IG541滅火系統(tǒng)的設(shè)計及計算方法資料

1、IG-541 滅火系統(tǒng)的設(shè)計及計算方法王致新、王煜彤【關(guān)鍵詞】潔凈氣體滅火劑【論文摘要】IG-541是近年來得到廣泛應(yīng)用的性能較為優(yōu)越的一種“潔凈氣體”滅火劑。它是由52%氮氣，40%氬氣和8%二氧化碳組成的混合氣體。密度略大于空氣，無毒，無色，無味，惰性，無腐蝕性，且不導(dǎo)電，既不支持燃燒又不和大部分物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，所以可稱為純天然的潔凈氣體滅火劑。 一前言   IG-541是近年來得到廣泛應(yīng)用的性能較為優(yōu)越的一種“潔凈氣體”滅火劑。它是由52%氮氣，40%氬氣和8%二氧化碳組成的混合氣體。密度略大于空氣，無毒，無色，無味，惰性，無腐蝕性，且不導(dǎo)電，既不支持燃燒又不

2、和大部分物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，所以可稱為純天然的潔凈氣體滅火劑。   IG-541的滅火機理屬于物理滅火方式。施放后靠把氧氣濃度降低到不能支持燃燒來撲滅火災(zāi)。正常情況下，室內(nèi)空氣中含有21%的氧氣和小于1%的二氧化碳。一旦發(fā)生火災(zāi)時，如果能將著火房間內(nèi)氧氣的濃度降低到15%以下，大部分普通可燃物就會停止燃燒。    另一方面，將IG-541 氣體噴放到保護區(qū)后，在氧氣濃度降低到12.5%以下的同時，還可使二氧化碳的濃度提高到4%左右。大氣中二氧化碳濃度的增加可加快人體呼吸速率和加大吸收氧氣的能力。也就是說，用二氧化碳來刺激

3、人體更深和更快的進行呼吸，從而可補償環(huán)境氣氛中較低的氧濃度，使處于室內(nèi)的人員生存條件大大改善，不至于因窒息而死亡。    由于IG-541是由大氣中存在的氣體混合組成的，所以它既沒有臭氧耗損潛能值（ODP）。也不會對地球的溫室效應(yīng)產(chǎn)生影響，更不會產(chǎn)生具有長久大氣壽命的化學(xué)物質(zhì)。從環(huán)保角度講是一種較為理想的潔凈滅火劑。同時它也是一種有效的滅火劑，用全淹沒方式能撲滅封閉空間的A類表面火，B類易燃液體火災(zāi)及C類電氣火災(zāi)。    但是，由于IG-541 是單相氣體滅火劑，所以它不能作局部噴射使用，也不能以滅火器方

4、式使用。與其他氣體滅火系統(tǒng)相比，IG-541 滅火系統(tǒng)所用的滅火劑體積相當大，因而需要更多的儲氣瓶和更粗的管道。此外，它的管道壓力也特別高。如果系統(tǒng)設(shè)計不當，噴放時還會因管道中的IG-541氣體流速達到音速而產(chǎn)生音障，流動受到很大的阻力；超過音速時所產(chǎn)生的爆震還會使系統(tǒng)遭到破壞。    應(yīng)用范圍：    IG-541滅火系統(tǒng)適用于撲救下列火災(zāi)：    可燃液體和可熔化固體的火災(zāi)；    可燃氣體的火災(zāi)；  

5、  可燃固體的表面火災(zāi)；    電氣火災(zāi)。    IG-541滅火系統(tǒng)適用于保護封閉空間的場所，其典型火災(zāi)危險場所：    電氣和電子設(shè)備室；    通訊設(shè)備室；    國家保護文物中的金屬、紙絹質(zhì)制品和音像檔案庫；    易燃和可燃液體儲存間；    噴放滅火劑之前可切斷可燃、助燃氣體氣源的可燃氣

