气体灭火系统的调试

气体灭火系统的调试（精选7篇）

气体灭火系统的调试 篇1

摘要：设备及主要材料的质量缺陷、安全检查和保养不严格、系统设计缺陷、灭火剂技术性能不符合要求、防护装置不符合要求是影响气体灭火系统安全的主要因素。以IG 541高压惰性混合气体灭火系统为例说明预先危险分析法, 列表给出危害性因素、原因、影响、分级及措施等。以七氟丙烷气体灭火系统为例说故障类型及影响分析法, 列表给出故障类型、影响、严重度、发生概率、原因及措施等。

关键词：气体灭火系统,安全评估,七氟丙烷灭火系统

气体灭火系统是传统的四大固定式灭火系统 (水、气体、泡沫、干粉) 之一, 广泛应用在工业和民用建筑中, 主要用于扑灭通信设施、贵重及精密设备、电气线路、变配电设施、发电机组等火灾。20世纪80年代初至90年代中期, 我国使用的气体灭火系统产品主要是哈龙 (卤代烷1211, 1301) 灭火系统及高压二氧化碳灭火系统。随着《中国消防行业哈龙整体淘汰计划》的实施, 哈龙替代品和替代技术迅速发展, 目前除了极少数必要场所外, 七氟丙烷 (HFC-227ea) 灭火系统、高压惰性混合气体 (IG-541) 灭火系统、低压二氧化碳灭火系统等已成为现阶段气体灭火系统应用的主要产品。

尽管气体灭火系统在实际使用过程中有不少成功扑灭火灾的案例, 但误喷、泄漏等事故时有发生, 特别是近年来发生的数起储存容器爆炸事件及人身伤害事件, 不但造成了巨大损失, 而且社会影响极坏。发生这些事故的原因是多方面的, 而设计、制造、安装和维护等过程中存在的有关问题造成了相当一部分气体灭火系统存在着安全性、可靠性方面的隐患, 随着系统运行周期的不断增加, 暴露的问题及各类隐患也越来越多。因此, 尽快对已投入使用的气体灭火系统开展安全性、可靠性等方面的工况评估工作已刻不容缓。

安全评估又称为“风险评估”或“安全评价”, 是以保障安全为目的, 按照科学的程序和方法, 系统地对工程项目、设施设备、工业生产等领域潜在的危险源进行预先的识别、分析和评估, 为制定基本的防灾措施和管理决策提供依据。涉及到已投入使用的气体灭火系统, 这种评估应以保障设备、设施安全及应用可靠性为最终目的, 通过识别、检查或检测、分析及数据汇总等方式, 对可能存在的各类问题及隐患以及可能产生的危害性后果进行综合评价和预测, 并根据可能导致的事故风险的大小提出相应的安全对策与措施。气体灭火系统安全性、可靠性的工况评估至少应涉及检查范围、检查 (检测) 方法、隐患界定及处置措施等基本内容, 从有效识别系统的风险源入手, 定性或定量表征其危险 (害) 性, 采取控制措施使其最小化, 使气体灭火系统在规定的范围内满足安全性及可靠性要求。

笔者对影响气体灭火系统安全可靠性因素进行分析, 采用安全评估方法对气体灭火系统的故障类型及安全性影响进行初步评估, 并提出有关处置原则。

1 影响系统安全性能的主要因素

对已投入使用的气体灭火系统开展基于风险分析的安全评估, 首先应确认影响系统安全可靠性的危险因素及有害因素。

1.1 设备及主要材料的质量缺陷

气体灭火系统主要由储存容器 (气瓶) 、压力管道、关键零部件 (管件、阀门、法兰、安全保护装置) 等构成, 属于《特种设备安全监察条例》管理范畴的特种设备。我国对特种设备的生产 (含设计、制造、安装、改造、维修) 、使用、检验检测及其监督检查有严格的规定:压力容器的设计单位应当经过国务院特种设备安全监督管理部门许可, 方可从事压力容器的设计, 气瓶的设计文件应当经国务院特种设备安全监督管理部门核准的检验检测机构鉴定, 方可用于制造。压力容器的制造、安装、改造单位, 以及压力管道用管子、管件、阀门、法兰、安全保护装置等的制造单位, 应当经国务院特种设备安全监督管理部门许可, 方可从事相应的生产。但由于各种原因, 长期以来, 这些规定并没有在气体灭火系统的制造、检验、验收和使用过程中严格执行, 相当一部分已投入使用的储存容器及压力管道、管件、阀门、法兰、安全保护装置由不具备法定资质的单位设计、制造, 是设备及系统制造缺陷中最为突出、安全隐患最大的问题之一。国内接连发生的在管道试压过程中管件飞出导致人身伤亡的重大安全责任事故, 直接原因就是施工单位现场违规加工、安装;由于产品存在明显缺陷从而导致事故或严重质量问题的情况屡有发生, 如:20世纪90年代末出现的“柜式低压二氧化碳系统”, 由于相当一部分制造商的技术不过关, 投入使用后普遍出现系统误喷、二氧化碳泄漏及制冷系统故障。某品牌的高压惰性气体灭火系统, 某一生产周期内储存容器的瓶口螺纹及容器阀的瓶阀螺纹均出现严重缺陷, 导致使用此产品的众多用户不得不全部更换产品。另外, 受市场因素的影响, 随意更改、降低关键原材料、关键零部件的品质、制造标准及工艺要求, 导致产品一致性发生重大变化的情况十分严重。

1.2 安全检查和维护保养缺陷

对气体灭火系统实施安全检查和维护保养是使用单位及产品制造商的法定职责, 如每年一次的年度检查, 根据安全等级确定的全面检验, 每两个检验周期进行一次的耐压试验等。国家标准《气体灭火系统设计规范》、《气体灭火系统施工及验收规范》中对气体灭火系统的安全检查和维护保养工作均有明确的要求, 但从目前统计的情况看, 几乎半数以上气体灭火系统的安全检查和维护保养工作都流于形式, 尤其是对储存容器的定期检验, 或是根本没有开展或是未严格按时限、规程实施, 系统“带病”工作或功能已基本失效等问题相当严重。此外, 未能适时开展对配套使用的火灾报警及联动控制系统的功能性检查、检验及维护保养工作, 尤其是缺乏对实现联动功能的保障性措施, 联动设备完好率极低甚至根本不能使用, 也是相关缺陷中较为突出的问题。

