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围。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，目前国内常用的几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。由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身的蒸气压输送，所以储存

2、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、几乎无味、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，具对臭氧层的损耗潜能值ODP=0温室效应潜能值GWP=0.6在大气中存留寿命ALT=31年。在目前国内常用的几种卤代烧哈龙替

3、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（LOAEL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。求解七氟丙烷灭火系统管道输送距离七氟丙烷灭火系统管网计算由于贮压式七氟丙烷灭火系统是采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，故贮压式七氟丙烷灭火系统喷放过程是定容积蓄压气体在自由膨胀下输送灭火剂，形成不定流，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

4、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，对七氟丙烷的管流计算进行简化处理，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。nPV一印匕*心里）47二-1尸土*0）*PTfF2?,一式中4Ig一-磔程中点时储存容器内压力鲍Fa绝对压力力下一_s马_灰火齐臃存容皤屋正为砺1电施无Y-1_的端屋部储存容器内的气容总容积（m/生氟丙烷液体密度（kg/m”2口C时为7k才n?一碎昔存容

5、器的数量（个）Q*E.储存容器的容量礴一一充装量白g/m%一5IH抬头工作应中对压加2印一一系统防濯阻力总损失煦/平|M二*流程中计算管段的匏量;二主干管平均设计流量计算公式按（4）式，支管平均设计流量计算公式按（5）式中w-快火设计用量也0叶十主干管平均设计流量作可北口，火剂设计喷放时间中不2二管平均设计流量*fe）；，荒一根装在计算支管F游的喷头数量行户Q，单个喷头的设计流量十酢）。4气规中管网的阻力损失计算公式是以液相流为条件，依据流体力学中的管流阻力计算基本公式和阻力平方区的尼古拉茨公式，建立的管流计算方法，经过推导、最后简化而得（6）式式中与S尸Q计算管役阻力根失（fe煦；1管道廿算

6、长度如），为计算管段中沿程长度与局音版失当量长度之和Q管道设计5&酢+D:管道内径（non。-由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Pc0.6（MPa绝对压力）；二级增压储存容器的系统po0.7（MPa绝对压力）；;级增压储存容器的系统Pc0.8（MPa绝对压力）；PcPm/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，气规中规定

7、“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由（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。由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V0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未定，Vp也亦未定，Pm也即未

8、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Lg。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、布置管网和初选管径。b.计算集流管的管道内容积Vj和防护

9、区内除主干管外的管网管道内容积Vf,按（7）式计算80%勺流经管网七氟丙烷储存量体积Vq。一式中9匕一一48疑的耀管网H氟丙烷储存量体积（m%:,方当蜘更，.1六二口t氟丙烷液体密度（kg/m5）,2OC时为1407kg/mZ/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。e.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

10、之一。f.若PcPc,且PcPm/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be,逐步逼近最后得出Lg的真值。g.若Pc系统金那犍存暮翳内的气相百容禺M.G2.009绝对额定将任压力P.（庶65.7.,过程中点时储存奢暑内压力E（熟）3.7641俺瓶客松念（L1双喷头人口压力（三吸惜国L$321t单个储瓶内外火剂制|余星（年、3.5当领孔口面租单位嗤射率工加/上“4L3.9壬口出春的酒60.13716啧头警救孔口面积&15）2,25之火火刷段计用星ws.1141.1B2喷丸规格代号施型用，22储瓶内火火剂纲

11、命呈白兄伏足64、防护区建领物承受内压的允许压强已值）1200,天火剂百网内剿蒙星必犯防护区泄压口面银0.6177骨A管毁舌役工Cfi(rmO营逢,内役DljnnO皆道,袋度L（jn）,宙样当量MrL%百段设计笳量JQ（L/S单位度留道阻力栩失山P/LC颗”）售道阳出惯失崎点高程桢空上hG）性点高程压头格点.压力ai-T同.1-I用-1中3.7641.ab.140.140.,O.COO7.6C：5344,0.0043.10,0327,-TrqT*11.7.100翁5,3.7079.bc,im.3.3451.TOTl.物0.00&.I0.0503.1-tCj.1.11.111.?0.0235.1

