七氟丙烷灭火系统设计实例

友情提示：本篇理解系个人理解，并不一定完全正确，供参考和讨论提高。某市七氟丙烷灭火系统设计实例一、某市档案馆采用七氟丙烷灭火系统（一）设计概况1本设计采用了外贮式七氟丙烷灭火系统即备压式七氟丙烷灭火系统。其特点是将七氟丙烷灭火剂和作为动力气体的氮气分别贮存在不同的容器内。系统启动时，高压贮存的动力气体经减压阀减压后进入灭火剂瓶组，使其内的压力迅速升高，并在灭火剂喷放期间维持一相对稳定的压力，推动灭火剂快速流向喷嘴，实施喷放灭火。这种方式可根据管网的容积来确定氮气的贮存量，以保证灭火剂喷放期间喷头的喷放压力。2此方式可大大减少管道内气、液双相流现象的发生，使灭火剂大部分处于液相流动，改善了灭火剂的流动性能，能够是通径较小的管道输送较多的灭火剂。以前的同类产品的孔板式减压仅具有静态减压的作用，灭火剂的输送距离一般在150m左右，本系统采用了具有缓慢开启功能的减压阀，灭火剂的输送距离可达200m左右。 3 本设计的保护区分为：特藏室、珍品库、声像库、字画库、档案库、档案库1、档案库2、档案库3，设一套备压式七氟丙烷灭火系统。系统采用自动、手动及机械应急启动三种控制方式。保护区均设二路独立探测回路，当第一路探测器发出火灾信号时，发出警报，指示火灾发生的部位，提醒工作人员注意；当第二路探测器亦发出火灾信号后，自动灭火控制器开始进入延时阶段（0-30s可调），此阶段用于疏散人员（声光报警器等动作）和联动设备的动作（关闭通风空调、防火卷帘门等）；延时过后，向该保护区的驱动瓶发出灭火指令，电磁启动器动作打开启动瓶组，释放启动气体，通过启动管路打开相应的选择阀和灭火剂瓶组，释放灭火剂灭火。当报警控制器处于手动状态时，报警控制器只发出报警信号，不输出动作信号，由值班人员确认火警后，按下报警控制面板上的应急启动按钮或保护区门口处的紧急启停按钮，即可启动系统喷放七氟丙烷灭火剂。4本设计采用全淹没管网备压系统，储瓶的增压压力（减压阀出口压力）为4.2MPa(表压)。5防护区围护结构及门窗的耐火极限不应低于0.5h，围护结构及门窗的允许压强不宜小于1200pa.储瓶间耐火等级不应低于二级，储瓶间应有单独的通道，通道应直接通向疏散通道。6设计参数系统防护区面积（m2）高度（m）设计浓度%设计喷放时间s设计抑制时间min七氟丙烷设计用量kg七氟丙烷实际用量kg使用的储瓶数（不含备用）个每瓶充装量kg储瓶容积L泄压口面积m2-特藏室135.6834835431181800.153珍品库133.1238935431181800.153声像库88.9230423621181800.102字画库88.9230423621181800.102档案库261.5436770861181800.307档案库1573.123.781010201754.781770151181800.766档案库2573.123.781010201754.781770151181800.766档案库3573.123.781010201754.781770151181800.766设计采用15瓶180L气瓶, 充装量118kg/瓶，每瓶剩余量为1kg/瓶。7档案库3设置有16个喷头。8设计中每个防护区的管道独立，连接至气瓶间。喷头布置尽量保证各喷头处的压力均衡，类似于游泳池进水管之布置。（二）设计理解(气体灭火系统设计规范GB50370-2005) 1) 3.1.4条：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。 本设计为8个防护区，符合要求。2) 3.1.5：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。本设计储存量按档案库3七氟丙烷实际用量1770kg考虑，设计采用15瓶180L气瓶, 充装量118kg/瓶，15*118=1770kg。3) 3.1.6灭火系统的灭火剂储存量=防护区的灭火设计用量+储存容器内灭火剂剩余量+管网内灭火剂剩余量。4) 3.1.7条：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。5） 3.1.8条：灭火系统的设计温度，应采用200C。6） 3.1.11条：管网上不应采用四通管件进行分流。