1.3 系统设计缺陷

正确的系统设计是保障气体灭火系统产品满足使用要求不可或缺的要素, 这一点已为该领域的产品研究、开发及工程应用实践所证实。

(1) 管网与喷嘴设计中的典型性问题。

以七氟丙烷灭火系统为例:七氟丙烷是通过压缩气体在管道中输送的, 由于液体和气体在管道中摩擦阻力不同, 必须采取有效的措施防止出现管路中气体窜流和气液分层流动的情况, 相同压力下管径越大或相同管径时压力越低, 这种情况越有可能出现。因此, GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》规定了七氟丙烷灭火系统输送用镀锌钢管的最大管径及喷嘴最低工作压力值, 这是经过多次试验验证后得出的结果。但实际工程设计中, 随意放大灭火剂输送管道管径及根本未对喷嘴最低入口压力值做有效校核的情况较为普遍;其次, 对同一防护区内的不同喷嘴, 不按同一灭火设计体积分数、同一喷放时间进行设计, 造成防护区实际灭火体积分数在规定的喷放时间内不能达到有效灭火体积分数的情况也时有发生;再者, 喷嘴流量特性参数 (如实际孔口面积) , 灭火系统各类阀门、管道及相关附件的当量长度, 是设计计算必不可少的参数, 主要通过试验测试得到。由于各方面因素的影响, 目前国内的相当一部分生产单位, 均未对所提供的喷嘴特性参数及主要部件的当量长度值出具有效的验证证据, 这样做出的设计结论很难具备科学性及可靠性。

(2) 钢瓶设置场所的安全问题。

气体灭火系统使用的钢瓶有以下特征:一是储存压力高, 七氟丙烷钢瓶的储存压力为2.4～5.6 MPa, 而高压二氧化碳和IG-541混合气体钢瓶的储存压力更高达 12～20 MPa;二是使用数量大, 根据其灭火剂性质和保护对象的大小, 所使用的储存钢瓶数量不同, 但多数都有十数瓶至数十瓶之多, 多的甚至达到数百瓶;三是安装密度大, 每一套气体灭火系统的钢瓶一般每平方米两个集中安装在一起;四是储存场所与保护对象接近, 受气体灭火系统工作要求的影响, 灭火剂储存钢瓶一般都安装在邻近保护对象的部位, 大多是在同一座建筑物内, 造成了在大量的重要建筑物和重要设备的内部或附近集中安装有大量高压钢瓶的现象。许多系统设计均未明确提出对这些钢瓶以及储存场所本身的安全性要求。

1.5 灭火剂缺陷

由于对系统使用灭火剂质量情况缺乏有效的监控手段, 灭火剂存在严重质量问题的现象较为普遍, 典型例证有:七氟丙烷灭火剂的纯度、水含量等主要技术性能不符合标准要求, 惰性混合气体灭火剂的纯度、混合比例、水含量等主要技术性能不符合标准要求, 驱动气体的纯度、水含量不符合标准要求等。

1.6 防护装置和设施缺陷

系统或使用区域缺乏有效防范雷电、静电、超高压电场及其他电危害的措施, 也是影响气体灭火系统安全可靠性的重要隐患。据不完全统计, 1995-2005年, 全国各地因雷电或电危害造成气体灭火系统误动作的事故近百起, 各类财产损失惨重, 有的还直接导致了人身伤害事故。再如, 防护区结构的承压能力、泄压口不符合规范要求, 极有可能导致构件破碎而影响防护区的密闭效果, 甚至伤人;电缆桥架穿过防护区隔墙的孔洞不作封闭, 防护区达不到密闭要求, 等等。

2 气体灭火系统工况安全性能评估方法的选择

目前, 各种安全评估方法达几十种之多, 各种方法都各具特点并适于特定的场合。有关标准及资料推荐的评估方法主要有:检查表法、预先危险分析法、危险及可操作性研究法、故障类型及影响分析法、故障树分析法、事件树分析法、危险指数评价方法, 等等。根据目前国内使用的气体灭火系统产品在安全性、可靠性方面存在的典型问题, 笔者主要采用了两类评估方法:一是采用预先危险分析法对系统存在的各类隐患进行分析并提出处置要求;二是采用故障类型及影响分析法对产品的主要部件进行针对性的分析和评估工作。

2.1 预先危险分析法

预先危险分析法 (Preliminary Hazard Analysis, PHA) 是一种定性的系统安全分析方法, 无论在系统设计或开发时, 还是在使用过程中, 均可以利用危险分析的结果, 提出应遵循的注意事项和规程, 指出存在的主要危险, 采取有效的措施排除、降低和控制有关非安全因素。特别是可以用来制定设计管理方法和落实技术责任, 并可编制成安全检查表以保证实施。通过预先危险分析, 要力求达到下述基本目标:一是大体识别与系统有关的一切主要危险性因素 (在初始识别中暂不考虑事故发生的概率) ;二是鉴别产生危险性因素的原因;三是假设危险性因素确实出现, 估计和鉴别对系统的影响;四是将已经识别的危险性因素分级, 分级标准如下:Ⅰ级——可忽略的, 不至于造成人员伤害和系统损害。Ⅱ级——临界的, 不会造成人员伤害和主要系统的损坏。Ⅲ级——危险的 (致命的) , 会造成人员伤害和主要系统的损坏。Ⅳ级——破坏性的 (灾难性) , 会造成人员死亡或重大损失, 系统报废;五是找出消除或控制危险的方法或预防损失的方法。

主要危险性因素的确定是最重要的一环, 要尽可能周密、详尽, 不发生遗漏, 否则分析会失误。必须结合具体的气体灭火系统的实际情况进行分析。

2.1.1 应用实例

表1为IG-541高压惰性混合气体灭火系统预先危险分析实例。

2.2 故障类型及影响分析法

故障类型及影响分析法 (Failure Modeand Effect Analysis, FMEA) 也属于定性分析法, 在原子能工业、电气工业、仪表工业均有广泛的应用, 在化学工业应用也有明显的效果。美国杜邦公司将其作为化工装置三阶段安全评价中的一个主要环节, 美国国家航空和航天管理局早在1957年就将其作为飞机发动机工况考核的危险性分析方法。这种方法的特点是从构成产品的关键零部件、关键原材料的危险性分析开始, 逐次分析其影响及应采取的对策。其基本内容是找出每一关键部分可能发生的、对安全性能有重大影响的故障类型, 分析其对人员、操作及整个系统的影响, 回答了“如果……怎么样?”的问题。故障类型及影响分析通常按预定的分析表逐项进行。