6、體火災(zāi)危險場所；    經(jīng)常有人工作的防護區(qū)。    IG-541不適用于撲救下列火災(zāi)：    硝化纖維、火藥等含氧化劑的化學(xué)制品火災(zāi)；    鉀、鈉、鎂、鈦、鈾、鋯等活潑金屬火災(zāi)；    氫化鉀、氫化鈉等金屬氫化物火災(zāi)。    由于IG-541滅火系統(tǒng)具有很多獨特優(yōu)點，因而近年來國內(nèi)外使用日益廣泛。但是，如果不能進行快速、精確的設(shè)計計算，這種系統(tǒng)的滅火可靠

7、性就無法保證。遺憾地是，IG-541滅火系統(tǒng)的設(shè)計計算方法迄今仍被國外個別產(chǎn)品供應(yīng)商所控制。因此，我國迄今還無法編制出自己的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的IG-541滅火系統(tǒng)設(shè)計計算方法。不久前，作為地方性工程建設(shè)規(guī)范，上海市制訂了“惰性氣體IG-541滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程”。不過這套技術(shù)規(guī)程中也未能提供管網(wǎng)設(shè)計計算方法。因此，我國唯一的這套地方性IG-541工程設(shè)計規(guī)程中針對我國的具體情況還是只能無奈地規(guī)定：“IG-541系統(tǒng)管網(wǎng)流體計算應(yīng)為氣體單相流，并宜采用專用的計算機軟件計算。設(shè)計單位和產(chǎn)品供應(yīng)商應(yīng)對計算結(jié)果負責(zé)?！痹谶@套規(guī)程的條文說明中又進一步說：“這樣的計算用手工來完成是不可能的。因此規(guī)定宜采用計

8、算機軟件計算。同時考慮到這樣的計算機軟件并未商業(yè)化，多數(shù)掌握在產(chǎn)品供應(yīng)商手中，一般的設(shè)計單位暫時還無法取得。因此規(guī)定設(shè)計單位和產(chǎn)品供應(yīng)商共同對計算結(jié)果負責(zé)。”     我們是首批通過國家認證的63家軟件企業(yè)之一，也是國內(nèi)唯一專業(yè)從事消防工程軟件開發(fā)的單位。對于IG-541滅火系統(tǒng)，我們的主要任務(wù)就要要打破國際壟斷，獨立解決問題并取得自主知識產(chǎn)權(quán)，使我國的IG-541滅火系統(tǒng)更經(jīng)濟、更可靠、更迅速地獨立自主地發(fā)展起來。我們希望我國的IG-541滅火系統(tǒng)硬件生產(chǎn)企業(yè)能和我們共同努力，盡快地打破IG-541技術(shù)的國際壟斷。  &#

9、160; 現(xiàn)在，我們自主研究開發(fā)的這套IG-541 滅火系統(tǒng)的設(shè)計計算方法和在此基礎(chǔ)上開發(fā)的IG-541滅火系統(tǒng)設(shè)計計算軟件已經(jīng)獲得了知識產(chǎn)權(quán)；即將投放市場。     二、系統(tǒng)組件及要求    1. 系統(tǒng)組件    IG-541全淹沒滅火系統(tǒng)主要由儲存鋼瓶，鋼瓶架，啟動鋼瓶，減壓裝置，選擇閥組成。儲存裝置宜由儲存容器、容器閥、高壓軟管、單向閥、安全泄壓閥、集流管和壓力指示器等組成并由支架固定。   

10、0;2. 組件的基本要求    A儲存容器應(yīng)能承受最高環(huán)境溫度下滅火劑的儲存壓力，儲存容器上應(yīng)設(shè)泄壓裝置。對于主、備用系統(tǒng)或組合分配系統(tǒng)，應(yīng)在集流管上的封閉管段上設(shè)置安全泄壓裝置。當儲存絕對壓力為15MPa（20）時，其泄壓動作壓力值應(yīng)為20.625±1.031MPa。    B儲存容器應(yīng)設(shè)壓力指示器。當儲存容器中充裝的IG-541 壓力損失超過10%時，應(yīng)及時補充。    C備用量的儲存容器應(yīng)與系統(tǒng)管網(wǎng)相連，應(yīng)能與主儲存容器切換使用。 