12、3.&77G.c-d.loo.37t43.谢5ao142.6560.0239.11,乳16,-1dr-1-Il-1400.055212.3343.1d-e,60.74,5COO470n.侬0046,0.23%,.11.1导小400.05522.057e-f,iso.74,50003.1135.6E4,on毓，00503.-TtJI由400055212.04M.f-E-50,4912.5003.3117.3320nM100&461.1hT.1Ei_-14000552,ij&ow,E-h40i2.7003.713.516on即a0.。的4，-1h.1S.1-1-T3.,00525,i.e$2i,百

13、道瞬送距离JL二小坨父九川勺060+55+2./之f土4一25ftn.七氟丙烷灭火系统管道输送距离计算结果汇总由以上计算结果可知，三级增压系统的电子计算机房计算实例防护区集流管出口到最远喷头的管道输送距离Lz=64.280m,采用极限设计参数的全部算例防区不同大小及不同增压系统等级的电子计算机房防区管道输送极限距离计算结果见表3。所有算例防区设计时，管网布置均设计成均衡系统。全部防区除防区大小、增压压力、管径选择、结果约束条件外的系统设计条件参数均相同。表3中的结果约束条件VP表示管网的管道内容积达到极限条件；“PC表示喷头工作压力达到极限条件。表3七氟丙烷系统极限设计参数管道输送距离计算结果

14、汇总表3七氟丙烷系统极息设廿哆数管道输送距离计算结果汇总，他1防区面银山），防区高度（电塔用压力里Q完装屋OiiW）幡送距离结果髀束条件1130074,50，工6.425.40,盹物，*，2r4004.5。5XH425.40B4.2303200，4,505.6、425.40S*540*，4,tooI4,5。5.日，425.4053.373vf.550，4.5。5-425.4042.975j史E，800t4.504a2,n425.4052.132*，7r40014.504.2,.425.405/233Vp.i8i200、4,504.2,，425.405&$33h910014,5。432.a425

15、.40,47.3M,明1口.30、4,504金425.4041330的11.,800t4.502.5，1-112,4004,5。2.545,4045,施-13H200，4.5025425.4043,048814.,100i4,5。/2542.40,4!.736,15.,504.502.5h425.40,40,362,售，以上计算结果都是根据笔者前述求解七氟丙烷灭火系统管道输送距离的计算步骤，经过综合调整各个设计参数并且将单位容积充装量限定在气规中推荐的初选充装量的50%即400450kg/m3之间，最终获得的管道输送距离极限值。由表3的计算结果可见，在极限设计参数情形下，三级增压系统从集流管出

16、口到最远喷头的管道直线输送距离范围为42.975m64.280m,二级增压系统从集流管出口到最远喷头的管道直线输送距离范围为41.330m59.238m一级增压系统从集流管出口到最远喷头的管道直线输送距离范围为40.362m45.726m从表3计算结果中可以看出一级增压系统已经不能在接近极限的防区内使用了。采用喷放时间t=7s,依据七氟丙烷（HFC-227ea洁净气体灭火系统设计规范4中在管道阻力损失为0.0030.02MPa/m的范围内选取管径的规定，且单位容积充装量控制在大于气规中推荐的初选充装量的75%即600kg/m3以上等常用设计参数的算例防区管道输送距离计算结果见表4。表4七氟丙烷

17、系统常用设计参数管道输送距离计算结果汇总表4七丽烷系蜿常用设计多数管道验送距离计算结黑汇总叫防区面积（靖），防区高度（足搏压压力（既勒铺送距离出牛果鳄兔条件1.14.505.6623.525C.S&9X2，400，4,505.6629/9245,129%，3，2QQ,4.505.6623.52，40.6G7%4,1JOi4.505.6623.52口咯159“明.，5,50，4.3。5.6623.52，415$7,%6J8卯，4.504,2，623.52，43,617,T.J4州，4.50，4.2623,52，39.729.1*，8.J20014.504一之.623,52136.7B2a明.，9

18、.JlOO.i4.50*4.2.623,52.132.667.1%10.5O.t4.50.4之1623.52.13S.&02方11.400.4502.5,62S.52135.7E0,12.200，4.50.2.5.62352一，36.06%1$,1也4.50?2.56235231.涵j支504.502.5623.5226.4$5,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，三级增压系统从集流管出口到最远喷头的管道输送距离范围为36.159m50.869ni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围为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28.495m36.069m3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、CO反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计算实例均是限制在“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