分析和评价工作的基本步骤如下:

(1) 确认系统组成与工作原理, 明确构成系统产品的关键零部件、关键原材料; (2) 编制待分析的每个部分的特有功能, 确定操作和环境对系统的作用; (3) 分析并查出主要故障的产生机理; (4) 查明每个部分的故障类型对于产品乃至整个系统的故障影响。每一部件 (或材料) 有一个以上的故障类型时, 必须分析每一类型故障的影响并分别列出。根据故障影响大小确定危险严重度; (5) 列出故障概率。 (6) 列出排除或控制危险的措施。如果故障会引起受伤或死亡, 必须阐明安全设施及防范措施。

对关键零部件、关键原材料分解到什么程度, 是应该注意的又一关键问题, 要根据危险分析的目的加以确定。一般情况下, 分析的对象有确定的故障率时, 可不再详细分解。如:气体灭火控制系统常用的感烟探测器在一般环境情况下的故障率是可以得到的, 没有必要再对它的元器件进行分析, 但如果探测器的故障率与通常情况异常, 则需进一步分析各种元器件的故障类型、影响及故障率, 以确定具体的防范和改进措施。

2.2.1 应用举例

表2为七氟丙烷气体灭火产品主要部件故障类型和影响分析。

3 结 语

传统的安全管理一般都是从已经发生的事故中吸取教训, 这当然是必要的, 但气体灭火系统本身就是保障安全的, 对其本身存在的安全隐患若不采取及时的预先防范, 势必造成人身和财产的重大损失。鉴于国内已投入使用的气体灭火系统在安全性、可靠性方面存在相当严峻的问题, 必须尽快开展对相关隐患及非安全性因素的识别、定性乃至量化工作, 以整个系统安全为目的, 预先发现、识别可能导致事故发生的危险因素, 把安全从抽象的概念转化为可量化、可操作的规范性要求, 为安全管理、事故预测和选择最优化方案等提供科学依据。当然, 这也为安全评估技术与消防标准 (规范) 管理工作的有机结合开拓了一个崭新的领域。

参考文献

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气体灭火系统的调试 篇2

1 国内外发展现状

随着气体灭火系统的广泛应用,ISO国际标准化组织及工业发达国家先后颁布了气体灭火系统的相关产品标准和应用规范,对规范气体灭火系统产品的设计、生产、使用和监督管理起到了积极的促进作用。ISO 14520-1-2006《气体灭火系统物理特性和系统设计第1部分一般要求》、UL 2127-2012《惰性洁净气体灭火系统》、UL 2166-2012《卤代烷洁净气体灭火系统》标准中,都对流量计算给出了指导性意见,且将流量计算方法和软件的验证列入了标准。国际标准化组织标准ISO/TS 13075:2009《气体灭火系统预设计流量计算方法及验证试验》还专门针对气体灭火系统流量计算方法(软件)的开发和验证给出了方向性的指导,对流量计算方法(软件)设计、实施过程中需要考虑的设计参数及其限制条件给出了建议,并给出了对流量计算方法(软件)设计能力进行试验验证的方法和评判准则。

目前,我国还没有将流量计算的相关要求列入标准内容,也不对企业的流量计算方法(软件)给予相关指导和验证,大多数气体灭火系统生产厂家都根据GB 50370《气体灭火系统设计规范》、GB 50193《二氧化碳灭火系统设计规范》等规范中的计算方法进行工程设计计算,也有几家软件公司编写了通用的设计计算软件,经过多年的工程应用,发现有些方法、软件的设计计算结果与试验测试的结果存在较大偏差,造成灭火剂不能正常喷射或喷嘴压力、喷射时间、灭火剂浓度均不能满足要求的现象,往往会导致实际工程应用中存在重大的安全隐患。另外,各制造商的阀门、管件的结构、流通面积存在较大差异,摩阻损失也有所不同,若设计方法和软件数据库中对这些参数均进行同一化处理,也会导致设计上存在偏差,所以需要用一种可行、可信的方法,来对气体灭火系统设计计算方法(软件)的设计提出指导性意见。

2 流量计算方法(软件)的开发设计

气体灭火系统的流量计算,既可以通过计算公式形成的、计算过程可见的一套计算方法,也可以用计算方法编译成的计算软件,在开发设计流量计算方法(软件)时,建议考虑如下设计参数:

(1)管网中灭火剂百分比。管网中灭火剂百分比定义为喷嘴喷出灭火剂设计用量的50%时,管网内的灭火剂质量与灭火剂设计用量之比。管网内灭火剂质量与管网的容积、管网内灭火剂的密度有关。管网内灭火剂的百分比是用来表示灭火剂喷放时管网容积对中期压力影响大小的一个参数。管网中灭火剂百分比大,说明相应的管路容积大,中期容器压力则低,在确定灭火系统贮存压力等级和灭火剂充装密度时,必须考虑管路中灭火剂百分比的影响。管网中灭火剂百分比大,应选用较小的充装密度和较高的贮存压力。

(2)最小和最大喷射时间。气体灭火系统喷射时间决定了喷嘴压力、灭火时间等重要参数。最小喷射时间下产生最大喷射流量,可以缩短火灾预燃时间,降低固体可燃物成为深位火灾的可能性从而迅速扑灭火灾,减少火灾造成的损失,但有可能会引起飞溅等现象。最大喷射时间会影响七氟丙烷、IG541等灭火剂达到灭火浓度的时间,从而直接影响灭火时间和灭火效果。七氟丙烷灭火系统喷射时间还决定HF的分解量,喷射时间越长,产生HF的量越大,对人体和精密设备都会造成侵蚀伤害。

(3)管网中最小和最大流量。管网中的流量指每秒流过的灭火剂质量。最大流量为灭火剂初始喷射的流量,最小流量为灭火剂喷射至95%时的流量。最小流量决定喷射时间;最大流量决定飞溅性能。管网中的流量也影响着对系统管网的类型、布局以及喷嘴的设计,尤其在初选管径时,流量是一个重要的参数,在设计计算时必须要考虑流量。

(4)管网中灭火剂的最小和最大流速。管网中的流速指灭火剂的喷射速度。最大流速为初始喷射时的流速,最小流速为灭火剂喷射至95%时的流速。流速与流量对系统的影响是一样的,只是对可压缩流体,流体的密度是随压力的变化而变化的,气体在管道中的质量流量]介质密度×平均流速×管道截面积。而最大流速和最小流速对管网设计的影响和(3)的描述是一样的。