11、;   D儲存容器上應(yīng)設(shè)耐久的固定標牌，標明每個儲存容器的編號、容積、充裝壓力和充裝日期等。    E儲存容器間宜靠近防護區(qū)或有人值班處，其出口應(yīng)直通室外或疏散走道；儲存容器間的室內(nèi)溫度應(yīng)為0-50，并應(yīng)保持干燥和良好通風(fēng)，避免陽光直接照射；    F 組合分配系統(tǒng)中，每個防護區(qū)都應(yīng)設(shè)置能自動啟動的選擇閥。當一個防護區(qū)設(shè)有二個以上選擇閥時，應(yīng)有確保手動啟動裝置同時開啟的措施。    G 滅火劑輸送管道應(yīng)采用GB/T 

12、8163輸送流體用無縫鋼管。    H.  滅火劑輸送管道可采用螺紋連接、法蘭連接或焊接。公稱直徑等于或小于80mm的管道，宜采用螺紋連接；公稱直徑大于80mm的管道，宜采用法蘭連接。     三、防護區(qū)    1. 防護區(qū)圍護結(jié)構(gòu)及門、窗的耐火極限不應(yīng)低于0.50h，吊頂?shù)哪突饦O限不應(yīng)低于0.25h；防護結(jié)構(gòu)及門窗的允許壓強不宜低于1.2kPa；    2. 防護區(qū)不宜有不能關(guān)閉的開口

13、。開口面積應(yīng)小于防護區(qū)總表面積的3%，且不能設(shè)置在底面。防護區(qū)內(nèi)與其它空間相通的開口，除泄壓口外，應(yīng)能在滅火劑噴放前自動關(guān)閉；否則應(yīng)將防護區(qū)擴大到與之相通的空間或采取防止或補償滅火劑流失的措施；    3. 應(yīng)確定防護區(qū)預(yù)期最高和最低環(huán)境溫度，以計算所需要的滅火劑量。對于通常有人工作的防護區(qū)應(yīng)注意在預(yù)期最高環(huán)境溫度時計算的濃度值不應(yīng)超過規(guī)定的無毒性反應(yīng)的最高濃度（NOAEL）。     四、泄壓口    密閉性良好的防護區(qū)應(yīng)設(shè)置泄壓口，泄壓口應(yīng)設(shè)置在防護區(qū)

14、室內(nèi)凈高2/3以上，且應(yīng)高于保護對象，并宜設(shè)在外墻上。泄壓口宜具有泄放多余壓力后自動關(guān)閉以及防止火災(zāi)蔓延的性能。    泄壓口的最小面積：    Af=0.0135Q/P1/2      式中： Af泄壓口面積（m2）；           Q防護區(qū)內(nèi)IG-541的峰值流量（m3/min）    &

15、#160;      Q=G·M0/t    其中 G=2.7           M0（m3）為滅火劑的實際充裝量         t（min）為噴射時間；         P 

16、圍護結(jié)構(gòu)承受內(nèi)壓的允許壓強（Pa）根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)的類型確定，一般輕型圍護結(jié)構(gòu)為1.20kPa ，中型圍護結(jié)構(gòu)為2.4kPa ， 重型圍護結(jié)構(gòu)為4.8kPa。    五、組合分配系統(tǒng)的要求    1. 每個防護區(qū)必須單獨設(shè)計；    2. 滅火劑設(shè)計用量按該系統(tǒng)所保護的防護區(qū)中滅火劑需要量最大者確定；    3. 選擇閥可安裝在減壓孔板的上游或下游。如果減壓孔板處于選擇閥的上游，則

17、減壓孔板到第一個三通的長度不應(yīng)小于管徑的10倍。    4. 在設(shè)計組合分配系統(tǒng)集流管時，必須在啟動管路上安裝單向閥。    六、IG-541滅火系統(tǒng)的管網(wǎng)布局           1. 噴嘴的數(shù)量和口徑應(yīng)滿足噴嘴最大保護半徑和滅火劑噴放量的要求；    2. 噴嘴的最大安裝高度為6.0m，超過6.0m時應(yīng)在高度方向另外加設(shè)噴嘴；

