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(jù)氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，對七氟丙烷有管網(wǎng)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(shè)計中七氟丙烷滅火系 統(tǒng)常用的管道輸送距離范圉。 關(guān)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(shè)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(yīng)用比較廣泛。隨著氣 體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范1(以下簡稱氣規(guī))的發(fā)布，目前國內(nèi)常用的兒種 鹵代烷哈龍?zhí)娲鷼怏w滅火系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)有了權(quán)威的設(shè)計技術(shù)依據(jù)。III于氣體滅火 系統(tǒng)中的滅火介質(zhì)是預(yù)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

2、身的蒸氣壓輸送， 所以儲存容器的大小、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(yīng)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(jù)氣規(guī)中的相關(guān)規(guī)定對七氟丙 烷有管網(wǎng)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 2. 1七氟丙烷滅火系統(tǒng)簡介 七氟丙烷滅火系統(tǒng)中的滅火介質(zhì)為七氟丙烷(CF3CHFCF3),是無色、兒乎 無味、毒性較低、不導(dǎo)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，其對臭氧層的損耗潛能值ODP二0,溫室效應(yīng)潛能值GWP二0.6, 在大氣

3、中存留壽命ALT二31年。在U前國內(nèi)常用的兒種鹵代烷哈龍?zhí)娲鷾缁饎┲?七氟丙烷的滅火效能是較優(yōu)的。七氟丙烷對人體產(chǎn)生不良影響的無毒性反應(yīng) (NOAEL)濃度為9%,并允許在有毒性反應(yīng)(L0AEL)濃度(10. 5%)下人員暴露 1分鐘。七氟丙烷常用的滅火設(shè)計濃度大都不超過有毒性反應(yīng)濃度值，因此七氟丙烷可以應(yīng)用在有人的工作場所。 2. 2求解七氟丙烷滅火系統(tǒng)管道輸送距離 2. 2. 1七氟丙烷滅火系統(tǒng)管網(wǎng)計算 山于貯壓式七氟丙烷滅火系統(tǒng)是釆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，故貯壓式七氟內(nèi)烷滅火系統(tǒng)噴放 過程是定容積蓄壓氣體在自山膨脹下輸送滅火劑，形成不

4、定流，不定壓的隨機流 動過程。滅火劑在管網(wǎng)內(nèi)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(shè)計應(yīng)用精度條件下，對七氟丙烷的管流汁算進行簡化處理，并規(guī)定七氟丙烷 滅火系統(tǒng)管網(wǎng)阻力損失采用過程中點時儲存容器內(nèi)壓力和平均設(shè)計流量進行計 算。 過程中點時儲存容器內(nèi)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(nèi)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。 DPV(1)2 Is 獷=戒（1）卩 y P =P 一為尸士P （引、 py_小獷=戒(1-2) 卩p -yP a Vd 式中 |Q

5、_三胃道設(shè)計軽g/s）； Q| D -南徑（叭。j- 山于七氟丙烷滅火系統(tǒng)滅火劑在管網(wǎng)內(nèi)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(shù)要求和系統(tǒng)管網(wǎng)計算方法，所以在系統(tǒng)設(shè)計時需要設(shè) 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 一條件規(guī)定了噴頭工作壓力計算結(jié)果的要求：一級增壓儲存容器的系統(tǒng)PcO. 6 （MPa,絕對壓力）；二級增壓儲存容器的系統(tǒng)PcMO. 7 （MPa,絕對壓力）；三 級增壓儲存容器的系統(tǒng)PcMO. 8 （MPa,絕對壓力）；PcMPm/2 （MPa,絕對壓力）。 同時為了保證七氟丙烷在管網(wǎng)中的流動性能要求及系統(tǒng)管網(wǎng)計算方法上的 要求，氣規(guī)中

6、規(guī)定“管網(wǎng)的管道內(nèi)容積，不應(yīng)大于流經(jīng)該管網(wǎng)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 111（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(yīng)用是可以準確求得這段管道直線長度的。山過程中點時儲存 容器內(nèi)壓力Pm計算公式（1）式、系統(tǒng)噴放前全部儲存容器內(nèi)的氣相容積0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(nèi)壓 力Pm是受管網(wǎng)管道的內(nèi)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(shè)計過程基本完成的情況下，Lg

7、未定，Vp也亦未定，Pm也即未定。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(yīng)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Lgo 因此筆者換其做法：以上海市工程建設(shè)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(shè)定防護區(qū)參數(shù)，按氣規(guī)中七氟丙烷滅火系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)定計算滅火 劑用量、確定滅火劑儲瓶型號及數(shù)量、布置噴頭、布置管