(5)至每个喷嘴的管容积差。第一分流点到每个喷嘴之间的管容积如果有差异,这个管容积差的大小决定了流向各个喷嘴的灭火剂的流量和压力等参数的不同。在灭火剂输送过程中,至每个喷嘴的管容积差也是影响各喷嘴对应管路中灭火剂百分比的重要参数。

(6)管网中最大喷嘴压力差。最大喷嘴压力指灭火剂从储存瓶经过管网系统后流经喷嘴处的最大压力。最大喷嘴压力考验管路的承压能力,也考量对管路管件类型、尺寸等参数的设计要求,而且在设计中应该考虑最大喷嘴压力引起保护空间中的压强。规范规定保护空间的承压是有上限的。

对于均衡系统,到达每个喷嘴的灭火剂和流量是平均分配的,每个喷嘴的最大压力是相同的。但对于非均衡系统,管网中各喷嘴的最大压力是不同的。这个最大喷嘴压力差异说明了系统管网的不平衡度,差异越大,说明喷嘴间喷射时间差异越大,各个喷嘴喷出灭火剂量的区别也越大。

(7)最小喷嘴压力。管网系统中,确保处于最不利点的喷嘴能在最大喷射时间下喷出足够灭火剂的喷嘴压力,为最小喷嘴压力。最小喷嘴压力决定灭火剂能否可靠输送到喷嘴处,保证灭火剂喷射时间、雾化效果和分布效果。

(8)喷嘴和(或)减压孔板,相对于管路入口面积的最大和最小面积。这一条所表达的意义就是要考虑两个比值:喷嘴等效孔口面积与连接喷嘴管路入口面积之比;减压孔板孔口面积与连接减压孔板管路入口面积之比。

喷嘴的等效孔口面积和减压孔板面积都影响流经的灭火剂的减压效果。对于喷嘴,这个比值越大,减压效果越差,喷嘴压力越大;比值越小,减压效果越好,喷嘴压力越小。对于减压孔板,比值越大,减压效果越差,减压孔板下游压力越大;比值越小,减压效果越好,减压孔板下游压力越小。

(9)非均衡系统,喷嘴间最大灭火剂到达时间差和最大灭火剂喷放完成时间差。最大灭火剂到达时间差:系统启动后,灭火剂到达最不利点喷嘴的时间与到达最近端喷嘴的时间之差。最大灭火剂喷放完成时间差:系统启动后,最不利点喷嘴灭火剂喷完时间与最近端喷嘴喷完时间之差。对非均衡系统,灭火剂到达各喷嘴的时间不同,各喷嘴喷放完成时间不同,这会影响系统喷射时间的设计。同一保护区内,如最大灭火剂到达时间差过大,证明喷嘴之间压力损失较大,或管路的设计不合理,导致灭火剂剩余量过大;最大灭火剂喷放完成时间过大,会导致浓度达到设计值时间加长,从而产生更多的HF。

(10)三通分流的类型和相关临界长度。由于四通分流出口多,更易引起出口处支管的流体密度变化,也难以用试验测定分流时引起的流量偏差,故在设计规范中规定管网连接时均不应采用四通管件分流。当采用三通管件分流时,分流类型不同,分配在各支管的流量比例将会不同。在设计中要考虑三通分流的类型。三通分流方式有两种,如图1、图2所示。

相关临界长度指分流出口水平布置段的长度,这个长度影响气、液两相流体在经过三通后的均匀程度,如果长度不够,将影响分流出口的实际流量。

(11)三通布置方向。采用三通管件分流时,分流出口水平布置可以防止气、液两相流体在三通处不稳定的分离。流体中液相的密度比气相大,而三通有一个分流出口垂直布置,则会有较多气相的流体向上分流,而含液量较高的流体向下分流,使两个出口的实际流量和设计流量产生偏差。存在气、液两相流的灭火系统中布置三通管件时,进口可布置在垂线方向,而分流出口只能呈水平方向。

(12)最小和最大分流比。三通管两个出管流量分别相对于入管流量的流量比。三通控制着流量的分配,最大和最小分流量决定了三通的类型、布置方向、连接方式等参数。

(13)管路和管件规格。管路管件规格尺寸决定了管路和管件的工作压力,也决定了灭火剂流动过程中产生的局部阻力损失,所以在管网的设计和布置中选择合适的管路和管件是非常重要的。

(14)高程变化。指灭火剂流动过程中产生的高度差。对于系统来说,总的高程变化值一般以贮存容器底部与喷嘴之间的高度差来计算。在系统计算时,压力损失应考虑由于灭火剂输送高度变化引起的高程压差。

(15)系统设计温度。系统设计温度提供了一个设计基准,在计算时必须涉及到的参数,如充装密度、贮存压力、管道内的压力损失、喷嘴的流量特性曲线等均取设计温度下的数值,便于工程设计计算和施工验收、检查。设计温度直接影响灭火系统中的初始设计参数。

(16)系统工作温度。设计时,应根据系统的工作温度范围选择相应型号规格的管路、管件和零部件,如使用温度超过系统工作温度范围,对部件和系统设计参数需要重新考虑。

(17)减压孔板下游管路最大压力。灭火剂瓶组中灭火剂喷射后,灭火剂流向集流管,集流管中的灭火剂经过减压孔板减压后流入主干管道,灭火剂经过减压孔板后的压力就是减压孔板下游管路最大压力,根据减压孔板孔径,减压孔板上游端的压力、流量等参数计算而得。减压孔板下游管路的最大压力决定了喷嘴压力的大小,在对减压孔板下游的管路进行设计和布置时都要考虑这个压力值。

3 流量计算方法(软件)参数限制条件

在开发气体灭火系统中的某一流量计算方法(软件)时涉及到的一些参数,在相关的标准和规范中有明确的限制条件和适用范围,笔者将这些参数的具体限制要求进行解释和说明,可对开发流量计算方法(软件)起到帮助和指导作用。

3.1 充装密度、贮存压力和温度

相同温度下,对同一集流管上的贮存容器,其规格、贮存压力、充装密度应该相同。

容器容积V,m3:充装灭火剂的容器容积,单个灭火剂储存钢瓶的容积大小不作具体要求,一般要求钢瓶大小应合理,方便灭火系统的日常维护和点检等。但充装相同质量的灭火剂时,容器的容积不同,则容器内气相容积和液面高度不同,这就会影响过程中点时储存容器内的压力、高程压差、喷射时间和喷嘴压力等参数。