18、0;   3. 管道容積與儲存容器的最大容積比：66；    4. 噴嘴孔徑與其連接管道直徑之比應(yīng)在20至70范圍內(nèi)；    5. 集流管中減壓孔板孔徑與其連接管道直徑之比應(yīng)在13至55范圍內(nèi)；    6. 管道分流應(yīng)采用三通，通過三通的IG-541最大允許分流百分比為95%:5%。而且對于直流三通，其旁路出口必須為兩路分流中較小部分。    7. 多個儲瓶

19、應(yīng)分組安裝。通常一條管徑為50 mm的集流管大致可接10個儲瓶；根據(jù)所需的儲瓶總數(shù)，設(shè)計的幾條集流管并連后匯集到直徑更大的總集流管。減壓孔板應(yīng)設(shè)在總集流管中?？装迳舷掠蔚闹惫芏伍L度應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定?？装宓目讖脚c連接管徑之比應(yīng)在13-55%范圍內(nèi)。    8. 由于IG-541滅火系統(tǒng)噴放的滅火劑是單相氣體，體積流量相當大而且管段下游的壓力逐漸降低。    因此，在管徑不變的一個管段中，隨著管長增加和下游壓力的降低，IG-541氣體的體積也增大，因而流速也增加。在管徑不變的一個管段中，隨著管長增大下

20、游的流速也增大。當管長增大到一定程度時，從某一截面開始，管段流速甚至?xí)^音速并產(chǎn)生突破音速時的爆震現(xiàn)象。為了防止產(chǎn)生爆震，經(jīng)常采用的方法是：將總集流管下游的主干管管徑增大一擋，以降低流速。因此，對于IG-541系統(tǒng)的管道，選擇管徑的基本原則是：輸送相同體積流量的IG-541時，短管可選擇較小的管徑；而長管的管徑則應(yīng)較大。上海市的惰性氣體IG-541 滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程條文說明中IG-541滅火系統(tǒng)管道流量允許范圍表內(nèi)給出了各種規(guī)格管材6.1m的短管和30m長管的允許最大流量和最小流量。    從表中可以看出：同一管徑不同管長時，允許的流量與管長

21、成反比的根本原因就在于要避免產(chǎn)生音障問題。但這一問題一直被人們有意或無意地忽略和掩蓋了。    精確控制流速小于音障的臨界管長可按下式計算：    Lmax=(1-Mc2) /1.517Mc2 +0.8276 ln 1.2585Mc2/ (1+0.2585Mc2 )D/4f       (mm)    Mc 流體在管段上游節(jié)點處的馬赫數(shù)&

22、#160;(馬赫數(shù)Mc=流速/音速 )     Mc=3.972 Q/D2Tn    Tn=管段上游節(jié)點處的溫度 (K)；    Tn=4.098Pn/     D  管徑 (m)    f  摩擦系數(shù).   f = 1/41.742log(0.2/

23、D)2     管段上游節(jié)點處的密度 (kg/m3)    Pn- 管段上游節(jié)點處的壓力    有關(guān)音障及其計算問題的詳情請參見我們在亞洲消防與保安2002年第12期中發(fā)表的“IG-541滅火系統(tǒng)設(shè)計中的音障問題”。    七、IG-541滅火系統(tǒng)設(shè)計計算的必要性    目前國內(nèi)對IG-541滅火系統(tǒng)是否確有必要進行精確的設(shè)計計算問題有兩種不同的意見。前一段時間，有一

24、種頗有影響的流行觀點認為：“IG-541滅火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式雖然與二氧化碳及鹵代烷滅火系統(tǒng)大體相同，但在系統(tǒng)設(shè)計計算上要方便許多”。甚至認為：只要管網(wǎng)容積不大于該系統(tǒng)所用儲瓶的總?cè)莘e，“系統(tǒng)流程所有的計算，包括噴射時間的計算都可以不用做了” (摘自某IG-541滅火系統(tǒng)說明書)。    另外一種意見則認為：IG-541滅火系統(tǒng)中使用的滅火劑數(shù)量、流量及輸送管道規(guī)模都相當大，壓力也是固定滅火系統(tǒng)中最高的；而且管件的當量長度值與沿程損失之比也相當大，絕對不能忽略，不進行設(shè)計計算無法確保質(zhì)量。    如果IG-5

