高壓二氧化碳消防參考設(shè)計(jì)

1、高壓二氧化碳消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用【關(guān)鍵詞】高壓二氧化碳性能設(shè)計(jì)方法應(yīng)用范圍【提要】本文結(jié)合火力發(fā)電廠、變電站二氧化碳消防系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)特點(diǎn)，全面的論述、介紹了高壓二氧化碳消防系統(tǒng)的各種設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用范圍，并為二氧化碳消防系統(tǒng)在電力工程的應(yīng)用提供了新的思路。1 前言二氧化碳消防系統(tǒng)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)存在和發(fā)展了幾十年，技術(shù)日趨完善，但由于其滅火效能及滅火藥劑濃度和較高的存儲(chǔ)壓力遠(yuǎn)不能與鹵代烷滅火系統(tǒng)相比，加之對(duì)人體有一定的危害性，因此在相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)鹵代烷消防系統(tǒng)一支獨(dú)秀，無(wú)形中限制了二氧化碳消防系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用，自從發(fā)現(xiàn)鹵代烷對(duì)大氣臭氧層巨大的破壞力而被逐步取締，而同時(shí)各種替代系統(tǒng)的研究成果層出

2、不窮的情況下，二氧化碳作為一種潔凈的，對(duì)環(huán)境幾乎不構(gòu)成污染的滅火劑而再一次得到人們的重視，從某種意義講，二氧化碳作為一種廉價(jià)，制取成本低，來(lái)源廣泛，性能價(jià)格比相當(dāng)高，應(yīng)用范圍廣泛，仍然是一種有發(fā)展前途的滅火系統(tǒng)。電力系統(tǒng)600MW火力發(fā)電廠參考設(shè)計(jì)中，將二氧化碳?xì)怏w滅火系統(tǒng)推薦為首選氣體消防系統(tǒng)，就是基于上述優(yōu)點(diǎn)來(lái)考慮的。特別是其經(jīng)濟(jì)性與其他種類的滅火系統(tǒng)相比，占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。不能否認(rèn)，二氧化碳滅火系統(tǒng)也存在著不可忽視的缺點(diǎn)，滅火濃度高；存儲(chǔ)壓力高；在有人場(chǎng)所使用的危險(xiǎn)性等，不得不引起人們的高度重視。眾所周知，對(duì)用于替代鹵代烷氣體滅火系統(tǒng)來(lái)講二氧化碳系統(tǒng)可算是其中之一，其他如INERGEN，七

3、氟丙烷（FM-200）等滅火系統(tǒng)在安全性，滅火濃度，滅火效能等方面均優(yōu)于二氧化碳系統(tǒng)。但由于其較為高昂的價(jià)格，加之目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足，應(yīng)用推廣還需一段時(shí)間的證明。因此，二氧化碳滅火系統(tǒng)仍然充當(dāng)著重要角色。尤其是在火力發(fā)電廠氣體消防系統(tǒng)中會(huì)有較廣泛的應(yīng)用。我們有必要充分掌握其設(shè)計(jì)方法，了解其系統(tǒng)性能。2.系統(tǒng)概述二氧化碳在常溫下為氣態(tài)存在，它的臨界溫度是31.4C臨界壓力7.4Mpa(絕對(duì)壓力)，固、液、氣三相共存點(diǎn)的溫度為-56C，該點(diǎn)的壓力是0.52MPa(絕對(duì)壓力)。在該壓力下液相不復(fù)存在；在該溫度以上固相不復(fù)存在。故在三相點(diǎn)與臨界點(diǎn)之間存于密閉容器中的二氧化碳是以液氣兩相共存的，其壓力

4、隨溫度的升高而增加。二氧化碳作為滅火劑用于消防系統(tǒng)的二氧化碳藥劑通常存儲(chǔ)在鋼瓶中，分為常溫高壓儲(chǔ)存，和低溫低壓儲(chǔ)存。常溫高壓儲(chǔ)存分為三個(gè)級(jí)別：0C -40C；0C -49C；0C -60C。低溫儲(chǔ)存：-20C -18C。由常溫儲(chǔ)存的鋼瓶組成的防護(hù)系統(tǒng)稱為高壓系統(tǒng)，由低溫儲(chǔ)存的鋼瓶組成的防護(hù)系統(tǒng)稱為低壓系統(tǒng)。從系統(tǒng)所針對(duì)的保護(hù)對(duì)象來(lái)分，又可分為局部應(yīng)用系統(tǒng)和全淹沒(méi)系統(tǒng)。從系統(tǒng)的防護(hù)分區(qū)來(lái)分，又可分為獨(dú)立運(yùn)用系統(tǒng)和組合分配系統(tǒng)。從系統(tǒng)的組成形式來(lái)分，又可分為有管網(wǎng)系統(tǒng)和無(wú)管網(wǎng)系統(tǒng)。上述各種系統(tǒng)時(shí)從各種不同角度將二氧化碳系統(tǒng)分類，實(shí)際應(yīng)用中，由于其設(shè)備及其技術(shù)的成熟和進(jìn)步，可根據(jù)保護(hù)對(duì)象不同的條件，

