气体灭火系统管道输送距离探讨

1、气体灭火系统管道输送距离探讨 摘要：依据气体灭火系统设计规范，对七氟丙烷有管网灭火系统集流管 出口到最远喷头的管道输送距离进行探讨研究，提出工程设计中七氟丙烷灭火系 统常用的管道输送距离范圉。 关键词：七氟丙烷灭火系统，管道输送距离，气体灭火系统，工程设计 1引言 作为传统四大固定式灭火系统之一的气体灭火系统,应用比较广泛。随着气 体灭火系统设计规范1(以下简称气规)的发布，目前国内常用的儿种 卤代烷哈龙替代气体灭火系统设计已经有了权威的设计技术依据。III于气体灭火 系统中的灭火介质是预制在固定大小、固定单位容积充装量范围及固定的充装压 力等级等条件下的储存容器中，依靠其他气体增压或依靠其自

2、身的蒸气压输送， 所以储存容器的大小、单位容积充装量及充装压力等固定条件就从根本上限制了 气体灭火系统的管道输送距离。从输送距离这一角度讲，只能应用在相对有限的 场所。本文针对贮压式七氟丙烷灭火系统，依据气规中的相关规定对七氟丙 烷有管网灭火系统从集流管出口到最远喷头的管道直线输送距离进行探讨。 2七氟丙烷灭火系统管道输送距离探讨 2. 1七氟丙烷灭火系统简介 七氟丙烷灭火系统中的灭火介质为七氟丙烷(CF3CHFCF3),是无色、儿乎 无味、毒性较低、不导电的灭火剂。七氟丙烷灭火过程具有良好的洁净性、良好 的气相电绝缘性，其对臭氧层的损耗潜能值ODP二0,温室效应潜能值GWP二0.6, 在大气

3、中存留寿命ALT二31年。在U前国内常用的儿种卤代烷哈龙替代灭火剂中 七氟丙烷的灭火效能是较优的。七氟丙烷对人体产生不良影响的无毒性反应 (NOAEL)浓度为9%,并允许在有毒性反应(L0AEL)浓度(10. 5%)下人员暴露 1分钟。七氟丙烷常用的灭火设计浓度大都不超过有毒性反应浓度值，因此七氟丙烷可以应用在有人的工作场所。 2. 2求解七氟丙烷灭火系统管道输送距离 2. 2. 1七氟丙烷灭火系统管网计算 山于贮压式七氟丙烷灭火系统是釆用了氮气定容积密封蓄压方式进行增压 输送，在七氟丙烷喷放过程中无氮气补充增压，故贮压式七氟内烷灭火系统喷放 过程是定容积蓄压气体在自山膨胀下输送灭火剂，形成不

4、定流，不定压的随机流 动过程。灭火剂在管网内流动时是以液相为主的气、液两相流，其系统流程损失 不同于不可压缩流体，细致的管流计算要采用微分的方法。气规中在保证工 程设计应用精度条件下，对七氟丙烷的管流汁算进行简化处理，并规定七氟丙烷 灭火系统管网阻力损失采用过程中点时储存容器内压力和平均设计流量进行计 算。 过程中点时储存容器内压力Pm计算公式按（1）式计算，系统喷放前全部储 存容器内的气相容积V0计算公式按（2）式计算，喷头工作压力计算公式按（3） 式计算。 DPV(1)2 Is 犷=戒（1）卩 y P =P 一为尸士P （引、 py_小犷=戒(1-2) 卩p -yP a Vd 式中 |Q

5、_三胃道设计軽g/s）； Q| D -南径（叭。j- 山于七氟丙烷灭火系统灭火剂在管网内的流动具有气液两相流特性，为满足 七氟丙烷灭火系统灭火技术要求和系统管网计算方法，所以在系统设计时需要设 定一些先决约束条件来限制流体中气相部分的相对量。在气规中为了保证这 一条件规定了喷头工作压力计算结果的要求：一级增压储存容器的系统PcO. 6 （MPa,绝对压力）；二级增压储存容器的系统PcMO. 7 （MPa,绝对压力）；三 级增压储存容器的系统PcMO. 8 （MPa,绝对压力）；PcMPm/2 （MPa,绝对压力）。 同时为了保证七氟丙烷在管网中的流动性能要求及系统管网计算方法上的 要求，气规中

