某图书馆七氟丙烷灭火系统设计.doc

毕 业 设 计题 目 哈尔滨图书馆七氟丙烷灭火系 统设计 院(系)别 安全工程学院 专业班级 姓 名 指导教师 职 称 讲师 摘 要图书馆储藏大量图书和文字资料，不仅具有经济价值，书籍本身更具有重大文化价值。图书馆本身作为大型公共场所，人员密度大，人口流动大，在火灾方面藏有巨大安全隐患。本次设计是根据国家相关法律法规，对哈尔滨图书馆进行七氟丙烷灭火系统设计和火灾自动报警系统设计。在七氟丙烷灭火系统设计中，将哈尔滨图书馆合理划分为22个防护区，对七氟丙烷灭火系统的设置进行了分析与计算。最终确定共需喷头种类JP16、JP18、JP20、JP22共4种，喷头数量总计88个。在火灾自动报警系统设计中，将该图书馆划分为4个报警区域和50个探测区域并进行合理设计。共选用了110个感烟探测器、311个感温探测器、58个手动报警按钮和54个声光报警器。在设计的结尾部分，对哈尔滨图书馆本身的设计进行了安全疏散验证且验证合格，最大限度保证建筑内人员及财产的安全。关键词：七氟丙烷；火灾自动报警；安全疏散IABSTRACTThere is an enormous amount of books and documents in the library. Not only has it economic value, but also has it significant cultural value. Tremendous as the library is, full of population, there must have some hidden safety. The aim of this graduation is to design the FM-200 system and the automatic fire alarm system using a legal way in the Harbin library. In the FM-200 system, it has been divided into 22 protection parts. According to the accurate analysis and calculation, it has finally decided to choose JP-16, JP-18, JP-20, and JP-22 around 88 nozzles. In the automatic fire alarm system, it has been fallen into 4 firealarm areas and 50exploration areas, including 110 smoke detectors, 311 temperature detectors, 58 manual warning buttons, and 54 audible and visual alarms In the end, the design has maximized to ensure the safety of evacuation and property.Keywords:Heptafluoropropane fire extinguishing system;The automatic fire- alarm system;Safety evacuationII目 录摘 要IABSTRACTII1 哈尔滨图书馆概况11.1 基本概况11.2 自然气候条件12 七氟丙烷灭火系统设计22.1 七氟丙烷灭火系统22.1.1 气体灭火系统的一般规定22.1.2 七氟丙烷灭火系统的特点32.1.3 七氟丙烷灭火系统防火区的划分42.2灭火系统计算52.2.1灭火设计浓度52.2.2灭火剂设计用量62.2.3灭火剂储瓶规格及数量的确定72.2.4设定灭火剂喷放时间82.2.5喷头规格及数量的确定82.2.6管道平均设计流量102.2.7选择管网管道通径152.2.8充装率的计算202.2.9 管网管道内容积232.2.10 额定增压压力252.2.11 计算全部储存容器气相总体积252.2.12 过程中点储存容器内压力282.2.13 计算管路损失292.2.14 计算高程压头312.2.15 计算喷头工作压力322.2.16 验算设计计算结果332.2.17 计算喷头等效孔口面积及确定喷头规格332.3 本章小结363 火灾自动报警系统设计373.1 系统保护对象及火灾探测器设置部位373.11 系统保护对象分级373.1.2 火灾探测器设置部位373.2 报警区域和探测区域的划分373.2.1 报警区域的划分373.2.2探测区域的划分383.3 系统构成与选择393.3.1系统构成393.3.2 火灾探测报警系统393.4 探测报警的设计403.4.1 火灾探测报警系统的设计403.4.2 可燃气体探测报警系统的设计413.5 火灾探测器的选择413.5.1一般规定413.5.2火灾探测器的选用423.6 探测器的平面布置423.6.1 探测器布置的基本原则423.6.2探测器数量的确定433.6.3探测器数量及布置443.7 手动报警按钮503.8 火灾声和（或）光报警系统的设置503.9 本章小结514 安全疏散验证525 结 论726 致 谢737 参考文献74附录1 无缝钢管规格76附录2 弯头规格78附录3 三通规格78附录4 变径接头79附录5 增压为5.6MPa（表压）时七氟丙烷灭火系统喷头等效孔口单位孔口单位面积喷射率80附录6 七氟丙烷喷头性能规格81附录7 火灾自动报警系统保护对象分级82续火灾自动报警系统保护对象分级183续火灾自动报警系统保护对象分级284附录8 探测器的安装间距a、b的极限曲线85CONTENTSABSTRACTIABSTRACTII1 Harbin Library Overview11.1 Basic profile11.2 Natural-climatic