25、41系統(tǒng)的設(shè)計計算果真如前一種論點所說的那樣輕易地就“可以不用做了”，那么國外的著名消防公司為何還要把IG-541滅火系統(tǒng)的設(shè)計計算方法視為珍寶，壟斷起來，即使在美國NFPA標準中也要為其計算方法保密。因為缺乏設(shè)計計算方法，我國上海市地方標準惰性氣體IG-541滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程中也無可奈何地將設(shè)計計算問題推到國外那一家公司去。    IG-541滅火系統(tǒng)的設(shè)計計算是否必須進行？設(shè)計計算要解決的核心問題又何在呢？    IG-541是單相氣體流，為了盡量減小儲存容器的容積，就必須盡可能地提高儲存壓力。現(xiàn)在通用的儲存壓

26、力為15Mpa。與此同時，為了減小IG-541在管道內(nèi)傳輸過程中的壓力，又必須在儲罐出口處通過減壓單向閥將壓力從15MPa快速減小到7 MPa。然后再進入集流管。與其它固定滅火系統(tǒng)相比較，IG-541 滅火系統(tǒng)不僅系統(tǒng)壓力高、管網(wǎng)尺寸也龐大得多。此外，即使是在設(shè)計計算條件下，噴嘴出口處的壓力也需要降到近2MPa?？梢?，壓力下降的幅度非常之大。壓力大幅度下降帶來的必然結(jié)果是：IG-541氣體在管道中流動的同時，其體積迅速膨脹，因而在管徑不變的管道中，質(zhì)量流量不變的條件下，隨著管長的增加，IG-541在管道中的體積流量和流速都將迅速增大。當管長增加到某一數(shù)值時，流速就會達到音速

27、。一旦某一管段中的某個截面的流速達到了音速，就會出現(xiàn)“音障”阻礙流體流動，流速突破音障時還將產(chǎn)生劇烈的“爆震”。這兩種現(xiàn)象都可能給系統(tǒng)造成嚴重破壞，甚至失去滅火能力。    目前，我國已建成的一些IG-541滅火系統(tǒng)集流管中未設(shè)減壓孔板，其結(jié)果是開始噴放時管道中的瞬時壓力特別高、壓降特別大，高壓在較長的管道中渲泄時體積流量和流速也隨之增加，且增大的梯度也相當大。因此，這種不設(shè)孔板的設(shè)計方案會帶來整個系統(tǒng)的沿程壓降梯度都相當大、爆震問題也特別嚴重。但是，這一問題一直未得到國內(nèi)同行的充分注意。    此外，由于IG-5

28、41的管網(wǎng)一般都比較龐大，干管和支管一般都比較長，所以國外IG-541滅火系統(tǒng)的集流管中除了必須采用減壓孔板外，通常還要將孔板下游主干管的管徑加粗，用以降低IG-541在干管中的流速。理論計算表明：產(chǎn)生爆震的管道長度與管徑成正比。即管徑越大，產(chǎn)生爆震的危險越小。遺憾地是：迄今，還有些人對這一問題的嚴重性認識不足。甚至還有人說：“不至于那么嚴重吧，超音速？哪至于？”    現(xiàn)在來看一個示例：某個典型的IG-541滅火系統(tǒng)，其儲存壓力為15 MPa，減壓單相閥出口壓力為7 MPa，集流管管徑為100mm，設(shè)計時考慮兩種情況：分別代表集流管

29、中設(shè)和不設(shè)減壓孔板。    1  集流管中不設(shè)減壓孔板：為了便于比較，假定設(shè)計工況下，在集流管應(yīng)設(shè)孔板處的斷面上壓力為3.5MPa，瞬時流量為平均流量1200kg/min，這時集流管中應(yīng)設(shè)孔板斷面的下游1.33m處的流速就已經(jīng)達到了音速。    2  集流管中設(shè)減壓孔板：如果同一系統(tǒng)在集流管中安裝了應(yīng)有的減壓孔板，在集流管管徑不變的條件下，達到音速的管長可增大6倍。如果更進一步，再將孔板下游集流管的管徑增大，則達到音速的臨界管長會隨著管徑的增大成正比增加。從上海市地方標準惰性