7） 3.1.12条：喷头最大保护高度不宜大于6.5m，最大保护高度不宜小于0.3m；安装高度小于1.5m时，保护半径不宜大于4.5m，安装高度不小于1.5m时，保护半径不宜大于7.5m。 喷头布置间距：参喷规93页：保护半径4.5m，间距6.3m；保护半径7.5m，间距10m。8） 3.1.13条：喷头宜贴近防护区顶面安装，距顶面的最大距离不宜大于0.5m。9) 4.1.9条：管道及管道附件应符合下列规定：1输送气体灭火剂的管道应采用无缝钢管，无缝钢管内外壁应进行防腐处理，例如采取内外镀锌钝化的防腐方式。2输送气体灭火剂的管道安装在腐蚀性较大的环境里，宜采用不锈钢管。3输送启动气体的管道，宜采用铜管。4管道的连接DN80MM，宜法兰连接。管道附件应内外防腐处理，在腐蚀性较大的环境里，应采用不锈钢的管道附件。10）4.1.10条：系统组件与管道的公称工作压力，不应小于在最高环境温度下所承受的工作压力。本设计储瓶的增压压力（减压阀出口压力）为4.2MPa(表压)，因此系统组件与管道的公称工作压力不应缔约4.2MPa。11) 3.3.9条：七氟丙烷灭火系统储存容器的增压压力：一级2.5+0.1MPa(表压) 二级4.2+0.1MPa(表压) 三级4.2+0.1MPa(表压)12）3.3.10条：七氟丙烷单位容积的充装量：一级增压储存容器，不应大于1120kg/m3, 二级增压焊接结构储存容器，不应大于950kg/m3, 二级增压无缝结构储存容器，不应大于1120kg/m3, 三级增压储存容器，不应大于1080kg/m3。例如本设计选用180L储瓶，充装量118kg，即118/(180/1000)=655 kg/m3,小于二级增压储存容器950kg/m3及1120kg/m3,ok。13）3.3.11条：管网的管道内容积Vp，不应大于流经该管网的七氟丙烷储存量体积的80%。例如本设计档案库3离气瓶组最远，其所连接的管道（气瓶组之后）内容积计算如下：DN100（0.00785m3/m），L=57m，DN80（0.005024m3/m），L=30m，DN65（0.003317m3/m），L=20m，DN50（0.00196m3/m），L=30m，DN40（0.001256m3/m），L=42m，Vp=0.00785*57+0.005024*30+0.003317*20+0.00196*30+0.001256*42=0.776m3。本设计采用15瓶180L气瓶, 七氟丙烷储存量体积为180*15/1000=2.7m30.776/2.7=28.7%80% ok14）3.3.12条：七氟丙烷灭火系统的管网宜设置为均衡系统，管网的第1分流点至各喷头的管道阻力损失，其相互间的最大差值不应大于20%：此时喷头之间流量的最大差别仅10%左右。例如，国内外一般都按流程总损失的10%确定喷头间最大压力差值，不合理，例如本设计采用二级增压，最大的流程总损失为4.2MPa/2-0.6MPa=1.5MPa,允许最大差值为0.15MPa，即当最不利点的喷头工作压力为0.6MPa时，最利点的喷头工作压力为0.75MPa。此时喷头流量差距在20%左右，不均衡。因此按本条条文按第1分流点至各喷头的管道阻力损失，其相互间的最大差值不应大于20%，即需计算最不利喷头和最有利喷头两个喷头的流经管道损失。本设计中，最不利喷头流经管道和最有利喷头流经管道一模一样，因此均衡。15) 3.3.13条：防护区的泄压口面积Fx(m2)=0.15Qx/Pf1/2 Qx-灭火在防护区的平均喷放速率kg/s ,档案库3, 七氟丙烷实际用量1770kg，设计喷放时间10s，Qx=1770/10=177kg/s, Pf-围护结构承受内压的允许压强1200pa 则Fx=0.15*177/12001/2=0.766 m2 ok16）3.3.14条：灭火设计用量W（kg）=K*(V/S)*C1/(100-C1) 本例档案库3的灭火设计用量最大，K-海拔高度修正系数，查附录B，按海拔高度200m,K=1-(1-0.885) *(200/1000)=0.977，再按规范59页，海拔高度0-1000m范围内K=1，取K=1C1灭火设计浓度或惰化设计浓度% C1=10 （规范52页：采用惰化设计浓度的，只是对有爆炸危险的气体和液体类的防护区火灾而言，即是说，无爆炸危险的气体、液体类的防护区，仍用灭火设计浓度进行消防设计，本档案馆无需按惰化设计浓度设计，发电机房采用柴油，不知算不算爆炸液体？）