5、主要分為兩大系統(tǒng)：即局部應(yīng)用系統(tǒng)和全淹沒(méi)系統(tǒng)。全淹沒(méi)系統(tǒng)是指二氧化碳從系統(tǒng)中釋放出來(lái)，液態(tài)的二氧化碳大部分被汽化，大約1kg液態(tài)二氧化碳產(chǎn)生0.5M3的二氧化碳?xì)怏w，在被保護(hù)的環(huán)境里擴(kuò)散以至全部充滿封閉空間，形成較為均勻的并高于空間內(nèi)被保護(hù)物的滅火濃度，而不論空間內(nèi)著火部位的滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)保護(hù)的是空間內(nèi)所有物體而不針對(duì)具體的物體。局部應(yīng)用系統(tǒng)與全淹沒(méi)系統(tǒng)不同，從存儲(chǔ)容器釋放出的二氧化碳?xì)怏w通過(guò)噴頭直接、集中地噴放到被保護(hù)對(duì)象上。要求噴放的二氧化碳能夠穿透火焰，在燃燒物表面達(dá)到一定的供給強(qiáng)度，并延續(xù)一定的時(shí)間。為使二氧化碳穿過(guò)火焰而有效滅火，氣相噴放效果甚微，只有液態(tài)的二氧化碳才具備穿透力和滅

6、火效率。本文不對(duì)低壓二氧化碳消防系統(tǒng)作討論。2.1適用范圍和設(shè)計(jì)參數(shù)二氧化碳滅火系統(tǒng)可用于撲救如下火災(zāi)：1） 液體或可熔化的固體（如石蠟，瀝青）火災(zāi)；2） 固體表面火災(zāi)及部分固體（如棉花，紙張）深位火災(zāi)；3） 氣體火災(zāi)（指滅火前可切斷氣源的火災(zāi)）；4） 電氣火災(zāi)；5） 用于火災(zāi)危險(xiǎn)性大的部位及設(shè)備的經(jīng)常性防護(hù)。二氧化碳滅火系統(tǒng)的禁止用于撲救如下火災(zāi)：1） 含氧化劑的化學(xué)制品，如硝化纖維、火藥、過(guò)氧化氫等；2） 活潑金屬，如鉀、鈉、鎂、鈦、鋯等；3） 金屬氫化物，如氫化鉀、氫化鈉等。對(duì)于火力發(fā)電廠和變電站工程中常采用二氧化碳系統(tǒng)對(duì)特殊房間和設(shè)備進(jìn)行消防和保護(hù)，在«火力發(fā)電廠與變電所設(shè)計(jì)

7、防火規(guī)范»GB 50229-96中規(guī)定了氣體滅火系統(tǒng)的使用范圍，其中電子設(shè)備間；控制室；計(jì)算機(jī)房；繼電器室等原使用鹵代烷氣體滅火系統(tǒng)的部位，均可使用二氧化碳滅火系統(tǒng)。除規(guī)范規(guī)定范圍外，汽機(jī)軸承、磨煤機(jī)、煤粉斗、電纜夾層等也可使用或選擇使用二氧化碳進(jìn)行防護(hù)?？傊?，對(duì)于不同的部位或設(shè)備采用何種手段，何種系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，需進(jìn)行多方位慎重的分析和比較二氧化碳滅火作用主要在于窒息，其次是冷卻。當(dāng)二氧化碳從容器中釋放出來(lái)，容器中壓力驟然下降，液態(tài)的二氧化碳瞬間汽化，由于焓降，吸收大量的熱量，溫度急劇下降，當(dāng)其達(dá)到-56C以下，一部分氣相分子轉(zhuǎn)變成固相顆粒，形成干冰，干冰吸收熱量而