conditions12 Design of heptafluoropropane fire extinguishing system22.1 Heptafluoropropane fire extinguishing system22.1.1 General provisions of the gas extinguishing system22.1.2 Characteristics32.1.3 Division of fire protection district42.2 Fire extinguishing system calculation52.2.1 Fire-fighting design concentration52.2.2 Fire-extinguishing desigh62.2.3 Fire-extinguishing cylinder specifications and quantity72.2.4 Agent application82.2.5 Nozzle size and determine the number82.2.6 Pipeline design average flow102.2.7 Select the network pipe size152.2.8 Filling rate calculation202.2.9 Network pipes internal volume232.2.10 Rated pressure252.2.11 Calculate the total storage container with gas volume252.2.12 Point pressure in the storage container282.2.13 Calculating line loss292.2.14 Calculating elevation head312.2.15 Calculating of nozzle working pressure322.2.16 Checking design calculations results332.2.17 Equivalent nozzle orifice size and nozzle specifications332.3 Summary363 Design of automatic fire alarm system373.1 System protection and fire detector settings parts373.11 System protection rating373.1.2 Fire detector settings parts373.2 Division of alarm and detection373.2.1 Division of alarm areas373.2.2 Division of detection areas383.3 System structure and select393.3.1 System structure393.3.2 Fire detection and alarm system393.4 Design of detection and alarm403.4.1 Design of fire detection and alarm system403.4.2 Design of combustible gas detection and alarm system413.5 Selection of fire detector413.5.1 General provisions413.5.2 Selection of fire detector423.6 Detector layout423.6.1 The basic principles423.6.2 Determine the number of detectors433.6.3 Arrangement of detector443.7 Manual alarm503.8 Fire and (or) optical alarm system set503.9 Summary514 Safety evacuation time525 Conclusion726 Thanks737 Bibliography74Appendix 1 The size of Seamless steel tube76Appendix 2 The size of Elbow77Appendix 3 The size of Tee-junction78Appendix 4 The size of Adjustable joints79Appendix 5 5.6MPa (g) when the booster injection rate heptfluoride propane fire extinguishing system nozzle orifice orifice unit area equivalent unit80Appendix 6 FM200 nozzle performance specifications81Appendix 7 Fire automatic alarm system protection object classification82Automatic fire alarm system protection object classification 183Automatic fire alarm system protection object classification 284Appendix 8 The installation of the detector spacing limit curve of a and b85VI 1 哈尔滨图书馆概况1.1 基本概况该建筑为哈尔滨图书馆，主要功能是提供保存了书籍、文档，同时为工作人员提供了工作休息的场所。