30、氣體IG-541滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程條文說明中的IG-541滅火系統(tǒng)管道流量允許范圍表內(nèi)即可清楚地看出，對于不同管徑的各類管材，管徑相同且管長分別為30.5m和6.1m時，亦即管長增大到原來的6倍時，該管段允許的最大體積流量也增大了6倍?？梢娫贗G-541滅火系統(tǒng)中流速大是一個突出特點，并且很容易產(chǎn)生音障和爆震。這種情況絕對不能忽視。    我國已建成的許多IG-541系統(tǒng)都忽視了這個問題。其突出表現(xiàn)是在集流管中未設(shè)減壓孔板，并且忽視了孔板下游集流管的管徑是否該加大的問題，從而導(dǎo)致IG-541在下游管道中快速降壓和流速迅速增大，以至噴放時產(chǎn)生爆震的問題比較普

31、遍也相當嚴重。    由此可見， IG-541滅火系統(tǒng)必須進行嚴格設(shè)計計算，否則可能產(chǎn)生的嚴重問題也就十分明顯了。    另一方面，國外在設(shè)計IG-541滅火系統(tǒng)時都要求進行設(shè)計計算。由于IG-541滅火系統(tǒng)是單相氣體流動，而且在1分鐘左右的噴射過程中管網(wǎng)中的壓力和流量都同時迅速下降，要保證IG-541能在適當時間內(nèi)以適當?shù)膲毫土髁繃娚涞奖Ｗo區(qū)內(nèi)，其流體力學(xué)計算過程要比水滅火系統(tǒng)復(fù)雜得多。因而，不進行足夠精確的設(shè)計計算，就無法確保滅火系統(tǒng)能按規(guī)范要求進行工作。這也就是國外標準中迄今不公開設(shè)計計算方法，一

32、直為個別公司的設(shè)計計算方法保密以便維護其技術(shù)壟斷地位的主要原因。    這也是我國獨立解決了IG-541設(shè)計計算方法和開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的IG-541滅火系統(tǒng)設(shè)計計算軟件的重大意義之所在。    有了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計計算軟件，不僅解決了我國國內(nèi)所有IG-541滅火系統(tǒng)的質(zhì)量保證問題，同時還解決了我國設(shè)計單位設(shè)計國外IG-541滅火系統(tǒng)的知識產(chǎn)權(quán)問題。打破IG-541滅火系統(tǒng)設(shè)計計算方法的國際壟斷，還意味著我國的設(shè)計部門可直接打入國外IG-541滅火系統(tǒng)的設(shè)計市場，我國的IG-541硬件產(chǎn)品也可隨之進入國外

33、消防工程市場，從而可帶來巨大的經(jīng)濟效益。對此我們必須有充分的認識。    八、IG-541滅火系統(tǒng)設(shè)計計算要解決的核心問題    從以上分析可見，IG-541滅火系統(tǒng)必須進行設(shè)計計算的主要原因有二：其一是防止發(fā)生爆震；其二是傳統(tǒng)流體力學(xué)計算。這也就是IG-541滅火系統(tǒng)設(shè)計計算要解決的核心問題。    1 首先來看防止發(fā)生爆震問題。    由于IG-541在管網(wǎng)內(nèi)是單相氣態(tài)流動，所以計算時可按計入摩擦損失的等熵絕熱流動過程處理

34、。    等熵絕熱過程方程為      P/K = N（常數(shù)）        P 壓力         密度    對于IG-541     N=593.38    &#