6、规定“管网的管道内容积，不应大于流经该管网的七氟丙烷储 存量体积的80%”。 2. 2. 2求解七氟丙烷灭火系统管道输送距离计算步骤 111（6）式可知，若已知系统管道始端节点压力值和末端节点压力值，即已 知，对（6）逆向应用是可以准确求得这段管道直线长度的。山过程中点时储存 容器内压力Pm计算公式（1）式、系统喷放前全部储存容器内的气相容积0计 算公式（2）式及喷头工作压力计算公式（3）式可知，过程中点时储存容器内压 力Pm是受管网管道的内容积Vp影响的。除集流管出口至防护区一级支管的系统 干管直线长度Lg未定外（本文重点计算研究的就是这一直线长度值），在系统 设计过程基本完成的情况下，Lg

7、未定，Vp也亦未定，Pm也即未定。系统干管始 端压力也不能准确求出，即使以气规中最小喷头工作压力Pc的规定值为已 知条件，求出系统干管末端的压力值，也不可能对（1）式逆向应用准确求得集 流管出口至防护区一级支管的系统干管直线的长度Lgo 因此笔者换其做法：以上海市工程建设规范2中推荐的一级增压七氟丙烷 灭火系统管道直线输送距离不宜大于25m为从集流管出口到最远喷头的管道直 线输送距离Lz的下限值，然后按下述步骤进行计算、验算，进而得出从集流管 出口到最远喷头的管道直线输送距离。 a. 设定防护区参数，按气规中七氟丙烷灭火系统的相关规定计算灭火 剂用量、确定灭火剂储瓶型号及数量、布置喷头、布置管

8、网和初选管径。 b. 计算集流管的管道内容积Vj和防护区内除主干管外的管网管道内容积 Vf,按（7）式计算80%的流经管网七氟丙烷储存量体积Vq。 式中匚 通的舷管网七氟丙烷储存量体积（询；Q ； 灭火设计用量0；Q 2 V# 七氟丙烷液体密度（kg/ih3）, 2LC时为1407kg/m5o匸 c. 以Vq减去Vj和Vf就可求出主干管的内容积Vg；由Vg除以主干管的 内截面积，即可初步得出主干管的长度Lg。 d. 以已经初步得出的主干管长度Lg,依据前述的气规中的相关规 定进行管网计算，计算出喷头处的工作压力Pc。 以此Pc值与气规中规定的喷头最小工作压力值Pc进行比较；若 PcPc,则继续

9、对管网计算结果进行精确性的检验，即Pc是否大于过程中点 时储存容器内压力Pm的二分之一。 f. 若PcPc,且Pc Pm/2,则说明喷头工作压力满足要求；且在系统 管网的管径可继续减小的情况下，Lg还可以进一步增大。对系统管网的管径适 当减小后，再重复步骤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则说明Lg已经达到从集流管出口至防护 区一级支管的系统干管直线距离的最大极限值，即得出了 Lg的真值。 i. 求得Lg的极限值后加上防护区内除主干管外的管道输送距离Lf即可得 出七氟丙烷灭火系统从集流管出口到最远喷头的管道直线距离Lz

10、的最大极限 值。 2.3影响七氟丙烷灭火系统管道输送距离的因素 影响七氟丙烷灭火系统管道输送距离的因素比较多，如灭火设计浓度、防护 区大小、海拔修正系数、喷放时间、储存容器增压压力、单个储存容器容积、储 存容器数量、单位容积充装量、管网的管道内容积、喷头布置、管径选择、管道 长度以及管件局部损失当量长度等等。 因气规中对七氟丙烷灭火系统管道壁厚未列参考数值，本文中的计算对 于一、二级增压系统管道壁厚选用引用七氟丙烷灭火系统技术规程2附录 C中的数据，三级增压系统管道壁厚选用则引用二氧化碳系统设讣规范3 附录J中高压系统的数据。本文中的弯头、三通及变径接头等管件的局部损失当 量长度引用气规条文说