共四层，每层面积1987.2m2，总面积7968.8m2；材料采用250mm厚加气砌块墙面，外立面外挂石材。地上有100mm厚钢筋混凝土墙，150mm厚加气砌块墙，100mm厚轻钢龙骨石膏板墙。1.2 自然气候条件哈尔滨位于最北端，是中国纬度最高、气温最低的大都市。四季分明，冬季漫长寒冷，而夏季则显得短暂凉爽。哈尔滨的集中降水期为每年7至8月，集中降雪期为每年11月至次年1月。年平均温度3.6。最冷的1月份，平均气温为零下13.2至零下24.8，最热的7月份，平均气温为18.1至22.8。3-5月份为春季，易发生春旱和大风，气温回升快而且变化无常，升温或降温一次可达10左右。6-8月份为夏季，炎热湿润多雨，7月份平均气温19-20，最高气温达38。平均降水量占全年的60%-70%，由于降水集中，间有暴雨，易发生洪涝灾害。9-11月份为秋季，降雨明显减少，昼夜温差变幅较大，9月份平均气温为10，10月份北部地区已到0，南部地区2-4。12-次年2月份为冬季，漫长而寒冷干燥，雪覆大地。1月平均气温零下15-零下30，最低气温曾达零下52.3。 2 七氟丙烷灭火系统设计根据气体灭火系统设计规范1和七氟丙烷（HFC-227ea）气体灭火系统设计、施工及验收规范中的相关规定2，对哈尔滨图书馆进行七氟丙烷气体灭火系统设计。2.1 七氟丙烷灭火系统2.1.1 气体灭火系统的一般规定1）采用气体灭火系统保护的防护区，其灭火设计用量或惰化设计用量，应根据防护区内可燃物相应的灭火设计浓度或惰化设计浓度经计算确定。2）有爆炸危险的气体、液体类火灾的防护区，应采用惰化设计浓度；无爆炸危险的气体、液体类火灾和固体类火灾的防护区，应采用灭火设计浓度。3）几种可燃物共存或混合时，灭火设计浓度或惰化设计浓度，应按其中最大的灭火设计浓度或惰化设计浓度确定。4）两个或两个以上的防护区采用组合分配系统时，一个组合分配系统所保护的防护区不应超过8个。5）组合分配系统的灭火剂储存量，应按储存量最大的防护区确定。6）灭火系统的灭火剂储存量，应为防护区的灭火设计用量与储存容器内的灭火剂剩余量和管网内的灭火剂剩余量之和。7）灭火系统的储存装置72小时内不能重新充装恢复工作的，应按系统原储存量的100%设置备用量。8）灭火系统的设计温度，应采用20。9）同一集流管上的储存容器，其规格、充压压力和充装量应相同。10）同一防护区，当设计两套或三套管网时，集流管可分别设置，系统启动装置必须共用。各管网上喷头流量均应按同一灭火设计浓度、同一喷放时间进行设计。11）管网上不应采用四通管件进行分流。12）喷头的保护高度和保护半径，应符合下列规定：最大保护高度不宜大于6.5 m；最小保护高度不应小于0.3 m；喷头安装高度小于1.5 m时，保护半径不宜大于4.5 m；喷头安装高度不小于1.5 m时，保护半径不应大于7.5 m。13）喷头宜贴近防护区顶面安装，距顶面的最大距离不宜大于0.5 m。14）一个防护区设置的预制灭火系统，其装置数量不宜超过10台。15）同一防护区内的预制灭火系统装置多于1台时，必须能同时启动，其动作响应时差不得大于2 s。16）单台热气溶胶预制灭火系统装置的保护容积不应大于160 m3；设置多台装置时，其相互间的距离不得大于10 m。17）采用热气溶胶预制灭火系统的防护区，其高度不宜大于6.0 m。18）热气溶胶预制灭火系统装置的喷口宜高于防护区地面2.0 m。2.1.2 七氟丙烷灭火系统的特点“七氟丙烷”是一种以化学灭火为主，兼有物理灭火作用的洁净气体灭火剂；它无色、无味、低毒、不导电、不污染被保护对象，不会对财物和精密设施造成损坏；能以较低的灭火浓度，可靠的扑灭B、C类火灾及电器火灾；储存空间小，临界温度高，临界压力低，在常温下可液化储存；释放后不含粒子或油状残余物，对大气臭氧层无破坏作用（ODP值为零），符合环保要求。图书馆藏有大量的文字资料，七氟丙烷灭火剂可用于扑救固体表面火灾，在常温、常压条件下能全部挥发，灭火后无残留物，高效无毒，适用于要求不留痕迹或清洗残留物有困难的场所，可以保证在扑灭火灾后图书不被损坏。此外，七氟丙烷灭火剂的灭火浓度低，储瓶量少，占地面积小，可以节约资源，长期储存不泄漏，准确可靠，这样不仅可以保护火灾中的重要的设备，还可以保证人员的安全，减少不必要的损失。所以，为了保护图书，本设计选择七氟丙烷为灭火剂对哈尔滨图书馆进行灭火设计。2.1.3 七氟丙烷灭火系统防火区的划分1）防护区划分的规定防护区应以固定的单个封闭空间划分；当同一区间的吊顶和地板下需同时保护时，可合为一个防护区；当采用管网灭火系统时，一个防护区的面积不宜大于800 m2，且容积不宜大于3600 m3；当采用预制灭火装置时，一个防护区的面积不宜大于100 m2，且容积不宜大于400 m3。2）图书馆防护区划分根据上述基本要求，图书馆划分为22个独立的防护区，各防护区的划分如表2.1所示。表2.1 防护区基本情况防护区名称面积（m2）高度（m）容积（m3）密集书库77.763.6279.936安全管理室290.723.3299.376密集书库277.763.3256.608建筑室277.763.3256.608新到书籍室90.723.3299.376杂志室90.723.3299.376社会科学室177.763233.28社会科学室2 77.763233.28文艺室190.723272.16文艺室290.723272.16续表2.1 防护区基本情况防护区名称面积（m2）高度（m）容积（m3）建筑室190.723272.16外语文献室190.723272.16计算机室90.723272.16采矿室190.723272.16采矿室277.763233.28自然图书室77.763233.28数理化室90.723272.16经管室190.723272.16经管室290.723272.16机械室190.723272.16机械室290.723272.16安全管理室90.723272.16 因一套灭火剂储存装置最多可供8个防护区使用，本设计的建筑物共有四层，该层防护区有22个，同时根据楼层布置，本设计共采用五套灭火剂储存装置。