氣體滅火系統(tǒng)管道輸送距離探討

1、氣體滅火系統(tǒng)管道輸送距離探討摘要：依據氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范，對七氟丙烷有管網滅火系統(tǒng)集流管出口到最遠噴頭的管道輸送距離進行探討研究，提出工程設計中七氟丙烷滅火系統(tǒng)常用的管道輸送距離范圍。關鍵詞：七氟丙烷滅火系統(tǒng)，管道輸送距離，氣體滅火系統(tǒng)，工程設計1引言作為傳統(tǒng)四大固定式滅火系統(tǒng)之一的氣體滅火系統(tǒng)，應用比較廣泛。隨著氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范1（以下簡稱氣規(guī)）的發(fā)布，目前國內常用的幾種鹵代烷哈龍?zhí)娲鷼怏w滅火系統(tǒng)設計已經有了權威的設計技術依據。由于氣體滅火系統(tǒng)中的滅火介質是預制在固定大小、固定單位容積充裝量范圍及固定的充裝壓力等級等條件下的儲存容器中，依靠其他氣體增壓或依靠其自身的蒸氣壓輸送，所以儲存

2、容器的大小、單位容積充裝量及充裝壓力等固定條件就從根本上限制了氣體滅火系統(tǒng)的管道輸送距離。從輸送距離這一角度講，只能應用在相對有限的場所。本文針對貯壓式七氟丙烷滅火系統(tǒng)，依據氣規(guī)中的相關規(guī)定對七氟丙烷有管網滅火系統(tǒng)從集流管出口到最遠噴頭的管道直線輸送距離進行探討。2七氟丙烷滅火系統(tǒng)管道輸送距離探討七氟丙烷滅火系統(tǒng)簡介七氟丙烷滅火系統(tǒng)中的滅火介質為七氟丙烷（CF3CHFCF3,是無色、幾乎無味、毒性較低、不導電的滅火劑。七氟丙烷滅火過程具有良好的潔凈性、良好的氣相電絕緣性，具對臭氧層的損耗潛能值ODP=0溫室效應潛能值GWP=0.6在大氣中存留壽命ALT=31年。在目前國內常用的幾種鹵代燒哈龍?zhí)?/p>

3、代滅火劑中七氟丙烷的滅火效能是較優(yōu)的。七氟丙烷對人體產生不良影響的無毒性反應（NOAEL濃度為9%并允許在有毒性反應（LOAEL濃度（10.5%）下人員暴露1分鐘。七氟丙烷常用的滅火設計濃度大都不超過有毒性反應濃度值，因此七氟丙烷可以應用在有人的工作場所。求解七氟丙烷滅火系統(tǒng)管道輸送距離七氟丙烷滅火系統(tǒng)管網計算由于貯壓式七氟丙烷滅火系統(tǒng)是采用了氮氣定容積密封蓄壓方式進行增壓輸送，在七氟丙烷噴放過程中無氮氣補充增壓，故貯壓式七氟丙烷滅火系統(tǒng)噴放過程是定容積蓄壓氣體在自由膨脹下輸送滅火劑，形成不定流，不定壓的隨機流動過程。滅火劑在管網內流動時是以液相為主的氣、液兩相流，其系統(tǒng)流程損失不同于不可壓縮

4、流體，細致的管流計算要采用微分的方法。氣規(guī)中在保證工程設計應用精度條件下，對七氟丙烷的管流計算進行簡化處理，并規(guī)定七氟丙烷滅火系統(tǒng)管網阻力損失采用過程中點時儲存容器內壓力和平均設計流量進行計算。過程中點時儲存容器內壓力Pm計算公式按（1）式計算，系統(tǒng)噴放前全部儲存容器內的氣相容積V0計算公式按（2）式計算，噴頭工作壓力計算公式按（3）式計算。nPV一印匕*心里）47二-1尸土*0）*PTfF2?,一式中4Ig一-磔程中點時儲存容器內壓力鮑Fa絕對壓力力下一_s馬_灰火齊臃存容皤屋正為礪1電施無Y-1_的端屋部儲存容器內的氣容總容積（m/生氟丙烷液體密度（kg/m”2口C時為7k才n?一碎昔存容