充装密度ρ,kg/m3:充装密度是设计时应通过计算确定的重要参数之一。充装密度越小,对一定容积的贮存容器所需要的数量越多,工程造价就会增大。但是充装密度过大,贮存容器内气相容积减小,则在整个灭火剂喷射过程中,灭火剂的平均推动压力很小,可能影响规定的灭火剂喷射时间。此外,充装密度越大,贮存容器内的压力随温度的变化也就增大,过量充装甚至可能出现危险。且在设计规范和相关标准中,对不同系统在不同压力等级下的充装密度也是有限制的。

贮存压力P,MPa:容器内的贮存压力不但限制了整个系统的充装密度,还限制了最高工作温度和最低工作温度下容器内的压力,这样管路管件类型、喷嘴类型、压力等的设计都要受到影响;在设计规范和相关标准中,系统贮存压力不同,最高和最低工作温度下容器内的压力也是有限制的。

温度:一般有两个意义,一是指设计温度,我国设计规范和标准中一般规定为20 ℃。二是指工作温度,充装不同灭火剂的系统工作温度不同。系统的工作温度约束并限定了管路、管件和其他零部件的某些参数。如系统工作温度过低,贮存装置及选择阀均不能采用常规产品,必须使用低温用钢特别制造,管道及其附件的材料也必须满足低温使用的要求。GB 50370《气体灭火系统设计规范》第4.1.3条规定,储存装置的储存容器与其他组件的公称工作压力不应小于最高环境温度下所承受的工作压力。第4.1.10条规定,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。

3.2 喷嘴压力

规范中对不同系统喷嘴压力值进行了限制,在设计中须根据这些限制设计管路,使喷嘴压力符合要求。如:在GB 50370《气体灭火系统设计规范》第3.1.16条中规定:“七氟丙烷气体灭火系统的喷头工作压力的计算结果,应符合下列规定:(1)一级增压储存容器的系统Pc≥0.6(MPa,绝对压力);二级增压储存容器的系统Pc≥0.7(MPa,绝对压力);三级增压储存容器的系统Pc≥0.8(MPa,绝对压力);(2)Pc≥Pm/2(MPa,绝对压力)”;第3.4.9条“IG541混合气体灭火系统的喷头工作压力的计算结果,应符合下列规定:(1)一级充压(15 MPa)系统,Pc≥2.0(MPa,绝对压力);(2)二级充压(20 MPa)系统,Pc≥2.1(MPa,绝对压力)。”

在卤代烷1301灭火系统中,若末端喷嘴的压力高于中期压力的50%,说明喷射时间将小于设计值,初定的管径是可行的。当然,喷嘴压力大大高于中期压力的50%时,则可适当缩小管径,提高整个管道的压力降,使所设计的管网更经济。若喷嘴压力达不到中期压力的50%时,则喷射时间将大于设计值,应适当扩大初选的管径,在难以扩大管径时,则应降低灭火剂的充装密度,甚至需提高灭火剂的贮存压力等级。

3.3 系统喷射时间

在进行系统设计时,为了保证灭火效果和喷嘴压力,必须要对系统喷射时间进行合理的设计。设计规范中对不同系统在不同场所的喷射时间也进行了限制。如:GB50370《气体灭火系统设计规范》第3.3.7条规定,七氟丙烷灭火系统在通信机房和电子计算机房等防护区,设计喷射时间不应大于8s;在其他防护区,设计喷射时间不应大于10s。第3.4.3条规定,当IG541混合气体灭火剂喷射至设计用量的95%时,其喷射时间不应大于60s且不应小于48s。GB 25972-2010《气体灭火系统及部件》第5.1.1.3条规定,三氟甲烷灭火系统设计喷射时间不应大于10s。

3.4 三通分流比,直流三通和分流三通

三通分流比指的是三通分流支管的设计分流流量与进口总流量的比值,不仅决定了要选择直流三通还是分流三通,还决定了分流支管出口管路的管径、管长等参数。设计规范中对分流比也是有限制的,如:GB 50163《卤代烷1301灭火系统设计规范》第4.1.8条规定,三通出口支管的设计分流流量,宜符合下述规定:当采用分流三通分流(见图1)时,其任一分流支管的设计分流流量不应大于进口总流量的60%;当采用直流三通分流方式(见图2)时,其直流支管的设计分流流量不应小于进口总流量的60%;如果不符合一、二款条件时,应对分流质量流量进行校正。

3.5 管网中灭火剂百分比

GB 50163-92《卤代烷1301灭火系统设计规范》第4.1.6条规定,管网内灭火剂百分比不应大于80%。

3.6 系统管网容积

系统管网容积限制了灭火剂在管网中的流量和流速,管网容积也不是可以无限制扩大或缩小的一个参数,在设计规范中对这个参数也进行了限定,如:GB 50370-2005《气体灭火系统设计规范》第3.3.11条规定:“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%。”

3.7 减压孔板开孔面积与管路面积比

减压孔板开孔面积与管路面积比越小,减压效果越好,减压孔板面积比越大,减压效果越差。但这个比值太小会使得减压孔板下游管路最大压力过小,从而影响灭火剂到喷嘴的输送以及喷嘴压力值,反之会使得减压孔板下游压力过大,如果管路输送距离设计不合理,则会导致喷嘴时间短,喷射强度大,引起飞溅等现象。

对于减压孔板,减压孔板流量系数根据减压孔板孔口直径与入口管路直径的比值大小来选取,这个比值也决定了落压比的大小。GB 50370-2005《气体灭火系统设计规范》第3.4.8条规定:临界落压比δ:一级充压(15MPa)的系统,可在δ=0.52~0.60中选用;二级充压(20MPa)的系统,可在δ=0.52~0.55中选用。

4 结束语

地铁气体灭火系统安装质量控制 篇3

某城市轨道交通某轨道二期工程是市区轨道交通网主干线。全长22.03 km, 其中高架1.81 km, 其余均为地下线。本轨道二期工程全线设17座车站, 此外, 全线还设置停车场一处和两座主变电所。控制中心位于已建成的一期控制中心大楼内。本工程具有以下施工难点和特点:1) 本工程采用美国公司的烟烙尽气体灭火系统, 此系统已成功地运用于多条地铁线, 本系统安全可靠、价格性能比较高、维护保养方便、简单。但对安装有更高的要求。2) 烟烙尽气体灭火系统是用于扑救忌水场合和设备的火灾, 系统的设计采用组合分配式气体灭火系统、实行全淹没灭火方式。