11、明第63页表1、表2和表3中的数据。 2.4七氟丙烷灭火系统管道输送距离计算研究 2.4.1七氟丙烷灭火系统管道输送距离计算实例 本部分重点讨论管道输送距离在常用的防区类型一一电子计算机房防区中， 在一些典型防区因大小不同导致管道输送距离的变化，进而确定工程设讣中七氟 丙烷灭火系统常用的输送距离范闱。I前气规中规定的七氟丙烷灭火系统储 存容器的增压压力等级为三级：一级2. 5+0. IMPa （表压），二级4. 2+0. IMPa （表 压），三级5. 6+0. IMPa （表压）；有管网系统一个防护区面积不宜大于800 m1, 且容积不宜大于3600m3o限于篇幅，本文以长X宽X高为20 x

12、20 x4. 5m的电子计 算机房防护区三级增压系统为实例对象，列出管网计算图及管网汁算表，进行验 证管道输送距离的极限值。其余防区大小及不同增压压力等级的电子计算机房防 护区计算方法相同，仅列出笔者的计算结果以供探讨。所有算例防区设讣计算公 式均釆用气规中的相关公式。三级增压系统实例管网计算图见图1 ,三级增 压系统设计参数表见表1、三级增压系统管网计算表见表2。 rn 图1三级增压七氟丙烷系统管网计算图 表1三级增压七氟丙烷系统设计参数表 表1三级増压七丽1烷系统设计却表S 防区諏0叽 400 . 灭火列储存童位Ox）八 1225.162 防区鬲度）八 4. 5.1 计入敢1余屋后的佬新教

13、$（只）、 24., 1800. 克綾星q（k/m,）, 425.40 屉假斥境温虑代） 20, 笊凉嘗邕辰度6） 、 6.690 灭火庞计祿度（ .1 8.1 篥统七績丙烷储存基陽E）.， 0.8111 .1 忍檢慘正无数K . I., 氛纽旨冏的杳遜內容积 6）.、 0.G278 , 喷放时间t（5）.1 8.1 臣统全那储存容黔內的气用总容枳也防）.1 2.0032 .1 绝对额定增碗力P（聆）， 5. 7.1 过栈中点肘蹄容券内压力P期打.1 9.7物承妥肉压的允许压甥巳（Pa）. 1200., 灭火知呂网內轲余呈仑?：仗6） 0.1 阶护送世压口面枕层曲儿 0.6177 a 邑、 段

14、八 旨径 DM. Own) 內径 DGnnO 債度 L(jti) .1 当屋 lM 旨段段 计炕呈 Q CL/S） 单盘长度比 伽 防区面稼nO 防区高度(砧丫 焰压质力(疥八 鑰送距恋5). 结果钓来条作 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 、 叽. 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 叽 6.1 $00.1 4.50 4.2.1 425.40 52. 132 .1 % 7. 400. 4.50 4.2, 425.40 59.238 , 叽 8.3 200. 4.50 八 4.2, 425.40 56. &99 ， 3. 100. 4.50 八 4.2, 425.40 , 47. 334 叽、 10. 50 , 4.50 4.2八 425.40 41. 330 叽 Hi 800,. 4.50 . 2.5, 一. 一 12. 400. 4.50 . 2.5, 425.40 45. 996 P 623. 52 41. 597 叽， 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 齐 200., 4. 50 八 4.2.、 623. 52 9&. 7&2 .n 叽， 3.1 100.1 4.50 4. 2、 623. 52 32. 667 . IO. 50., 4. 50 八 4.2.、 623. 52 39. 802 . 叽、 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 叽， 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的计算结果可知，工程设计中若采用常用的设计参数，三级增圧系 统从集流管出口到最远喷头的管道输送距离范围为36. 159m、50. 869m,二级增压 系统从集流管出口到最远喷头的管道输送距离范圉为32. 667m43. 617m, 一级增 压系统从集流管出口到最远喷头的管道输送距离范围为28. 495m36. 069m。 3结束语 经过以上计算研究，验证了贮压式七氟丙烷灭火系统管道输送距离相比 IG541、CO2等气体灭火系统是比较近的。虽然气规在广东和上海等地方规 范的基础上新增加了 5. 6MPa三级增压等级系统，但从文中的管道输送距离计算 结果汇总表中可以看出大部分的讣算实例均是限制在“管网的管道内容积，不应 大于流经该管网的七氟丙烷储存量体积的80%”这一条件下的，也就是说这一规 定已经从根本上限制了管道输送距离。单纯加大系统增压压力能够解决喷头工作 压力的约束条