損失。
(1)ab段
以Qp=9.47kg/s及DN=40mm,查圖2得:
(ΔP/L)ab=0.0103MPa/m
計(jì)算長度Lab=3.6+3.5+0.5=7.6(m)
ΔPab= (ΔP/L)ab×Lab=0.0103×7.6=0.0783(MPa)
(2)bb’段
以0.55Qw=15.6kg/s及DN=65mm,查圖2得:
(ΔP/L)bb’=0.0022MPa/m
計(jì)算長度Lbb’=0.8(m)
ΔP bb’=(ΔP/L)bb’×Lbb’=0.0022×0.8=0.00176(MPa)
(3) b’c段
以Qw=28.4/kg/s及DN=65mm,查圖2得:
(ΔP/L)b’c=0.008MPa/m
計(jì)算長度Lb’c=0.4+4.5+1.5+4.5+26=36.9(m)
ΔP b’c=(ΔP/L)b’c×Lb’c=0.008×36.9=0.2952(MPa)
(4)cd段
以Qg=14.2kg/s及DN=50mm,查圖2得:
(ΔP/L)cd=0.009MPa/m
計(jì)算長度Lcd=5+0.4+3.5+3.5+0.2=12.6(m)
ΔP cd=(ΔP/L)cd×Lcd=0.009×12.6=0.1134(MPa)
(5)求得管路總損失:
16)計(jì)算高程壓頭
依據(jù)本規(guī)范中公式(3.3.15-9):
其中,H=2.8m(“過程中點(diǎn)”時(shí),噴頭高度相對儲(chǔ)存容器內(nèi)液面的位差)
=10-6×1407×2.8×9.81
=0.0386(MPa)
17)計(jì)算噴頭工作壓力。
依據(jù)本規(guī)范中公式(3.3.15-8)
=1.938-0.4887-0.0386
=1.411(MPa,絕對壓力)
18)驗(yàn)算設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果。
依據(jù)本規(guī)范的規(guī)定,應(yīng)滿足下列條件:
(1)
Pc≥0.7(MPa,絕對壓力);
皆滿足,合格。
19)計(jì)算噴頭等效孔口面積及確定噴頭規(guī)格。
以Pc=1.411MPa從本規(guī)范附錄C表C-2中查得,
噴頭等效孔口單位面積噴射率:qc=3.1[(kg/s)/cm2]
又,噴頭平均設(shè)計(jì)流量:Qc=W/2=14.2kg/s
由本規(guī)范中公式(3.3.17)求得噴頭等效孔口面積:
由此,即可依據(jù)求得的FC值,從產(chǎn)品規(guī)格中選用與該值相等(偏差+9-3%)、性能跟設(shè)計(jì)一致的噴頭為JP-30。
3.3.18 一般噴頭的流量系數(shù)在工質(zhì)一定的紊流狀態(tài)下,只由噴頭孔口結(jié)構(gòu)所決定,但七氟丙烷滅火系統(tǒng)的噴頭,由于系統(tǒng)采用了氮?dú)庠鰤狠斔停糠值獨(dú)鈺?huì)溶解在七氟丙烷里,在噴放過程中它會(huì)影響七氟丙烷流量。氮?dú)庠谙到y(tǒng)工作過程中的溶解量與析出量和儲(chǔ)存容器增壓壓力及噴頭工作壓力有關(guān),故七氟丙烷滅火系統(tǒng)噴頭的流量系數(shù),即各個(gè)噴頭的實(shí)際等效孔口面積值與儲(chǔ)存容器的增壓壓力及噴頭孔口結(jié)構(gòu)等因素有關(guān),應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)測定。
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