七氟丙烷滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題探討
七氟丙烷滅火系統(tǒng)是目前國內(nèi)外較廣泛使用的哈龍滅火系統(tǒng)替代產(chǎn)品。由于國家設(shè)計(jì)規(guī)范尚未正式出臺(tái)，正在使用或參照使用的設(shè)計(jì)依據(jù)是廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ15-23-1999《七氟丙烷(HFC-227ea)潔凈氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱"規(guī)范")。現(xiàn)根據(jù)"規(guī)范"內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的情況，對(duì)部分設(shè)計(jì)中常見的技術(shù)問題進(jìn)行探討。
1儲(chǔ)存容器內(nèi)壓力、噴頭工作壓力、噴頭流量系數(shù)、系統(tǒng)管網(wǎng)的管道內(nèi)容積
上述設(shè)計(jì)參數(shù)在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，由于部分設(shè)計(jì)人員對(duì)系統(tǒng)了解程度的問題或生產(chǎn)廠提供的產(chǎn)品參數(shù)問題，常出現(xiàn)下列情況：
(1)管網(wǎng)計(jì)算時(shí)，沒有把管道的初始部分--匯流管計(jì)算進(jìn)去，導(dǎo)致末端壓力的計(jì)算值偏大；同時(shí)，忽略匯流管會(huì)使管網(wǎng)內(nèi)容積計(jì)算值偏小。這兩種偏差都可能會(huì)直接導(dǎo)致設(shè)計(jì)的重大偏差。
末端壓力(即噴頭工作壓力)計(jì)算值偏大，導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)選用的噴頭孔徑偏小，實(shí)際噴放滅火劑時(shí)間比設(shè)計(jì)值要長，既影響滅火效果，又會(huì)造成滅火過程中分解的有害產(chǎn)物增多；同時(shí)，該計(jì)算值如果達(dá)到"規(guī)范"中對(duì)噴頭工作壓力要求的臨界值時(shí)，則說明該設(shè)計(jì)是不合理的，需要重新選擇設(shè)計(jì)方案。
管網(wǎng)內(nèi)容積計(jì)算值偏小，不僅導(dǎo)致"過程中點(diǎn)"壓力計(jì)算值偏大，影響噴頭工作壓力的計(jì)算值，而且會(huì)影響另一個(gè)設(shè)計(jì)合理性的判斷因素--管網(wǎng)內(nèi)容積與滅火劑儲(chǔ)存容積的比值。尤其在組合分配系統(tǒng)的計(jì)算時(shí)，較小防護(hù)區(qū)能否參加組合，有沒有計(jì)算匯流管容積，其結(jié)果可能完全不同(對(duì)于距離儲(chǔ)瓶間較近的小防護(hù)區(qū)，匯流管容積有可能占管網(wǎng)內(nèi)容積的50％或更多)。
(2)噴頭的選擇，是由噴頭流量、噴頭工作壓力及噴頭流量系數(shù)來綜合確定的。七氟丙烷與哈龍滅火劑(如哈龍"1211")的一個(gè)*的不同點(diǎn)是對(duì)增壓氮?dú)獾娜芙舛炔煌叻閷?duì)氮?dú)獾娜芙舛纫蠛芏啵覂?chǔ)存壓力越大溶解度越大。七氟丙烷滅火劑從儲(chǔ)存容器噴入管網(wǎng)，壓力逐步減小，溶解的氮?dú)庖仓鸩轿龀觯瑢?dǎo)致七氟丙烷的流量發(fā)生變化。其結(jié)果是--噴頭流量系數(shù)不是常數(shù)，而且即使噴頭工作壓力相同時(shí)，如果儲(chǔ)存壓力不同，噴頭流量系數(shù)也不同。公安部天津消防研究所在開發(fā)研制ZYJ系列七氟丙烷滅火系統(tǒng)時(shí)，通過大量試驗(yàn)，繪制了JP系列噴頭流量曲線，解決了該產(chǎn)品在選擇噴頭時(shí)的問題。
需要注意的問題：部分生產(chǎn)廠提供的固定值的噴頭流量系數(shù)是不科學(xué)的，會(huì)誤導(dǎo)設(shè)計(jì)時(shí)的噴頭選擇。
2防護(hù)區(qū)內(nèi)實(shí)際滅火劑體積分?jǐn)?shù)
實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，往往會(huì)忽略滅火劑噴入防護(hù)區(qū)后的實(shí)際體積分?jǐn)?shù)。對(duì)于單元獨(dú)立系統(tǒng)來說，滅火設(shè)計(jì)體積分?jǐn)?shù)與實(shí)際滅火劑應(yīng)相當(dāng)。但對(duì)于組合分配系統(tǒng)，由于滅火劑儲(chǔ)存量按照*防護(hù)區(qū)用量確定，如果儲(chǔ)瓶充裝率選擇不當(dāng)，可能會(huì)造成個(gè)別小防護(hù)區(qū)的實(shí)際滅火劑體積分?jǐn)?shù)過大。例如：滅火設(shè)計(jì)體積分?jǐn)?shù)為8％的小防護(hù)區(qū)的滅火設(shè)計(jì)用量相當(dāng)于1.1瓶儲(chǔ)瓶的滅火劑量時(shí)，只能噴放2瓶滅火劑，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際滅火體積分?jǐn)?shù)達(dá)15％左右。