5、器的數量（個）Q*E.儲存容器的容量礴一一充裝量白g/m%一5IH抬頭工作應中對壓加2印一一系統(tǒng)防濯阻力總損失煦/平|M二*流程中計算管段的匏量;二主干管平均設計流量計算公式按（4）式，支管平均設計流量計算公式按（5）式中w-快火設計用量也0葉十主干管平均設計流量作可北口，火劑設計噴放時間中不2二管平均設計流量*fe）；，荒一根裝在計算支管F游的噴頭數量行戶Q，單個噴頭的設計流量十?。?氣規(guī)中管網的阻力損失計算公式是以液相流為條件，依據流體力學中的管流阻力計算基本公式和阻力平方區(qū)的尼古拉茨公式，建立的管流計算方法，經過推導、最后簡化而得（6）式式中與S尸Q計算管役阻力根失（fe煦；1管道廿算

6、長度如），為計算管段中沿程長度與局音版失當量長度之和Q管道設計5&酢+D:管道內徑（non。-由于七氟丙烷滅火系統(tǒng)滅火劑在管網內的流動具有氣液兩相流特性，為滿足七氟丙烷滅火系統(tǒng)滅火技術要求和系統(tǒng)管網計算方法，所以在系統(tǒng)設計時需要設定一些先決約束條件來限制流體中氣相部分的相對量。在氣規(guī)中為了保證這條件規(guī)定了噴頭工作壓力計算結果的要求：一級增壓儲存容器的系統(tǒng)Pc0.6（MPa絕對壓力）；二級增壓儲存容器的系統(tǒng)po0.7（MPa絕對壓力）；;級增壓儲存容器的系統(tǒng)Pc0.8（MPa絕對壓力）；PcPm/2（MPa絕對壓力）同時為了保證七氟丙烷在管網中的流動性能要求及系統(tǒng)管網計算方法上的要求，氣規(guī)中規(guī)定

7、“管網的管道內容積，不應大于流經該管網的七氟丙烷儲存量體積的80%。2.2.2求解七氟丙烷滅火系統(tǒng)管道輸送距離計算步驟由（6）式可知，若已知系統(tǒng)管道始端節(jié)點壓力值和末端節(jié)點壓力值，即已知，對（6）逆向應用是可以準確求得這段管道直線長度的。由過程中點時儲存容器內壓力Pm計算公式（1）式、系統(tǒng)噴放前全部儲存容器內的氣相容積V0計算公式（2）式及噴頭工作壓力計算公式（3）式可知，過程中點時儲存容器內壓力Pm是受管網管道的內容積Vp影響的。除集流管出口至防護區(qū)一級支管的系統(tǒng)干管直線長度Lg未定外（本文重點計算研究的就是這一直線長度值），在系統(tǒng)設計過程基本完成的情況下，Lg未定，Vp也亦未定，Pm也即未

8、定。系統(tǒng)干管始端壓力也不能準確求出，即使以氣規(guī)中最小噴頭工作壓力Pc的規(guī)定值為已知條件，求出系統(tǒng)干管末端的壓力值，也不可能對（1）式逆向應用準確求得集流管出口至防護區(qū)一級支管的系統(tǒng)干管直線的長度Lg。因此筆者換其做法：以上海市工程建設規(guī)范2中推薦的一級增壓七氟丙烷滅火系統(tǒng)管道直線輸送距離不宜大于25m為從集流管出口到最遠噴頭的管道直線輸送距離Lz的下限值，然后按下述步驟進行計算、驗算，進而得出從集流管出口到最遠噴頭的管道直線輸送距離。a.設定防護區(qū)參數，按氣規(guī)中七氟丙烷滅火系統(tǒng)的相關規(guī)定計算滅火劑用量、確定滅火劑儲瓶型號及數量、布置噴頭、布置管網和初選管徑。b.計算集流管的管道內容積Vj和防護