2 施工前准备

1) 对施工组织设计进行全面、细致的研究、分析和审查, 尤其对几个重要的消防部分进行审查, 完善施工管理组织体系和管理职能, 配备各类优秀的、富有实际施工技术管理经验的人员, 确保安装时每个环节不出现偏差。2) 进场材料必须符合设计要求。3) 由于本工程涉及材料种类多, 因此材料入库后要进行标识和分类、分规格堆放及管理, 同时采取防止变形, 受潮霉变等措施, 对材料出库验证并办理相关的领用手续。4) 由于本工程具有体量大、系统多的特点, 因此工程中使用的各种材料都应实现挂牌标识建档制度, 根据材料的使用专业、材料材质、物理化学性质、规格型号及生产厂家建立材料档案, 使材料从进货到使用部位的确定都具有可追溯性, 以保证本工程材料合理、规范的使用。

3 施工过程质量控制

3.1 火灾报警系统部分

1) 火灾探测器的安装。探测器至墙壁、梁边的水平距离, 不应小于0.5 m;探测器周围0.5 m内, 不应有遮挡物;探测器至空调送风口边的水平距离, 不应小于1.5 m;探测器距端的距离, 不应大于探测器安装间距的1/2。探测器宜水平安装, 当必须倾斜时, 倾斜角不应大于45°。可燃气体探测器等有特殊安装要求的探测器, 应符合现行有关国家标准的规定。探测器的底座位固定牢靠, 其导线连接必须可靠压接或焊接。探测器底座的外接导线, 应留有不小于15 cm的余量, 入端处应有明显标志。探测器底座的穿线孔宜封堵, 安装完毕后的探测器底座应采取保护措施。探测器的确认灯应面向便于人员观察的主要入口方向。探测器在即将高度调试时方可安装, 在安装前应妥善保管并应采取防尘、防潮、防腐蚀措施。2) 手拉开关、紧急停止按钮、手自动转换开关的安装。手拉开关、紧急停止按钮、手自动转换开关, 应安装在墙上距地 (楼) 面高度1.5 m处。手拉开关、紧急停止按钮、手自动转换开关, 应安装牢固, 不得倾斜。手拉开关、紧急停止按钮、手自动转换开关的外接导线, 应留有不小于10 cm的余量且在其部位应有明显标志。3) 气体灭火控制器的安装。气体灭火控制器在墙上安装时, 其底边距地 (楼) 面高度不应小于1.5 m;落地安装时, 其底宜高出地坪0.1 m～0.2 m。控制器应安装牢固, 不得倾斜。安装在轻质墙上时, 应采取加固措施。

3.2 消防控制设备的安装

本工程消防控制设备的外接导线, 采用金属软管作套管, 其长度不宜大于2 m, 且应采用管卡固定, 其固定点间距不应大于0.5 m。金属软管与消防控制设备的接线盒 (箱) , 应采用锁母固定, 并应根据配管规定接地。消防控制设备外接导线的端部, 应有明显标志。消防控制设备 (柜) 内不同电压等级、不同电流类别的端子应分开, 并有明显标志。

3.3 系统接地

系统接地必须可靠, 利用建筑物接地时, 其阻值应小于1Ψ, 否则应增设独立接地体, 独立接地阻值小于4Ψ。

3.4 火灾自动报警系统的调试

1) 调试前应按要求检查系统线路, 对于错线、开路、虚焊和短路等应进行处理。2) 火灾自动报警系统调试, 应先分别对探测器、区域报警控制器、集中报警控制器、火灾报警装置和消防控制设备等逐个进行单机通电检查, 正常后方可进行系统调试。火灾自动报警系统通电后, 应按现行国家标准《火灾报警控制器通用技术条件》的有关要求对报警控制器进行功能检查。检查火灾自动报警系统的主电源和备用电源, 其容量应分别符合现行有关NFPA标准及国家标准的要求, 在备用电源连续充放电3次后, 主电源和备用电源应能自动转换。

3.5 管线安装部分

1) 在管内或线槽内的穿线, 在建筑抹灰及地面工程结束后进行。在穿线前, 将管内或线槽内的积水及杂物清除干净。导线在管内或线槽内不应有接头或扭结。导线的接头, 应在接线盒内焊接或用端子连接。敷设在多尘或潮湿场所管路的管口和管连接处, 均应作密封处理。在吊顶内敷设各类管路和线槽时, 宜采用单独的卡具吊装或支撑物固定。线槽的直线段应每隔1.0 m～1.5 m设置吊点或支点, 在下列部位也应设置吊点或支点:线槽接头距接线盒0.2 m处;线槽走向改变或转角处。吊装线槽的吊杆直径, 不应小于6 mm。2) 管线经过建筑物的变形缝处, 采取补偿措施, 导线跨越变形缝的两侧应固定, 并留有适当余量。系统导线敷设后, 应对每回路的导线用500 V的兆欧表测量绝缘电阻, 对其他绝缘电阻值不应小于20 MΨ。设备的外接导线, 应留有不小于15 cm的余量, 入端处应有明显标志。设备底座的穿线孔宜封堵, 安装完毕后的设备应采取保护措施。

3.6 烟烙尽气体灭火系统部分

1) 气体灭火系统施工前应对灭火剂贮存容器、容器阀、选择阀、单向阀、喷嘴和阀驱动装置等系统组件进行外观检查, 气动驱动装置的气体贮存容器规格应一致, 其高度差不宜超过10 mm气体灭火系统安装前应检查灭火剂贮存容器内的充装量与充装压力, 气体灭火系统安装前应对选择阀、液体单向阀、高压软管和阀驱动装置中的气体单向阀逐个进行水压强度试验和气压严密性试验。2) 在气体灭火系统安装前应对阀驱动装置进行检查3) 灭火剂贮存容器的安装。贮存容器内的灭火剂充装与增压宜在生产厂完成;贮存容器的操作面距墙或操作面之间的距离不宜小于1.0 m;贮存容器上的压力表应朝向操作面, 安装高度和方向应一致;贮存容器的支、框架应固定牢靠, 且应采取防腐处理措施;贮存容器正面应标明设计规定的灭火剂名称和贮存容器的编号。