V-防护区净容积（参3.2.4条：防护区宜以单个封闭空间划分；同一区间的吊顶层和地板下需同时保护时，可合为一个防护区；采用管网灭火系统时，一个防护区的面积不宜大于800m2,且容积不宜大于3600m3，采用预制灭火系统时，一个防护区的面积不宜大于500m2,且容积不宜大于1600m3。）本设计为V=573.12*3.78(建筑层高3.9m，楼板厚120mm)=2166.3936 m3,符合3.2.4条。S-灭火剂过热蒸气在101kPa大气压和防护区最低环境温度下的质量体积m3/kg S=0.1269+0.000513*T T-防护区最低环境温度0C 取T=20S=0.1269+0.000513*20=0.13716m3/kgW=1*2166.3936/0.13716*10/(100-10)=1754.95kg系统灭火剂储存量W0=W+W1+W2W1-储存容器内的灭火剂剩余量kg:可按储存容器内引升管管口以下的容器容积量换算，但规范未给出一个确定值。设计考虑每瓶1KG，共15KG。W1=15kgW2-管道内的灭火剂剩余量kg,均衡管网和只含有一个封闭空间的非均衡管网，可不计，本设计为均衡管网，W2=0。防护区含有两个或两岸个以上封闭空间的非均衡管网，其W2可按各支管与最短支管之间的长度差值的容积计算，参规范59页。W0=1754. 95+15+0=1769.99kg ok17) 3.3.15条：管网计算1 管网计算时，各管道中灭火剂的流量，宜采用平均设计流量2 主干管平均设计流量Qw(kg/s)=W/t t-灭火剂设计喷放时间，本例为t=10s,则档案库3 的主干管DN100内Qw=1754.95/10=175.495kg/s3 主干管平均设计流量Qg(kg/s)=安装在其下游的所有喷头的设计流量之和。4 管网阻力损失宜采用过程中点时储存容器内压力Pm和平均设计流量进行计算。5过程中点时储存容器内压力(绝对压力)Pm=P0V0/(V0+W/2+Vp) V0=nVb(1-/) V0喷放前全部储存容器内的气相总容积m3Vb-储存容器的容量m3 =180/1000=0.18 m3n-储存容器的个书 n=15充装量kg/m3 =118kg/180L=655.55 kg/m3-七氟丙烷液体密度200C时为1407kg/m3V0=nVb(1-/)=15*0.18*(1-655.55/1407)=1.442 m3P0灭火剂储存容器增压压力(绝对压力)4.2+0.1=4.3MPaVp管网的管道内容积 =0.776m3(参前述计算)则Pm=P0V0/(V0+W/2+Vp)=4.3*1.442/(1.442+1754.95/(2*1407)+0.776)=2.182MPa(绝对压力)可见Pm基本为P0(灭火剂储存容器增压压力(绝对压力)4.2+0.1=4.3MPa)的一半。与上述3.3.12条基本一致。6管网的阻力损失，采用镀锌（无缝）钢管时P/L=5.75*105Q2/ 1.74+2*lg(D/0.12) 2*D5 P计算管段阻力损失MPa L-管道计算长度m 为沿程长度与局部损失当量长度之和 Q管道设计流量kg/s D管道内径mm 例如档案库3,本设计DN100管长57m(取L=65m),Q=175.495kg/s D=103mm P=5.75*105Q2L/ 1.74+2*lg(D/0.12) 2*D5=5.75*105*175.4952*65/ 1.74+2*lg(103/0.12) 2*1035=0.0263966L=0.0263966*65=1.71MPa 7设计管道初选：(档案库3设置有16个喷头) 每个喷头流量平均为175.495/16=10.987kg/s ，其配水支管D可按D=(816)*Q0.5=(816)*10.9870.5=26.553mm主干管D=(816)*Q0.5=(816)*175.4950.5=105200mm 本档案库3的管径D100稍偏小。 8下面核算喷头处压力是否符合规范3.3.16条要求： 3.3.16条：七氟丙烷气体灭火系统的喷头工作压力应符合下面规定：1一级增压储存容器，不应小于0.6MPa(绝对压力), 二级增压焊接结构储存容器，不应小于0.7MPa(绝对压力),三级增压储存容器，不应小于0.8MPa(绝对压力)。