8、網(wǎng)和初選管徑。 b. 計算集流管的管道內(nèi)容積Vj和防護區(qū)內(nèi)除主干管外的管網(wǎng)管道內(nèi)容積 Vf,按（7）式計算80%的流經(jīng)管網(wǎng)七氟丙烷儲存量體積Vq。 式中匚 通的舷管網(wǎng)七氟丙烷儲存量體積（詢；Q ； 滅火設(shè)計用量0；Q 2 V# 七氟丙烷液體密度（kg/ih3）, 2LC時為1407kg/m5o匸 c. 以Vq減去Vj和Vf就可求出主干管的內(nèi)容積Vg；由Vg除以主干管的 內(nèi)截面積，即可初步得出主干管的長度Lg。 d. 以已經(jīng)初步得出的主干管長度Lg,依據(jù)前述的氣規(guī)中的相關(guān)規(guī) 定進行管網(wǎng)計算，計算出噴頭處的工作壓力Pc。 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)

9、對管網(wǎng)計算結(jié)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(nèi)壓力Pm的二分之一。 f. 若PcPc,且Pc Pm/2,則說明噴頭工作壓力滿足要求；且在系統(tǒng) 管網(wǎng)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(wǎng)的管徑適 當減小后，再重復(fù)步驟b、e,逐步逼近最后得出Lg的真值。 g. 若 PcPC 或者 PC h. 若Pc二Pc,或者Pc =Pm/2則說明Lg已經(jīng)達到從集流管出口至防護 區(qū)一級支管的系統(tǒng)干管直線距離的最大極限值，即得出了 Lg的真值。 i. 求得Lg的極限值后加上防護區(qū)內(nèi)除主干管外的管道輸送距離Lf即可得 出七氟丙烷滅火系統(tǒng)從集流管出口到最遠噴頭的管道直線距離Lz

10、的最大極限 值。 2.3影響七氟丙烷滅火系統(tǒng)管道輸送距離的因素 影響七氟丙烷滅火系統(tǒng)管道輸送距離的因素比較多，如滅火設(shè)計濃度、防護 區(qū)大小、海拔修正系數(shù)、噴放時間、儲存容器增壓壓力、單個儲存容器容積、儲 存容器數(shù)量、單位容積充裝量、管網(wǎng)的管道內(nèi)容積、噴頭布置、管徑選擇、管道 長度以及管件局部損失當量長度等等。 因氣規(guī)中對七氟丙烷滅火系統(tǒng)管道壁厚未列參考數(shù)值，本文中的計算對 于一、二級增壓系統(tǒng)管道壁厚選用引用七氟丙烷滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程2附錄 C中的數(shù)據(jù)，三級增壓系統(tǒng)管道壁厚選用則引用二氧化碳系統(tǒng)設(shè)訃規(guī)范3 附錄J中高壓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。本文中的彎頭、三通及變徑接頭等管件的局部損失當 量長度引用氣規(guī)條文說

11、明第63頁表1、表2和表3中的數(shù)據(jù)。 2.4七氟丙烷滅火系統(tǒng)管道輸送距離計算研究 2.4.1七氟丙烷滅火系統(tǒng)管道輸送距離計算實例 本部分重點討論管道輸送距離在常用的防區(qū)類型一一電子計算機房防區(qū)中， 在一些典型防區(qū)因大小不同導(dǎo)致管道輸送距離的變化，進而確定工程設(shè)訃中七氟 丙烷滅火系統(tǒng)常用的輸送距離范闈。I前氣規(guī)中規(guī)定的七氟丙烷滅火系統(tǒng)儲 存容器的增壓壓力等級為三級：一級2. 5+0. IMPa （表壓），二級4. 2+0. IMPa （表 壓），三級5. 6+0. IMPa （表壓）；有管網(wǎng)系統(tǒng)一個防護區(qū)面積不宜大于800 m1, 且容積不宜大于3600m3o限于篇幅，本文以長X寬X高為20 x