8、升華和溫度很低的氣體吸收周圍環(huán)境的熱量，從而起到冷卻作用。另外，籠罩在燃燒物周圍的二氧化碳?xì)怏w還能起到隔熱作用。上述過(guò)程在二氧化碳滅火機(jī)理中起次要作用。二氧化碳的主要滅火作用為降低燃燒物周圍的氧含量，從而起到窒息作用，當(dāng)空氣中氧氣的含量低于15%時(shí)，燃燒不能繼續(xù)。二氧化碳-空氣混合氣體中物質(zhì)維持燃燒的極限氧含量見(jiàn)表1：表1.燃料甲烷乙烷丙烷丁烷庚烷己烷汽油乙烯天然氣苯氫一氧化碳甲醇乙醇乙醚二硫化碳極限氧含量（體積%）14.613.414.314.514.414.514.411.714.413.95.95.913.513138已知極限含量,可計(jì)算出某物質(zhì)的二氧化碳滅火濃度：C=（21-O2）/2

9、1100 （1）式中：C-二氧化碳滅火濃度，（體積%） O2-二氧化碳空氣混合氣體中某物質(zhì)維持燃燒的極限氧含量（體積%） 21-指一般空氣中的氧含量，（體積%）根據(jù)上述公式計(jì)算出的結(jié)果僅為理論上的，與實(shí)際測(cè)定的結(jié)果有一定的差距，尤其是對(duì)于固體燃燒物，其差別更大。這是因?yàn)殡m然熱產(chǎn)生率與物性有關(guān)，但熱散失率卻與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。因此，最終滅火濃度的確定應(yīng)針對(duì)燃燒對(duì)象通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。規(guī)范規(guī)定“二氧化碳設(shè)計(jì)濃度不應(yīng)小于滅火濃度的1.7倍,并不得低于34%”。各可燃物二氧化碳的設(shè)計(jì)濃度及滅火抑制時(shí)間按下表采用：表2.可燃物Kb設(shè)計(jì)濃度（%）抑制時(shí)間（min）丙酮1.0034-乙炔2.5766-航空燃料1

10、15#/145#1.0536-粗笨（安息油、偏蘇油）苯1.1037-丁二烯1.2641-丁烷1.0034-丁烯-11.1037-二硫化碳3.0372-一氧化碳2.4364-煤氣或天然氣1.1037-環(huán)丙烷1.1037-柴油1.0034-二乙基醚1.2240-二甲醚1.2240-二苯與氧化物的混合物1.4746-乙烷1.2240-乙醇1.3443-乙醚1.4746-乙烯1.6049-二氯乙烯1.0034-環(huán)氧乙烷1.8053-汽油1.0034-己烷1.0335-正庚烷1.0335-正辛烷1.0335-氫3.3075-硫化氫1.0636-異丁烷1.0636-異丁烯1.0034-甲酸異丁酯1.003

11、4-航空煤油JP-41.0636-煤油1.0034-甲烷1.0034-醋酸甲酯1.0335-甲醇1.2240-甲基丁烯-11.0636-甲基乙基酮（丁酮）1.2240-甲酸甲酯1.1839-戊烷1.0335-石腦油1.0034-丙烷1.0636-丙烯1.0636-淬火油（滅弧油）、潤(rùn)滑油1.0034-纖維材料2.256220棉花2.005820紙張2.256220塑料（顆粒）2.005820聚苯乙烯1.0034-聚氨基甲酸酯1.0034-電纜間和電纜溝1.504710數(shù)據(jù)存儲(chǔ)間2.256220電子計(jì)算機(jī)房1.504710電氣開(kāi)關(guān)和配電室1.204010帶冷卻系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)2.0058至停轉(zhuǎn)止油浸

12、變壓器2.0058-數(shù)據(jù)打印設(shè)備間2.256220油漆間和干燥設(shè)備1.2040-紡織機(jī)2.0058-電氣絕緣材料1.504710皮毛儲(chǔ)存間3.307520吸塵裝置3.307520上表中未列出的可燃物，其滅火濃度應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。Kb=ln（1-C）/ln（1-0.34）（2）式中：Kb-物質(zhì)系數(shù)C-某物質(zhì)的二氧化碳滅火濃度3系統(tǒng)設(shè)計(jì)上文提到從系統(tǒng)形式上來(lái)講二氧化碳消防系統(tǒng)最終歸結(jié)為局部應(yīng)用系統(tǒng)和全淹沒(méi)系統(tǒng)。3.1 全淹沒(méi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1 全淹沒(méi)系統(tǒng)適用范圍全淹沒(méi)二氧化碳消防系統(tǒng)系統(tǒng)在電廠和變電所均有應(yīng)用對(duì)象,電廠中的全淹沒(méi)系統(tǒng)一般將幾個(gè)分區(qū)統(tǒng)一考慮設(shè)計(jì)為組合分配系統(tǒng),如集中控制樓或單元控制樓中