2 喷头工作压力PcPm/2 MPa(绝对压力) Pc=Pm-流经的所有管道的P+Ph Ph-高程水头（MPa）=10-6*H*g g=9.8m/s2 H-过程中点时，喷头高度相对储存容器内液面的位差m Ph=10-6*1407*(20.4-4.8)*9.8=0.215MPa到最不利喷头处DN100-P=1.71MPaDN80，L=15m, Q=87.7kg/s D=79mm P=0.02641*L=0.396MPaDN65，L=5m, Q=43.87kg/s D=65.5mm P=0.0176*L=0.088MPaDN50，L=30/8=3.75m, Q=21.936kg/s D=50mm P=0.018175*L=0.068MPaDN40，L=42/16=2.625m，Q=10.968kg/s D=38.5mm P=0.01793*L=0.047MPaPc=Pm-流经的所有管道的P+Ph =2.182-(1.71+0.396+0.088+0.068+0.047) +0.215=-0.127+0.215 喷头工作压力Pc0.7MPa满足要求。若将设计中的主干管增大为DN125，则DN125 L=65m P=0.62MPa,Pc=Pm-流经的所有管道的P+Ph =2.182-(0.62+0.396+0.088+0.068+0.047) +0.215=0.963+0.215 喷头工作压力Pc0.7MPa,但部分值区小于Pm/2=1.091MPa不满足要求。但亦可认为可行。因此需将所有的主干管增大为DN125150。另校核二层特藏库：DN65干管，L=90m,Q=349.48/10=34.948kg/s P= K*Q2L=9.5397*10-6*34.9482*90=1.048MPaDN50，L=3.75m, Q=21.936kg/s D=50mm P=0.018175*L=0.068MPaDN40，L=2.625m，Q=10.968kg/s D=38.5mm P=0.01793*L=0.047MPaPh=10-6*1407*(3.18)*9.8=0.04387MPaPc=Pm-流经的所有管道的P+Ph =2.182-(1.048+0.068+0.047) +0.04387=2.182-(1.048+0.068+0.047) +0.04387=1.019+0.04387,喷头工作压力Pc0.7MPa，但部分值区小于Pm/2=1.091MPa不满足要求。但亦可认为可行。满足要求。 附：柜式七氟丙烷（HFC-227ea）气体灭火装置 装置简介柜式七氟丙烷气体灭火装置以“洁净气体”七氟丙烷作为灭火剂，灭火机理是通过惰化火焰中的活性自由基,实现断链灭火。七氟丙烷的特点是：无色无味、清洁、不导电、毒性低、灭火效率高、不污染被保护对象，特别是对大气臭氧层无任何破坏作用。在第一代的哈龙替代物中，七氟丙烷的综合性能最好。柜式七氟丙烷气体灭火装置是一种无管网灭火设备，具有轻便、可移动、安装灵活的特点，外表美观，不破坏防护区内的整洁。灭火剂无管路损失，当火灾发生时，本装置可直接向防护区喷射灭火剂，因此灭火效率高、速度快。目前的柜式装置系列产品中，既有将报警灭火控制器安装在柜体上的产品，也可将报警灭火控制器安装在防护区外，供用户灵活选用。 适用范围本柜式装置不用设置专用的瓶组间，整个柜体设置在防护区内，适用于计算机房、档案馆、贵重物品库、通讯机房等空间较小的防护区，几台柜式装置联用也可保护较大的保护区。当建筑物内无法设置专用的瓶组间，或虽然有瓶组间，但输送距离较远，不能满足工程设计的要求，或防护区内不便安装系统管网时，可使用本装置。 产品特点 ZHG系列柜式七氟丙烷气体灭火装置设计合理、先进，关键部位采用新材料，产品性能可靠，其主要指标达到国内领先水平。各项指标均符合经国家固定灭火系统技术委员会审查的Q/HSB08-2001柜式七氟丙烷(HFC227ea)气体灭火装置标准的要求。系统中的启动管路上安装有本公司研制的低泄高密阀， 能有效防止由于启动装置慢性泄漏引起的系统误喷，提高了装置的可靠性。 灭火特点1) 保护环境。七氟丙烷是无色、无味的气体，其臭氧耗损潜能值（ODP）为零，在ISO认可的洁净气体灭火剂中，其洁净性最好，具有清洁、低毒、电