35、160;   K=1.447    隨著壓力的下降，氣體體積迅速膨脹。所以同一管段中，下游體積流量和流速都要比上游大。管段越長，產(chǎn)生音障的危險越大。所以在IG-541滅火系統(tǒng)的設(shè)計計算中，管段的管長因受到音障的限制而變成極為敏感的一個參數(shù)。    首先應(yīng)計算各管段上游節(jié)點處流速的馬赫數(shù)（馬赫數(shù)M=流速/音速）    M 流體在管段上游節(jié)點處的馬赫數(shù)    M=3.972Q/D2n Tn0

36、.5=V/(KRTn)0.5=4Q/Dn(KR Tn)0.5    Q 管段流量  （kg/s）    D 管徑  (m )    f  摩擦系數(shù)  f=1/41.74-2log(0.2/D)2    n管段上游節(jié)點處的密度   (kg/m3)    

37、;Tn管段上游節(jié)點處的溫度  (K)    Tn=4.098Pn /n        (K)    Pn管段上游節(jié)點處的壓力    代入后       M=0.0662 Q/D2n Q/D2n(4.098 Pn /n)= 0.0327QN1/K/D2

38、Pn(1+l/K)/2     即流體在管段上游節(jié)點處的馬赫數(shù)     M=13.847Q/(D2 Pn0.845)    由此式可見：流量大、管徑小和壓力低時管段的馬赫數(shù)就大，達到音障的危險也就越大。同時還應(yīng)注意到：流體在管段上游節(jié)點處的馬赫數(shù)不僅不能達到1，而且還應(yīng)為流體在管段下游膨脹產(chǎn)生的流速增加留有余地。所以設(shè)計IG-541滅火系統(tǒng)時還應(yīng)對管段的臨界長度進行校驗。    臨界長度 

39、0;  Lmax=(1-M2)/1.517M2+0.8276ln1.2585M2/(1+0.2585M2)D/4f (mm)    即使流體在管段上游節(jié)點處的馬赫數(shù)未達到1，當管段的長度超過這一臨界長度時也會因達到音速而產(chǎn)生音障并且在突破音障時會發(fā)生爆震。    上海市地方標準惰性氣體IG-541滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程條文說明中的IG-541滅火系統(tǒng)管道體積流量允許范圍表內(nèi)的數(shù)值就是根據(jù)這一原理生成的，而且從表中的數(shù)據(jù)可明顯看出，管徑不變的條件下不產(chǎn)生爆震所允許的極限體積流量與管長成反比。正

40、是上述臨界長度的公式定量地反映了這一關(guān)系?；蛘哒f，表面上看大量數(shù)據(jù)來歷頗為神秘的IG-541滅火系統(tǒng)管道體積流量允許范圍表中的數(shù)據(jù)都與這一關(guān)系式直接相關(guān)。    2 管網(wǎng)沿程損失和局部損失的計算問題    曾經(jīng)有一種流行的看法認為：因為 IG-541滅火系統(tǒng)是單相氣體流動，所以就可以省去管網(wǎng)壓力損失的設(shè)計計算。    事實上，由于IG-541在氣體滅火系統(tǒng)中工作壓力最高，噴射時壓降梯度也很大。設(shè)計計算時系統(tǒng)壓力從15MPa的儲存壓力一直降到噴口處接近2MP

41、a。造成大幅度壓降的原因正是管網(wǎng)的沿程損失和局部損失。此外，與其它滅火系統(tǒng)有巨大不同的一點是：IG-541滅火系統(tǒng)的局部損失與沿程損失相比所占比例要大的多，往往是“不算不知道，一算嚇一跳！”不進行精確的管網(wǎng)計算，不僅無法確保不發(fā)生爆震問題，而且無法保證噴口壓力和噴射時間這兩項基本設(shè)計要求。    顯然，難題主要在于如何才能快速、精確地進行這一計算。這一技術(shù)一直被國外某一家公司所壟斷。    天津市兆龍軟件開發(fā)有限公司是我國唯一專業(yè)從事消防工程設(shè)計軟件開發(fā)的高新技術(shù)企業(yè)。由兆龍公司獨立開發(fā)并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的消防工程