9、區(qū)內除主干管外的管網管道內容積Vf,按（7）式計算80%勺流經管網七氟丙烷儲存量體積Vq。一式中9匕一一48疑的耀管網H氟丙烷儲存量體積（m%:,方當蜘更，.1六二口t氟丙烷液體密度（kg/m5）,2OC時為1407kg/mZ/c.以Vq減去Vj和Vf就可求出主干管的內容積Vg；由Vg除以主干管的內截面積，即可初步得出主干管的長度Lg。d.以已經初步得出的主干管長度Lg,依據前述的氣規(guī)中的相關規(guī)定進行管網計算，計算出噴頭處的工作壓力Pc。e.以此Pc值與氣規(guī)中規(guī)定的噴頭最小工作壓力值Pc進行比較；若PcPc,則繼續(xù)對管網計算結果進行精確性的檢驗，即Pc是否大于過程中點時儲存容器內壓力Pm的二分

10、之一。f.若PcPc,且PcPm/2,則說明噴頭工作壓力滿足要求；且在系統(tǒng)管網的管徑可繼續(xù)減小的情況下，Lg還可以進一步增大。對系統(tǒng)管網的管徑適當減小后，再重復步驟be,逐步逼近最后得出Lg的真值。g.若Pc系統(tǒng)金那犍存暮翳內的氣相百容禺M.G2.009絕對額定將任壓力P.（庶65.7.,過程中點時儲存奢暑內壓力E（熟）3.7641俺瓶客松念（L1雙噴頭人口壓力（三吸惜國L$321t單個儲瓶內外火劑制|余星（年、3.5當領孔口面租單位嗤射率工加/上“4L3.9壬口出春的酒60.13716嘖頭警救孔口面積&15）2,25之火火刷段計用星ws.1141.1B2噴丸規(guī)格代號施型用，22儲瓶內火火劑綱

11、命呈白兄伏足64、防護區(qū)建領物承受內壓的允許壓強已值）1200,天火劑百網內剿蒙星必犯防護區(qū)泄壓口面銀0.6177骨A管毀舌役工Cfi(rmO營逢,內役DljnnO皆道,袋度L（jn）,宙樣當量MrL%百段設計笳量JQ（L/S單位度留道阻力栩失山P/LC顆”）售道陽出慣失崎點高程楨空上hG）性點高程壓頭格點.壓力ai-T同.1-I用-1中3.7641.ab.140.140.,O.COO7.6C：5344,0.0043.10,0327,-TrqT*11.7.100翁5,3.7079.bc,im.3.3451.TOTl.物0.00&.I0.0503.1-tCj.1.11.111.?0.0235.1

12、3.&77G.c-d.loo.37t43.謝5ao142.6560.0239.11,乳16,-1dr-1-Il-1400.055212.3343.1d-e,60.74,5COO470n.儂0046,0.23%,.11.1導小400.05522.057e-f,iso.74,50003.1135.6E4,on毓，00503.-TtJI由400055212.04M.f-E-50,4912.5003.3117.3320nM100&461.1hT.1Ei_-14000552,ij&ow,E-h40i2.7003.713.516on即a0.。的4，-1h.1S.1-1-T3.,00525,i.e$2i,百

13、道瞬送距離JL二小坨父九川勺060+55+2./之f土4一25ftn.七氟丙烷滅火系統(tǒng)管道輸送距離計算結果匯總由以上計算結果可知，三級增壓系統(tǒng)的電子計算機房計算實例防護區(qū)集流管出口到最遠噴頭的管道輸送距離Lz=64.280m,采用極限設計參數的全部算例防區(qū)不同大小及不同增壓系統(tǒng)等級的電子計算機房防區(qū)管道輸送極限距離計算結果見表3。所有算例防區(qū)設計時，管網布置均設計成均衡系統(tǒng)。全部防區(qū)除防區(qū)大小、增壓壓力、管徑選擇、結果約束條件外的系統(tǒng)設計條件參數均相同。表3中的結果約束條件VP表示管網的管道內容積達到極限條件；“PC表示噴頭工作壓力達到極限條件。表3七氟丙烷系統(tǒng)極限設計參數管道輸送距離計算結果