13、的電子設(shè)備間、控制室、計(jì)算機(jī)房、繼電器室、電纜夾層，變電站的室內(nèi)變壓器等。電廠的電纜隧道也可考慮使用二氧化碳消防，而且由于其火災(zāi)危險(xiǎn)性高，滅火難度大，屬無(wú)人場(chǎng)所，加之，對(duì)于電廠電纜隧道的消防一直未能找到有效的方法。常規(guī)的方法是采用阻燃電纜，局部封堵，或在隧道中再加上懸掛式鹵代烷1211滅火器。鹵代烷滅火器國(guó)家公安部已有明令規(guī)定，由于1211為破壞大氣臭氧物質(zhì)，因此在非必要場(chǎng)所已禁止使用。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，建議設(shè)計(jì)者最好不用此類滅火器。根據(jù)來(lái)自電廠的信息顯示，電廠電纜夾層和電纜隧道的火災(zāi)發(fā)生率是很高的，撲救難度大，尤其是電纜隧道，火災(zāi)發(fā)生時(shí)毒性煙霧很重，很難判定著火點(diǎn)，加之人員無(wú)法進(jìn)入隧道

14、，所以一直是一個(gè)消防難題。采用全淹沒(méi)式高壓二氧化碳消防系統(tǒng)，可以對(duì)重點(diǎn)隧道段實(shí)施有效的針對(duì)性防護(hù)，從而大大減少火災(zāi)損失，是十分有意義的。隨著設(shè)計(jì)觀念的不斷更新，模塊化，分散控制的設(shè)計(jì)模式已開(kāi)始引入大型火力發(fā)電廠和變電所的設(shè)計(jì)中，這樣有利于節(jié)省系統(tǒng)投資，便于管理。這對(duì)于高壓二氧化碳?xì)怏w消防系統(tǒng)來(lái)講，相對(duì)于低壓二氧化碳系統(tǒng)可能更為適用。因?yàn)樾碌脑O(shè)計(jì)理念的引入，導(dǎo)致被保護(hù)對(duì)象的分散，從而增加系統(tǒng)的數(shù)量，由于高壓二氧化碳系統(tǒng)的日常維護(hù)較低壓系統(tǒng)簡(jiǎn)單容易得多。當(dāng)然由，氣體消防系統(tǒng)的投資有可能增加，但對(duì)于電廠總體來(lái)講還是節(jié)約的。3.1.2 保護(hù)區(qū)的封閉要求對(duì)于一個(gè)封閉空間內(nèi)的對(duì)象進(jìn)行全面保護(hù)時(shí)應(yīng)采用全淹沒(méi)

15、系統(tǒng)，保護(hù)區(qū)的開(kāi)口是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題，因?yàn)殚_(kāi)口是滅火劑流失的重要根源，當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)的開(kāi)口總面積超過(guò)保護(hù)區(qū)的總表面積的3%時(shí)就不適宜適用全淹沒(méi)系統(tǒng)而應(yīng)采用局部應(yīng)用系統(tǒng)，這樣更經(jīng)濟(jì)合理。由于常溫常壓條件下二氧化碳的比重比空氣重1.5倍，因此保護(hù)區(qū)的底部是不允許開(kāi)口的。對(duì)于深位火災(zāi)，不允許在滅火過(guò)程中出現(xiàn)側(cè)面開(kāi)口，否則滅火劑會(huì)流失。雖然全淹沒(méi)系統(tǒng)對(duì)封閉空間的定義和要求都很嚴(yán)，但在封閉空間內(nèi)還必須按規(guī)定設(shè)置泄壓口，因?yàn)槎趸荚卺尫艜r(shí)的壓力是很大的。為此，應(yīng)根據(jù)建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的允許壓強(qiáng)保留或設(shè)置適當(dāng)?shù)拈_(kāi)口。其計(jì)算公式如下：AX=0.45Q/P1/2（3）式中：AX-泄壓面積（m2）Q-二氧化碳噴放速率（