12、20 x4. 5m的電子計 算機房防護區(qū)三級增壓系統(tǒng)為實例對象，列出管網(wǎng)計算圖及管網(wǎng)汁算表，進行驗 證管道輸送距離的極限值。其余防區(qū)大小及不同增壓壓力等級的電子計算機房防 護區(qū)計算方法相同，僅列出筆者的計算結(jié)果以供探討。所有算例防區(qū)設(shè)訃計算公 式均釆用氣規(guī)中的相關(guān)公式。三級增壓系統(tǒng)實例管網(wǎng)計算圖見圖1 ,三級增 壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)表見表1、三級增壓系統(tǒng)管網(wǎng)計算表見表2。 rn 圖1三級增壓七氟丙烷系統(tǒng)管網(wǎng)計算圖 表1三級增壓七氟丙烷系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)表 表1三級増壓七麗1烷系統(tǒng)設(shè)計卻表S 防區(qū)諏0嘰 400 . 滅火列儲存童位Ox）八 1225.162 防區(qū)鬲度）八 4. 5.1 計入敢1余屋后的佬新教

13、$（只）、 24., 1800. 克綾星q（k/m,）, 425.40 屜假斥境溫慮代） 20, 笊涼嘗邕辰度6） 、 6.690 滅火龐計祿度（ .1 8.1 篥統(tǒng)七績丙烷儲存基陽E）.， 0.8111 .1 忍檢慘正無數(shù)K . I., 氛紐旨冏的杳遜內(nèi)容積 6）.、 0.G278 , 噴放時間t（5）.1 8.1 臣統(tǒng)全那儲存容黔內(nèi)的氣用總?cè)蓁滓卜溃?1 2.0032 .1 絕對額定增碗力P（聆）， 5. 7.1 過棧中點肘蹄容券內(nèi)壓力P期打.1 9.7物承妥肉壓的允許壓甥巳（Pa）. 1200., 滅火知呂網(wǎng)內(nèi)軻余呈侖?：仗6） 0.1 階護送世壓口面枕層曲兒 0.6177 a 邑、 段

14、八 旨徑 DM. Own) 內(nèi)徑 DGnnO 債度 L(jti) .1 當屋 lM 旨段段 計炕呈 Q CL/S） 單盤長度比 伽 防區(qū)面稼nO 防區(qū)高度(砧丫 焰壓質(zhì)力(疥八 鑰送距戀5). 結(jié)果釣來條作 1.1 800., 4.50 5.6. 425.40 58. 933 2.1 400.1 4.50 .1 5.6 1 425.40 ,i &4. 280 .1 Pe 3. 200., 4.50 八 5.8、 425.40 &3. 940 、 嘰. 4.1 100.1 4.50 八 5.6.1 425.40 .1 53. 973 .1 % 5.、 50 , 4.50 5.8、 425.40

15、八 42. 975 嘰 6.1 $00.1 4.50 4.2.1 425.40 52. 132 .1 % 7. 400. 4.50 4.2, 425.40 59.238 , 嘰 8.3 200. 4.50 八 4.2, 425.40 56. &99 ， 3. 100. 4.50 八 4.2, 425.40 , 47. 334 嘰、 10. 50 , 4.50 4.2八 425.40 41. 330 嘰 Hi 800,. 4.50 . 2.5, 一. 一 12. 400. 4.50 . 2.5, 425.40 45. 996 P 623. 52 41. 597 嘰， X SOO., 4. 50、

16、 4.2.、 623. 52 4S. Si 7 .r 7.1 400.1 4. 50 .1 4. 2.、 623. 52 .1 3. 723 ,i 齊 200., 4. 50 八 4.2.、 623. 52 9&. 7&2 .n 嘰， 3.1 100.1 4.50 4. 2、 623. 52 32. 667 . IO. 50., 4. 50 八 4.2.、 623. 52 39. 802 . 嘰、 11.1 4oo 4. 50 八 2. 5.、 6 23.52 35. 7S0 ,n 12、 200., 4. 50 . 2. 5.、 623. 52 . 3&. 0&3 嘰， 13.1 100.,

17、 4. 50 2 5.、 623. 52 31.-955 141 50.1 4. 50 .1 2. 5.1 623. 52 .1 28. 495 Pe 1 由表4的計算結(jié)果可知，工程設(shè)計中若采用常用的設(shè)計參數(shù)，三級增圧系 統(tǒng)從集流管出口到最遠噴頭的管道輸送距離范圍為36. 159m、50. 869m,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圉為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. 069m。 3結(jié)束語 經(jīng)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、CO2等氣體滅火系統(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(chǔ)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(jié)果匯總表中可以看出大部分的訃算實例均是限制在“管網(wǎng)的管道內(nèi)容積，不應(yīng) 大于流經(jīng)該管網(wǎng)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(jīng)從根本上限制了管道輸送距離。單純加大系統(tǒng)增壓壓力能夠解決噴頭工作 壓力的約束條