ISO14520和NFPA2001均指出：七氟丙烷的"未見不良反應(yīng)體積分?jǐn)?shù)"(NOAEL)為9％，"可見不良反應(yīng)體積分?jǐn)?shù)"(LOAEL)為10.5％。也就是說，實(shí)際滅火劑體積分?jǐn)?shù)超過10.5％時(shí)，會(huì)危害到防護(hù)區(qū)內(nèi)的人員人身安全。這就要求設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮各種因素，以滿足既有效滅火，又保障防護(hù)區(qū)內(nèi)人員的人身安全。
現(xiàn)以公安部天津消防研究所深圳因特安全技術(shù)有限公司開發(fā)的ZYJ系列七氟丙烷潔凈氣體滅火系統(tǒng)為例，進(jìn)行一個(gè)工程設(shè)計(jì)實(shí)例的詳細(xì)計(jì)算。
防護(hù)區(qū)名稱：跟隨式變電所。
計(jì)算依據(jù)：DBJ15-23-1999。
基本設(shè)計(jì)參數(shù)(見表1)
| 防護(hù)區(qū)面積 m2 | 防護(hù)區(qū)高度 m2 | 防護(hù)區(qū)容積 m2 | 海拔高度修正系數(shù) | 滅火設(shè)計(jì)體積分?jǐn)?shù)% |
| 166.50 | 4.2 | 699.30 | 1 | 8.3 |
(2)滅火劑設(shè)計(jì)用量
經(jīng)計(jì)算滅火劑設(shè)計(jì)用量為461.48
(3)設(shè)定滅火劑噴放時(shí)間t
取t＝10s。
(4)設(shè)定噴頭布置與數(shù)量
選用JP型噴頭，保護(hù)半徑R＝5.0m，按防護(hù)區(qū)平面均勻布置噴頭，見圖1。
(5)確定容器規(guī)格Vb
根據(jù)W＝461.48kg，初選Vb=100L的儲(chǔ)瓶5只(且n＝5)。
(6)計(jì)算管道平均流量
1)儲(chǔ)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)選擇管道通徑，依DBJ15-23-1999。
(8)初選充裝率η
滅火劑儲(chǔ)存量Ws＝W+W1+ΔW1
管網(wǎng)內(nèi)剩余量AW2＝0
儲(chǔ)存容器內(nèi)剩余量ΔW1＝n×3.5＝17.5kg
滅火劑儲(chǔ)存量取479.0kg充裝率η＝Ws／(n×Vb)＝958.0kg／m3
(9)計(jì)算管網(wǎng)管道內(nèi)容積Vp
Vp＝123.81dm3
(10)計(jì)算七氟丙烷儲(chǔ)存容積Vr
Vr＝Ws／γ＝340.45dm3(七氟丙烷密度γ=1.407kg／dm3)
Vp／Vr＝36.37％，符合規(guī)范要求，故選擇合理。
(11)選擇儲(chǔ)瓶增壓壓力Po。
因儲(chǔ)瓶充裝率較大，選用Po＝4．3MPa(絕壓)。
(12)計(jì)算全部儲(chǔ)瓶氣相總?cè)莘eVo
Vo＝n×Vb×(1一η／γ)＝0．160m3
(13)計(jì)算"過程中點(diǎn)"儲(chǔ)瓶內(nèi)壓力Pm
Pm＝Po×Vo/[Vo+W／(2γ)+Vp]=1.534MPa(絕壓)
(14)計(jì)算管路損失
經(jīng)計(jì)算，管路總損失P＝0．401MPa，其中包括儲(chǔ)瓶出流管、集流管的管路損失。
(15)計(jì)算高程壓頭Ph
噴頭高度相對(duì)"過程中點(diǎn)"儲(chǔ)瓶液面位差h＝3．2m
Ph＝10-6×γ×H×g＝0．044MPa
(16)噴頭工作壓力Pc及驗(yàn)算
Pc＝Pm一(P士Ph)＝1．089MPa(絕壓)
Pc≥0．5MPa(絕壓)
Pc≥Pm／2(絕壓)
皆符合規(guī)范要求。
(17)核算噴頭計(jì)算面積及確定噴頭規(guī)格以Pc＝1．089MPa，查產(chǎn)品說明書。
噴頭計(jì)算單位面積流量qc＝2．05kg／(s·cm2)
噴頭平均流量Qc＝11．54kg／s
噴頭計(jì)算面積Fc＝Qc／qc＝5．63cm2
查產(chǎn)品說明書，選用JP-34型噴頭4只。
經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證：本防護(hù)區(qū)儲(chǔ)瓶數(shù)為5只(100L)，充裝率為958kg／m3，滅火劑實(shí)際儲(chǔ)存量為479kg選用JP-34型噴頭4只。
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