16、kg/s）P-維護(hù)結(jié)構(gòu)的允許壓強(qiáng)（Pa）允許壓強(qiáng)選?。簶?biāo)準(zhǔn)建筑P=2.4kPa；高層建筑和輕型建筑P=1.2kPa；地下建筑P=4.8kPa。3.1.3 全淹沒(méi)系統(tǒng)二氧化碳的設(shè)計(jì)用量決定二氧化碳設(shè)計(jì)用量的主要因素是設(shè)計(jì)滅火濃度，被保護(hù)區(qū)的體積及表面積亦會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)用量產(chǎn)生影響。二氧化碳用量計(jì)算公式如下：W=Kb（0.2A+0.7V）（4）A=Av+30Ak（5）V=Vg+Vn（6）式中：W-二氧化碳設(shè)計(jì)用量（kg）；Kb-物質(zhì)系數(shù)(根據(jù)表1選取)；Av-保護(hù)區(qū)的總表面積，包括內(nèi)側(cè)面、底面、頂面（包括開(kāi)口）的總面積（m2）。Ak-開(kāi)口的總面積（m2）。Vg-保護(hù)區(qū)的凈容積（m3）。Vn-通風(fēng)帶來(lái)的附

17、加體積（m3）。其值的計(jì)算，指在二氧化碳噴放時(shí)間和滅火必須保持的抑制時(shí)間內(nèi)，通過(guò)機(jī)械裝置從保護(hù)區(qū)排出或送進(jìn)的空氣量。常數(shù)0.2-(單位kg/ m2),考慮流失影響的系數(shù)；常數(shù)0.7-(單位kg/ m3)，作為二氧化碳基本用量的系數(shù)；常數(shù)30-開(kāi)口補(bǔ)償系數(shù)。上述公式中V的計(jì)算式與規(guī)范中的計(jì)算略有不同，規(guī)范中給出的公式為：V=Vv-Vg（7）該式中：V-保護(hù)區(qū)的凈容積（m3）Vg-保護(hù)區(qū)內(nèi)非燃燒體和難燃燒體的總體積（m3）。Vv-保護(hù)區(qū)總?cè)蒹w積（m3）。比較本手冊(cè)與規(guī)范推薦公式，可以發(fā)現(xiàn)，一般情況下，兩公式的計(jì)算結(jié)果沒(méi)有差別，僅在考慮了通風(fēng)因素影響下，結(jié)果才會(huì)有不同。因此本推薦公式考慮較為全面。規(guī)

18、范歸定：當(dāng)保護(hù)區(qū)的環(huán)境溫度超過(guò)100C時(shí)，其設(shè)計(jì)用量應(yīng)在公式計(jì)算的基礎(chǔ)上每超過(guò)5C增加2%的用量；當(dāng)保護(hù)區(qū)環(huán)境溫度低于-20C時(shí)，其設(shè)計(jì)用量應(yīng)在公式計(jì)算的基礎(chǔ)上每降低1C增加2%的用量。電廠和變電站二氧化碳系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，基本不會(huì)遇到上述極端情況。3.1.4 全淹沒(méi)系統(tǒng)二氧化碳的存儲(chǔ)量二氧化碳的存儲(chǔ)量為設(shè)計(jì)用量和剩余量之和，剩余量按設(shè)計(jì)用量的8%考慮。3.1.5 全淹沒(méi)系統(tǒng)釋放二氧化碳的時(shí)間一般情況下，由于采用較為先的探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，二氧化碳消防系統(tǒng)為全自動(dòng)形式，被保護(hù)對(duì)象在起火初期即可得到保護(hù)，此時(shí)火災(zāi)還未僅為表面火災(zāi)，其持續(xù)釋放時(shí)間規(guī)定為60s；深位火災(zāi)總的持續(xù)時(shí)間可取7min，但必須在2min

19、內(nèi)釋放W/Kb的量，或不少于30%的設(shè)計(jì)用量。3.1.6 全淹沒(méi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有關(guān)組合分配系統(tǒng)中備用量火力發(fā)電廠的氣體消防系統(tǒng)的常設(shè)計(jì)成組合分配系統(tǒng)，與其他氣體消防系統(tǒng)不同的是當(dāng)保護(hù)區(qū)分區(qū)超過(guò)5個(gè)時(shí)，就必須考慮系統(tǒng)備用量，其備用量不應(yīng)小于系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需儲(chǔ)存量。3.2 局部應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.2.1 局部應(yīng)用系統(tǒng)的適用范圍火力發(fā)電廠和變電站工程中局部應(yīng)用系統(tǒng)的適用范圍也是很廣的，如磨煤機(jī)，煤粉斗，汽機(jī)軸承以及獨(dú)立的重要設(shè)備等均可考慮采用局部應(yīng)用系統(tǒng)。變電所的變壓器消防當(dāng)采用二氧化碳作為滅火劑時(shí)，也可根據(jù)情況采用局部應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)變壓器處于室內(nèi)時(shí)，應(yīng)考慮其開(kāi)口面積不超過(guò)總表面積的3%，否則應(yīng)采用局部應(yīng)用系統(tǒng)