14、匯總表3七氟丙烷系統(tǒng)極息設廿哆數管道輸送距離計算結果匯總，他1防區(qū)面銀山），防區(qū)高度（電塔用壓力里Q完裝屋OiiW）幡送距離結果髀束條件1130074,50，工6.425.40,盹物，*，2r4004.5。5XH425.40B4.2303200，4,505.6、425.40S*540*，4,tooI4,5。5.日，425.4053.373vf.550，4.5。5-425.4042.975j史E，800t4.504a2,n425.4052.132*，7r40014.504.2,.425.405/233Vp.i8i200、4,504.2,，425.405&$33h910014,5。432.a425

15、.40,47.3M,明1口.30、4,504金425.4041330的11.,800t4.502.5，1-112,4004,5。2.545,4045,施-13H200，4.5025425.4043,048814.,100i4,5。/2542.40,4!.736,15.,504.502.5h425.40,40,362,售，以上計算結果都是根據筆者前述求解七氟丙烷滅火系統(tǒng)管道輸送距離的計算步驟，經過綜合調整各個設計參數并且將單位容積充裝量限定在氣規(guī)中推薦的初選充裝量的50%即400450kg/m3之間，最終獲得的管道輸送距離極限值。由表3的計算結果可見，在極限設計參數情形下，三級增壓系統(tǒng)從集流管出

16、口到最遠噴頭的管道直線輸送距離范圍為42.975m64.280m,二級增壓系統(tǒng)從集流管出口到最遠噴頭的管道直線輸送距離范圍為41.330m59.238m一級增壓系統(tǒng)從集流管出口到最遠噴頭的管道直線輸送距離范圍為40.362m45.726m從表3計算結果中可以看出一級增壓系統(tǒng)已經不能在接近極限的防區(qū)內使用了。采用噴放時間t=7s,依據七氟丙烷（HFC-227ea潔凈氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范4中在管道阻力損失為0.0030.02MPa/m的范圍內選取管徑的規(guī)定，且單位容積充裝量控制在大于氣規(guī)中推薦的初選充裝量的75%即600kg/m3以上等常用設計參數的算例防區(qū)管道輸送距離計算結果見表4。表4七氟丙烷

17、系統(tǒng)常用設計參數管道輸送距離計算結果匯總表4七麗烷系蜿常用設計多數管道驗送距離計算結黑匯總叫防區(qū)面積（靖），防區(qū)高度（足搏壓壓力（既勒鋪送距離出牛果鱷兔條件1.14.505.6623.525C.S&9X2，400，4,505.6629/9245,129%，3，2QQ,4.505.6623.52，40.6G7%4,1JOi4.505.6623.52口咯159“明.，5,50，4.3。5.6623.52，415$7,%6J8卯，4.504,2，623.52，43,617,T.J4州，4.50，4.2623,52，39.729.1*，8.J20014.504一之.623,52136.7B2a明.，9

18、.JlOO.i4.50*4.2.623,52.132.667.1%10.5O.t4.50.4之1623.52.13S.&02方11.400.4502.5,62S.52135.7E0,12.200，4.50.2.5.62352一，36.06%1$,1也4.50?2.56235231.涵j支504.502.5623.5226.4$5,由表4的計算結果可知，工程設計中若采用常用的設計參數，三級增壓系統(tǒng)從集流管出口到最遠噴頭的管道輸送距離范圍為36.159m50.869ni二級增壓系統(tǒng)從集流管出口到最遠噴頭的管道輸送距離范圍為32.667m43.617m,一級增壓系統(tǒng)從集流管出口到最遠噴頭的管道輸送距離范圍為28.495m36.069m3結束語經過以上計算研究，驗證了貯壓式七氟丙烷滅火系統(tǒng)管道輸送距離相比IG541、CO反氣體滅火系統(tǒng)是比較近的。雖然氣規(guī)在廣東和上海等地方規(guī)范的基礎上新增加了5.6MPa三級增壓等級系統(tǒng)，但從文中的管道輸送距離計算結果匯總表中可以看出大部分的計算實例均是限制在“管網的管道內容積，不應大于流經該管網的七氟丙烷儲存量體積的80%這一條件下的，也就是說這一規(guī)定已經從根本上限制了