42、CAD在國內(nèi)已具有較大影響。經(jīng)過兩年的艱苦努力，我們最近又成功地開發(fā)了IG-541滅火系統(tǒng)的設(shè)計計算軟件并已在2003年5月在國家版權(quán)局登記獲得了知識產(chǎn)權(quán)。因此，我國的IG-541滅火系統(tǒng)的設(shè)計計算方法已經(jīng)獲得解決，設(shè)計計算軟件即將投放市場。設(shè)計單位可用此軟件極為方便地對均衡和非均衡IG-541滅火系統(tǒng)進行精確的設(shè)計計算，并能打印出詳盡的設(shè)計計算書。    九、 設(shè)計計算過程    1滅火劑設(shè)計用量    IG-541滅火劑設(shè)計用量按下式計算：  

43、;  M=2.303 Vs /S×log(100/100-C)×V×K        （1）    式中：  M滅火劑設(shè)計用量（m3）；    SIG-541過熱蒸汽比容（m3/kg），可由下式求得:S=0.65799+0.00239T，    T防護區(qū)內(nèi)預(yù)期最低環(huán)境溫度（）；  

44、0; C滅火劑設(shè)計濃度；    V防護區(qū)的凈容積（m3）；    VS20時滅火劑的比容， 0.707m3/kg。    K海拔高度系數(shù)。當防護區(qū)所處位置高度的大氣壓與標準大氣壓之差超過11%時，應(yīng)考慮海拔高度修正系數(shù)的影響。    K=5.3788x10-9 H-1.1975 x10-4H+1    其中H為海拔高度（m）   

45、; 確定滅火劑設(shè)計濃度時，應(yīng)符合以下規(guī)定：    A撲滅可燃液體火災(zāi)、可熔化固體火災(zāi)、可燃氣體火災(zāi)、可燃固體的表面火災(zāi)、電氣火災(zāi)的最小設(shè)計濃度應(yīng)為37.5%；    B部分可燃液體的最小設(shè)計濃度可按上海市IG-541設(shè)計規(guī)程中的附錄B確定；    C經(jīng)常有人工作的防護區(qū)的最大設(shè)計濃度為43%，并應(yīng)在防護區(qū)預(yù)期最高環(huán)境溫度條件下按（1）式進行復(fù)核。    D存在多種可燃物時，滅火劑的設(shè)計濃度應(yīng)根據(jù)可燃物中數(shù)量較多、火災(zāi)危險性較大

46、的可燃物的設(shè)計濃度來確定；    E對有爆炸危險的防護區(qū)應(yīng)采用惰化濃度。部分可燃物的最小惰化濃度可按上海市設(shè)計規(guī)程中的附錄C確定。    F當防護區(qū)為不間斷保護的重要場所，或者在48小時內(nèi)補充滅火劑有困難者，應(yīng)設(shè)置備用量。備用量應(yīng)為100%滅火劑設(shè)計用量。    G上海市IG-541設(shè)計規(guī)程中還規(guī)定：IG-541滅火系統(tǒng)儲存容器和管網(wǎng)中的剩余量不予計算。    2平均設(shè)計流量    滅火劑的噴放時

47、間應(yīng)保證在60秒內(nèi)達到最小設(shè)計濃度的95%。不同設(shè)計濃度下的噴射時間可按下面給出的附表確定： 附表  IG-541滅火劑的噴射時間濃度%（V/V）時間（s）濃度%（V/V）時間（s）37.530.040.857.537.832.541.160.038.135.041.462.538.437.541.765.038.740.042.067.539.042.542.370.039.345.042.672.539.647.542.875.039.950.043.177.540.252.543.480.040.555.0      

48、   （1）主干管的平均設(shè)計流量    Qm=M/t （ kg/min）   (2)    式中，M防護區(qū)設(shè)計用量, kg          t噴放時間，min    （2）單個噴頭的平均設(shè)計流量       Qp=Qm

49、/Np   ( kg/min)     (3)     式中，Np噴頭總數(shù)。 個           Qm主干管的平均設(shè)計流量。    （3）各支管的平均設(shè)計流量           

50、60;       Np                Qz=Qp  (kg/min)     (4)                   1     Np該支管流程下游的噴頭數(shù)量。     Qp單個噴頭的平均設(shè)計流量(