20、。3.2.2 局部應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)局部應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的火災(zāi)燃燒方式不同而采用不同的方法。當(dāng)被保護(hù)對(duì)象的火災(zāi)限制在平面時(shí)，采用面積法設(shè)計(jì)，其他采用體積法設(shè)計(jì)。電廠和變點(diǎn)站中可歸于平面類的火災(zāi)甚少，基本都應(yīng)歸于體積法設(shè)計(jì)的范疇。3.2.2.1 面積法設(shè)計(jì)首先確定所需保護(hù)面積。要注意將火災(zāi)的臨界部位充分考慮進(jìn)去，必要時(shí)還應(yīng)考慮火災(zāi)的蔓延部位。其次，選擇噴頭和計(jì)算噴頭數(shù)量，所選的噴頭應(yīng)具備以試驗(yàn)為依據(jù)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，即按物質(zhì)系數(shù)Kb=1，提供出一系列不同安裝高度（噴頭距燃燒表面的距離）的額定保護(hù)面積與設(shè)計(jì)噴射速率。設(shè)計(jì)者根據(jù)保護(hù)區(qū)的面積、噴頭可能的安裝高度及盡可能少的噴頭數(shù)量的原則選取相適

21、應(yīng)的噴頭。計(jì)算噴頭數(shù)量，需利用每只噴頭在安裝高度下的額定保護(hù)面積（正方形），采取邊界相接，全面覆蓋被保護(hù)區(qū)域的原則確定。當(dāng)所保護(hù)的對(duì)象物質(zhì)系數(shù)Kb大于1，只需將單只噴頭的額定保護(hù)面積除以Kb，其所得的正方形面積進(jìn)行覆蓋排列。3.2.2.2 體積法設(shè)計(jì)首先，圍繞保護(hù)對(duì)象設(shè)定一個(gè)假象的封閉罩。假象封閉罩應(yīng)該有實(shí)際的底，如果被保護(hù)對(duì)象四周及頂部沒(méi)有實(shí)際的維護(hù)結(jié)構(gòu)（墻，天花板等），則假象的墻和頂蓋都應(yīng)距被保護(hù)物不小于0.6m的距離，這個(gè)假想的保護(hù)罩的體積就是體積法的計(jì)算體積。試驗(yàn)結(jié)果表明，體積法中應(yīng)采用的二氧化碳噴射強(qiáng)度與被保護(hù)對(duì)象周圍的實(shí)際圍封有很大的關(guān)系。當(dāng)保護(hù)對(duì)象物質(zhì)系數(shù)為1，全部側(cè)面有實(shí)際圍封

22、的，噴射強(qiáng)度為4kg/(min.m3)；完全無(wú)圍封的，噴射強(qiáng)度為16kg/(min.m3)；部分有側(cè)面實(shí)際圍封的，其噴射強(qiáng)度介于兩者之間，可用側(cè)面實(shí)際圍封面積與假想的側(cè)面圍封總面積之比值Ks進(jìn)行計(jì)算，其公式為：q=4+（1-Ks）（16-4），kg/（min.m3）（8）由此可得出針對(duì)圍封程度與物質(zhì)系數(shù)的體積法二氧化碳設(shè)計(jì)噴射強(qiáng)度的通用公式:q=4 Kb（4-3Ks），kg/（min.m3）（9）3.2.2.3 釋放二氧化碳的持續(xù)時(shí)間對(duì)大多數(shù)局部應(yīng)用方式保護(hù)的對(duì)象，二氧化碳持續(xù)釋放時(shí)間可取30s；但當(dāng)被保護(hù)對(duì)象是需要充分冷卻才能防止復(fù)燃的物質(zhì)，以及燃點(diǎn)溫度低于沸點(diǎn)溫度的物質(zhì)（食用油，石蠟等）它