2.2 灭火系统计算2.2.1灭火设计浓度依据洁净气体灭火系统设计计算3和七氟丙烷（FM-200）气体灭火系统工程设计参数及计算方法的研究4中规定，图书、档案、票据和文物资料库等防护区，灭火设计浓度宜采用10%。通讯机房和电子计算机房等防护区，灭火设计浓度宜采用8%。2.2.2灭火剂设计用量防护区灭火设计用量应按下式计算： （2-1）式中：W灭火设计用量或惰化设计用量，kg； C灭火设计浓度或惰化设计浓度，%； V防护区的净容积，m3； S灭火剂过热蒸汽在101kPa大气压和防护区最低环境温度下的比容，m3/kg； K海拔高度修正系数，取1。灭火剂过热蒸汽在101kPa大气压和防护区最低环境温度下的比容S可按下式计算： （2-2）本设计取温度T=20，于是计算S为0.13716(m3/kg)将C=10%，K=1，S=0.13716代入公式（2-1）中可得W=0.8101V于是根据各防护区净容积计算灭火剂设计用量如下： 密集书库： 安全管理室2： 密集书库2： 建筑室2： 新到书籍室： 杂志室： 社会科学室1： 社会科学室2： 文艺室1： 文艺室2： 建筑室1： 外语文献室1： 计算机室： 采矿室1： 采矿室2： 自然图书室： 数理化室： 经管室1： 经管室2： 机械室1： 机械室2： 安全管理室： 2.2.3灭火剂储瓶规格及数量的确定通过上述计算确定了各防护区的设计用量，而设计用量决定了灭火剂储瓶数量，所有防护区的储瓶规格都采用JR-100/54，根据高层建筑防火设计手册5进行相关计算可以得到防护区灭火剂储瓶数量，数量具体如下表2.2：表2.2 各防护区灭火剂储瓶规格及数量防护区名称数量n储瓶规格密集书库23 JR-100/54建筑室23新到书籍室3杂志室3社会科学室14社会科学室24续表2.2 各防护区灭火剂储瓶规格及数量防护区名称数量n储瓶规格文艺室15 JR-100/54文艺室25建筑室15外语文献室15计算机室5采矿室15采矿室24自然图书室4数理化室5经管室15经管室25机械室15机械室25安全管理室52.2.4设定灭火剂喷放时间 根据气体灭火系统设计规范中规定，取t=7s。2.2.5喷头规格及数量的确定根据建筑消防技术与设计6本设计选用JP型喷头，选择保护半径R=7.5m，根据防护区的长宽，设定各防护区的喷头数量，保证喷头在喷洒时房间不留死角，以下是各防护区喷头的数量：表2.3 各防护区喷头的规格及数量防护区名称数量规格密集书库4 JP安全管理室24密集书库24建筑室24新到书籍室4杂志室4社会科学室14社会科学室24文艺室14文艺室24建筑室14外语文献室14计算机室4采矿室14采矿室24自然图书室4数理化室4经管室14经管室24机械室14续表2.3 各防护区喷头的规格及数量防护区名称数量规格机械室24 JP安全管理室42.2.6管道平均设计流量密集书库： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：安全管理室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：密集书库2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：建筑室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：新到书籍室： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：杂志室： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：社会科学室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：社会科学室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：文艺室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 文艺室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 建筑室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 外语文献室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 计算机室： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 采矿室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 采矿室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：自然图书室： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：数理化室： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：经管室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：经管室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：机械室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：机械室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：安全管理室： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：2.2.7选择管网管道通径 