3.7 集流管的制作与安装

组合分配系统的集流管宜采用焊接方法制作。焊接前, 每个开口均应采用机械加工的方法制作;采用钢管制作的集流管应在焊接后进行内外镀锌处理。集流管安装前应清洗内腔并封闭进出口;集流管应固定在支、框架上。支、框架应固定牢靠, 且应做防腐处理;集流管外表面应涂红色油漆;装有泄压装置的集流管, 泄压装置的泄压方向不应朝向操作面。

3.8 选择阀的安装

选择阀操作手柄应安装在操作面一侧, 当安装高度超过1.7 m时应采取便于操作的措施;采用螺纹连接的选择阀, 其与管道连接处宜采用活接头;选择阀上应设置标明防护区名称或编号的永久性标志牌, 并将标志牌固定在操作手柄附近。

3.9 阀驱动装置的安装

电磁驱动装置的电气连接线应沿固定灭火剂贮存容器的支框架或墙面固定;拉索式的手动驱动装置的安装应符合下列规定:拉索除必须外露部分外, 其余采用经内外防腐处理的钢管防护;拉索转弯处应采用专用导向滑轮;拉索末端拉手应设在专用的保护盒内;拉索套管和保护盒必须固定牢靠;安装以物体重力为驱动力的机械驱动装置时, 应保证重物在下落行程中无阻挡, 其行程应超过阀开启所需行程25 mm。气动驱动装置的安装应符合下列规定:驱动气瓶的支、框架或箱体应固定牢靠, 且应做防腐处理;驱动气瓶正面应标明驱动介质的名称和对应防护区名称的编号。气动驱动装置的管道安装应符合下列要求:管道布置应横平竖直。平行管道或交叉管道之间的间距应保持一致;管道应采用支架固定。管道支架的间距不宜大于0.6 m;平行管道宜采用管夹固定。管夹的间距不宜大于0.6 m, 转弯处应增设一个管夹。气动驱动装置的管道安装后应进行气压严密性试验。

4 结语

地铁消防安装是比较复杂的一项工程, 施工过程中要注意的事项很多, 施工的核心是必须以设计和施工规范为依据, 和其他工种密切配合, 及早发现问题并及时解决, 精心施工, 才能确保质量和进度。

摘要：针对地铁区域消防设施选用及安装的重要性, 结合工程实例, 重点论述了地铁消防设施安装的质量控制要点和重点, 并指出地铁气体灭火系统安装的核心是必须以设计和施工规范为依据, 与其他工种密切配合, 精心施工, 从而确保工程质量和进度。

气体灭火系统在炼油厂中的应用 篇4

关键词：七氟丙烷,气体灭火,电气火灾

国际社会为保护人类赖以生存的大气臭氧层而签署了著名的《蒙特利尔公约》。此公约于2005年在我国生效,这就意味着对大气臭氧层具有极强破坏作用的卤代烷“1301”和“1211”灭火系统已被禁止使用。气体灭火系统必须寻找其替代物,而七氟丙烷无疑是其中的佼佼者。

众所周知,电气类火灾是严禁水的,此类火灾发生时,需要快速、健康而环保的灭火,气体灭火系统正致力于此。其灭火机理是淹没式地向着火区域释放大量的气体灭火剂,在抑制燃烧化学反应的同时, 降低着火区域内空气中的氧含量和环境温度,使该区域内的火势被快速扑灭。

1气体灭火系统原理

在炼油厂中气体灭火系统适合与自动报警系统配套相连,分为自动、手动、应急操作的联合控制方式。

当无人时,将灭火控制盘的控制方式选择键拨到“自动”位置。保护区有火灾发生时,火灾探测器接收到火灾信息并经甄别后,由报警和灭火控制系统发出声﹑光报警及下达灭火指令给气体灭火系统的控制盘。控制盘收到信号后,就会发出指令在0~30s后打开电磁启动器,继而依次打开氮气启动瓶瓶头阀﹑分区选择阀和各储瓶瓶头阀,释放灭火剂实施灭火。当有人在防护区现场时,将灭火控制盘的控制方式键拨到“手动”位置。当人为发现火灾或火灾报警系统发出火灾信息,即可操作灭火控制盘上的灭火手动按钮,仍将按上述既定程序实施灭火;当火灾报警系统或灭火控制系统发生故障,不能投入工作时,发现火灾,通知人员撤离保护区,人为启动“联动设备”(即拔下电磁启动器上的保险盖, 压下电磁铁轴芯),实施灭火。

2气体灭火系统在炼油厂中的应用

现代化的炼油厂精密仪器以及计算机等电气设备众多且价值昂贵,发生火灾时要求把损失降至最低且能及时恢复,所以几乎所有的机柜间、UPS间和通讯机房等电气设备房间都安装了气体灭火系统,其中99% 采用的是七氟丙烷气体灭火系统。

以某炼油厂生产装置的机柜间为例,根据《气体灭火系统设计规范》中规定:图书、档案、票据和文物资料库等防护区,七氟丙烷灭火设计浓度宜采用10%;在通讯机房和电子计算机房等防护区,七氟丙烷灭火设计浓度宜采用8%,设计喷放时间不应大于8s;在其它防护区,设计喷放时间不应大于10s。所以设计七氟丙烷灭火浓度C1=80%,喷放时间t=7s。

2.1保护区域的实际容积

保护区域的实际容积为:V=9×16×3.5=504m3。 灭火剂气体在101k Pa大气压和防护区最低环境温度下的比容,应按式 (1) 计算:

式中:T为防护区最低环境温度,℃;K1为0.1269; K2为0.000513;T为20℃。

根据公式 (1),则有:

S=K1+K2T=0.1269+0.000513×20=0.13716

2.2灭火设计用量

防护区灭火设计用量按式(2)计算:

式中:W为灭火设计用量,kg;C为灭火设计浓度或惰化设计浓度,%;V为防护区净容积,m3;S为灭火剂气体在101k Pa大气压和防护区最低环境温度下的比容,m3·kg-1;K=1,为海拔高度修正系数。

2.3灭火剂储瓶规格和数量选定

根据广东胜捷消防公司气体灭火技术资料,选用MJP-150(150L)型储瓶,每个气瓶装载灭火剂70kg,每个气瓶药剂剩余量综合管网剩余量按5kg计算,那么气瓶的数量为:(70×n)-(5×n) > 319.52, 解得n > 4.92,n取5。