23、們的釋放持續(xù)時(shí)間必須至少為90s。二氧化碳的設(shè)計(jì)用量和設(shè)置用量面積法設(shè)計(jì)的二氧化碳用量按下式計(jì)算：W=Gnt （10）式中：W-二氧化碳設(shè)計(jì)用量（kg）；G-噴放速率（kg/min）；n-噴頭個(gè)數(shù)；t-釋放持續(xù)時(shí)間（min）體積法設(shè)計(jì)的二氧化碳用量按下式計(jì)算：W=qVt （11）式中：W-二氧化碳設(shè)計(jì)用量（kg）；q-釋放強(qiáng)度（kg/min.m3）；V-設(shè)定封閉空間的體積(m3)；t-釋放持續(xù)時(shí)間（min）對(duì)于局部應(yīng)用系統(tǒng)，其儲(chǔ)存系統(tǒng)中二氧化碳的設(shè)置用量不等于設(shè)計(jì)用量，因?yàn)榫植繎?yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須去除氣相釋放量的緣故。對(duì)于高壓系統(tǒng)，其設(shè)置用量應(yīng)以設(shè)計(jì)用量的1.4倍計(jì)算；低壓系統(tǒng)應(yīng)以設(shè)計(jì)用量的1.

24、1倍計(jì)算。由于低壓系統(tǒng)難于滿足局部應(yīng)用系統(tǒng)噴頭所要求的釋放壓力（1.4MPa以上）而很少應(yīng)用于局部系統(tǒng)。3.3 系統(tǒng)管道計(jì)算二氧化碳系統(tǒng)管路計(jì)算內(nèi)容為:已知流量、管道布置和總長(zhǎng)，規(guī)定總水頭、限制總壓降從而確定管徑；最后按計(jì)算得出管路終端壓力，以流量算出噴頭等效孔口面積，選定噴頭規(guī)格。從管路設(shè)計(jì)計(jì)算來(lái)講，二氧化碳系統(tǒng)管路計(jì)算來(lái)講，管徑與阻力損失均為未知數(shù)，需用疊代法進(jìn)行反復(fù)逼近計(jì)算直到管徑修正后計(jì)算的阻力損失滿足設(shè)計(jì)要求為止。系統(tǒng)管道布置要求為節(jié)省管路計(jì)算工作量,管路設(shè)計(jì)應(yīng)盡量布置成均衡系統(tǒng)，即選用同一規(guī)格噴頭，給定每只噴頭的設(shè)計(jì)流量相等，計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿足下式的條件：（hmax-hmin）/hma

25、x0.1 （12）式中: hmax-最不利點(diǎn)噴頭的全程損失,hmin-最利點(diǎn)噴頭全程損失。當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)的管路布置不滿足上式要求，或設(shè)定的噴頭流量不等，就必須按非均衡系統(tǒng)逐一算出每個(gè)噴頭的入口點(diǎn)壓力。另外，為使設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相吻合，在管路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1) 分流時(shí)不采用四通2) 三通分流出口應(yīng)保持水平3) 三通兩側(cè)分流比例不小于4：64) 三通直、側(cè)分流比例，直流部分不小于60%管徑初選計(jì)算的第一步驟為初選管徑，初選管徑的合理于否，直接關(guān)系到計(jì)算的工作量大小，推薦公式為：D=（22.5）Q1/2（13）D-管道內(nèi)徑(mm)Q-管道設(shè)計(jì)流量(kg/min)二氧化碳管流阻力損失計(jì)算方法二

26、氧化碳在管道中的狀態(tài)為氣液兩相流，這是管道阻力計(jì)算的基本出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)氣液兩相流的運(yùn)動(dòng)方程，可最終導(dǎo)出如下公式：Q2=（0.870510-5DY）/(0.044D1.25Z+L) （14）式中:Q-流量(kg/min)；D-管徑(mm)；Y-壓力系數(shù)(10-1MPa.kg/m3)Z-密度系數(shù)；L-管段計(jì)算長(zhǎng)度(m)ISO/DIS6183給出的計(jì)算公式類似于上式：Q2=（0.872510-5D5.25Y）/(0.04319D1.25Z+L) （15）上式仍舊難于使用,經(jīng)變換為下式:Y2=Y12+B(Z2-Z1)Q2（16）其中,A=1/(0.872510-5D5.25) （16a）B=4950/D

27、4（16b）式中： Y1-計(jì)算管段始端Y值； Y2-計(jì)算管段終端Y值； Z1-計(jì)算管段終端Z值； Z2-計(jì)算管段終端Z值。Y，Z值與系統(tǒng)中壓力點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)下表；表4. 高壓儲(chǔ)存系統(tǒng)各壓力點(diǎn)的Y，Z值壓力10-1MPaY值10-1MPa.kg/m3Z 值51.70051.05540.003550.59720.0650.013250.082547.530370.2145.046160.3342.561290.42740.072560.5737.582830.735.092770.8332.5100500.9530.0108231.08627.5115071.2425.0121931.4322.5