根据建筑设计防火规范（GB50016-2006）7，初选管径可按管道设计流量，参照下列公式计算：当时， （2-3）当时， （2-4）设定 D=12 密集书库： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 安全管理室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 密集书库2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 建筑室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 新到书籍室： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 杂志室： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 社会科学室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 社会科学室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 文艺室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 文艺室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 建筑室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 外语文献室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 计算机室： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 采矿室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 采矿室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 自然图书室： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 数理化室： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 经管室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 经管室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 机械室1： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 机械室2： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管： 安全管理室： 主干管： 支管1： 支管2： 储存容器出流管：结合上述计算结果，依据消防工程学8规定选取各管道通径。具体结果如下表：2.4表防护区管道通径（mm）防护区名称主管(mm)一级管道(mm)二级管道(mm)储存容器出流管(mm)密集书库80504040安全管理室280504050密集书库280504040建筑室280504040新到书籍室80504050杂志室80504050社会科学室165503232社会科学室265503232文艺室180504032文艺室280504032建筑室180504032外语文献室180504032计算机室80504032采矿室180504032采矿室265503232续表2.4防护区管道通径防护区名称主管(mm)一级管道(mm)二级管道(mm)储存容器出流管(mm)自然图书室65503232数理化室80504032经管室180504032经管室280504032机械室180504032机械室280504032安全管理室80504032密集书库80504040安全管理室280504050密集书库2805040402.2.8充装率的计算系统灭火剂储存量应按下式计算： （2-5）式中：W1储瓶内灭火剂剩余量，kg； W2管道内灭火剂剩余量（均衡管网或只含一个封闭空间的防护区的非均衡管网可不计该项），kg。依据上述公式和表2.2中的数据计算系统存储量如下：密集书库： 安全管理室2： 密集书库2： 建筑室2： 新到书籍室： 杂志室： 社会科学室1： 社会科学室2： 文艺室1： 文艺室2： 建筑室1： 外语文献室1： 计算机室： 采矿室1： 采矿室2： 自然图书室： 数理化室： 经管室1： 经管室2： 机械室1： 机械室2： 安全管理室： 储瓶充装率按照下式计算： （2-6）式中：n储瓶数量； Vb储存容器的容积，m3。根据上述公式，可得各防护区储瓶充装率，结果如下： 密集书库： 安全管理室2： 密集书库2： 建筑室2： 新到书籍室： 杂志室： 社会科学室1： 社会科学室2： 文艺室1： 文艺室2： 建筑室1： 外语文献室1： 计算机室： 采矿室1： 采矿室2： 自然图书室： 数理化室： 经管室1： 经管室2： 机械室1： 机械室2： 安全管理室： 2.2.9 管网管道内容积附录1为无缝钢管规格，根据此表可以确定各管径对应的单位容积。根据附录1计算管道内容积，具体如下：密集书库： 安全管理室2： 密集书库2： 建筑室2： 新到书籍室： 杂志室： 社会科学室1： 社会科学室2： 文艺室1： 文艺室2： 建筑室1： 外语文献室1： 计算机室： 采矿室1： 采矿室2： 自然图书室： 数理化室： 经管室1： 经管室2： 机械室1： 机械室2： 安全管理室： 2.2.10 额定增压压力依据气体灭火系统设计规范中规定，选用（绝对压力）。2.2.11 计算全部储存容器气相总体积根据公式（2-7）可计算储瓶喷放前气相