28、125021.6220.0128551.8417.5131872.1414.013.4082.59實(shí)際應(yīng)用中,由于計(jì)算系統(tǒng)的初始起點(diǎn)的壓力和密度是已知的，所以管路起點(diǎn)的Y1值和Z1值就可代入（16）式中計(jì)算，在乎略Z2值的情況下計(jì)算出初始的Y2值，然后根據(jù)初始的Y2值查表4得出相應(yīng)的Z2值，再將Z2值代入（16）式中求出精確的Y2值，根據(jù)該Y2值查表4得出相應(yīng)的壓力點(diǎn)的壓力值，依此方法依次計(jì)算出各計(jì)算管段的起末端壓力，直至噴頭處為止。需指出的是：1) 噴頭處的計(jì)算壓力值不應(yīng)小于1.4MPa；2) 各管段的計(jì)算長(zhǎng)度為管段的實(shí)際長(zhǎng)度加上該計(jì)算管段上管件折合出的當(dāng)量長(zhǎng)度；表5. 管道附件的當(dāng)量長(zhǎng)度管

29、道公稱直徑(mm)螺紋連接焊接90彎頭(m)三通的直通部分(m)三通的側(cè)通部分(m)90彎頭(m)三通的直通部分(m)三通的側(cè)通部分(m)150.520.31.040.240.210.64200.670.431.370.330.270.85250.850.551.740.430.341.07321.130.72.290.550.461.40401.310.822.650.640.521.65501.681.073.420.850.672.10652.011.254.091.010.822.50802.501.565.061.251.013.111001.651.344.091252.041.6

30、85.121502.472.016.16上表數(shù)據(jù)摘自規(guī)范中所列的數(shù)據(jù)，由于目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家較多，各廠家采用的數(shù)據(jù)與上表可能有出入，建議設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，以采用廠家提供數(shù)據(jù)為宜。3) 由于管路布置在高程上會(huì)發(fā)生變化，因此，計(jì)算壓力點(diǎn)的實(shí)際壓力值還應(yīng)考慮該處點(diǎn)與初始點(diǎn)由于高度變化而引起的管路內(nèi)靜壓力變化的影響，不同壓力點(diǎn)壓力下的二氧化碳靜壓力不同見(jiàn)表6.表6. 高壓儲(chǔ)存（51.710-1MPa）系統(tǒng)各壓力下的靜壓力管段平均壓力10-1MPa51.748.344.841.437.934.531.027.624.120.717.214.0靜壓頭10-1Pa/m0.07960.06790.05770.

31、04860.040.03390.02830.02380.01920.01580.01240.0102綜上所述為二氧化碳管流阻力損失計(jì)算方法中較為精確的一種方法，另外一種計(jì)算方法為圖解法，較為簡(jiǎn)潔，但精度較差。圖解法是將（15）式做出如下變換：L/D1.25=(0.872510-5Y)/(Q/D2)2-0.04319Z (17)以Y為縱坐標(biāo)，L/D1.25為橫坐標(biāo)組成坐標(biāo)系，依上式關(guān)系作出Q/D2的曲線簇，據(jù)此就可采用圖解法求阻力損失。使用時(shí)，首先計(jì)算出各計(jì)算管段的L/D1.25值和Q/D2值，通過(guò)已知的原始條件，從曲線簇上可找出第一計(jì)算管段終端壓力作為第二管段的始端壓力，依次類推直到推至噴頭處。關(guān)于圖解法有關(guān)資料介紹較多,這里不再贅述。噴頭壓力、等效孔口噴射率及噴頭孔口尺寸的計(jì)算噴頭入口壓力即為管系最末端或支管終端壓力。在高壓二氧化碳系統(tǒng)中，一般噴頭處壓力不低于2010-1MPa，規(guī)范規(guī)定不低于1.410-1MPa。噴頭的等效孔口噴射率是以流量系數(shù)0.98的標(biāo)準(zhǔn)孔口進(jìn)行測(cè)算的,它是儲(chǔ)存系統(tǒng)儲(chǔ)存容器內(nèi)壓的函數(shù)。對(duì)于高壓儲(chǔ)存系統(tǒng)的等效孔口噴射率測(cè)算數(shù)據(jù)如表7。表7. 高壓儲(chǔ)存系統(tǒng)等效孔口的噴射率噴頭入口壓力(10-1MPa)噴射率kg/(min.mm2)51.73.25550.02.70348.3