由此可见仅需要5个气瓶,用时7s便可将一个500多m3的区域火灾解决,充分说明其具有占用空间小,灭火速率快的特点。

气瓶的数量由保护区域容积决定,所以七氟丙烷灭火系统在同时保护两个或以上的区域时,往往采用双排或多排复合式储瓶组。这样可以根据保护区域的大小来选择喷射的气瓶组,针对性强,节约资源。气体灭火瓶组宜设在专用储瓶间内,储瓶间宜靠近防护区,并应符合建筑物耐火等级不低于二级的有关规定及有关压力容器存放的规定,且应有直接通向室外或疏散走道的出口。储瓶间和灭火系统防护区域的环境温度应为 -10~50℃。

3气体灭火系统的优缺点

现代炼油厂所采用的七氟丙烷灭火系统是一种高效能的灭火设备,其灭火剂是一种无色、无味、 低毒性、绝缘性好、无二次污染的气体,对大气臭氧层的耗损潜能值(ODP)为零,是目前替代卤代烷1211、1301最理想的替代品。

但在发生火灾的区域内,一旦有人员尚未及时撤离,就开启了气体灭火系统,那么造成的后果将非常严重,甚至死亡。所以一般的气体灭火系统都会给人员留有一定的撤离时间(30s)。

4结语

气体灭火系统的调试 篇5

流量特性是喷嘴的关键性能之一,而在GB 16669-1996《二氧化碳灭火系统及部件通用技术条件》和GB 25972-2010《气体灭火系统及部件》等标准中,对喷嘴的流量特性都作出了相关规定。喷嘴的流量特性就是描述喷嘴在不同喷射压力P下与质量流量Q的关系。通过数据处理方法将喷嘴在不同压力下的质量流量绘制成一条曲线,该曲线称之为流量特性曲线,即P-Q曲线。

喷嘴的流量系数是喷嘴的关键参数,也是研究喷嘴流量特性的基础。对于一特定结构的喷嘴,其流量系数可用式(1)表示。

undefined (1)

式中:G为流量系数;A为喷嘴的出流孔口面积,m2;Q为灭火剂的质量流量,kg/s;ρ为介质密度,kg/m3;Pn为喷嘴前压力,Pa。

式(1)是通用公式,既适用于不可压缩流体,也适用于可压缩流体。但由于惰性气体灭火系统的气体压力高、喷射速度大,压力、速度、密度、温度等参数随时间变化快等特点,根据目前的实验条件很难通过实验准确测量该系统中喷嘴的流量特性,特别是无法给出喷嘴在可压缩情况下的流量系数。因此,通过数值计算的方法研究喷嘴在高压、高速条件下的流量特性,以辅助实验手段判定产品是否合格是十分必要和及时的,同时对优化喷嘴结构,提高喷嘴流量系数具有积极意义。

1 计算模型的建立

为了真实地反映实际情况,笔者选择了4种不同形状、不同孔口个数、不同孔径的惰性气体灭火系统喷嘴,如图1所示。采用计算流体软件FLUENT对这4种喷嘴射流进行了数值模拟计算。喷嘴具体尺寸见表1。

1.1 网格划分

选择了对称面方法,将实验所用的4种喷嘴射流流场按照其对称结构确定计算域,采用结构化和非结构化混合网格对三维计算域进行划分。喷嘴射流计算域的选取和网格划分,如图2所示。

1.2 边界条件的设置

该计算中边界条件的设置包括入口、出口和壁面边界条件。入口采用压力入口条件,其中入口总压和入口总温由实验近似给出。入口处给定湍流强度5%和水力直径,其中水力直径为管道直径。

流场出口采用压力出口条件,其中出口表压为0,出口总温为300 K,湍流强度5%,水力直径为1 000 mm。

所有壁面采用无滑移固壁。热传导系数为0,即壁面与计算流体无温度差。在计算域的划分中已表示出壁厚,且固壁内部不参与计算,因此壁厚设置为0。

1.3 气体物理性质的设置

选择了IG541惰性气体灭火剂为代表,来研究喷嘴的流量特性。IG541是指氮气(N2)、氩气(Ar)和二氧化碳气体(CO2)以52%、40%和8%的体积比组成的混合惰性气体。由混合气体性质得到IG541气体参数如下:

混合气体密度(标况):ρIG541=1.52 kg/m3,混合气体比热容:Cp ,IG541=816.634 J/(kg·℃),混合气体摩尔质量:MIG541=34.066 96。

混合气体运动粘性系数:由于模拟的问题包括热传导,因此选择了由温度函数定义的三系数Sutherland粘性定律计算流体粘性μ,见式(2)。

undefined (2)

式中:μ为粘性系数,kg/(m·s);μ0为参考值,kg/(m·s);T为静温,K;T0为参考温度,K;S为有效温度,K,被称为Sutherland常数,它是气体所特有的。

对于适当的温度和压力:μ0=1.716×10-5kg/(m·s),T0=273 K,S=111 K。

2 计算结果分析

利用实验数据对数学模型的边界条件进行了设置,计算模型为标准k-ε模型。由于研究对象为实际工程问题,因此计算格式采用具有一阶精度的迎风差分格式,算法为SIMPLE算法。

实际灭火系统喷射是一个喷嘴上游压力由高到低,直至灭火剂喷射完毕的非定常可压缩复杂流动问题。由于研究重点在于可压缩流动中喷嘴的流量特性,因此计算中将问题简化为不同流动状态下的准定常可压缩流动问题。其中按照每种喷嘴入口压力从6 MPa至0,每隔0.25 MPa取一个工况,计算了25个喷射状态下流场的流动情况。比较计算结果,4种喷嘴射流流场速度、温度、密度等参数随着入口压力不同,变化趋势相同。以喷嘴1为例,给出在不同入口压力条件下射流流场的数值计算结果。

图3为喷嘴1在入口压力分别为6、4、2 MPa和0.25 MPa条件下流场对称面的速度等值线图。从图中可以看出,流体流出喷嘴孔口时,速度达到最大值,随着向下游发展速度不断减小。在6 MPa至2 MPa之间的高压条件下,不同喷嘴射流流场在出口下游很近的位置均产生了激波。这主要是由于高压高速流体在经过喷嘴释放到空气后急剧膨胀,形成的膨胀波与下游低速流体之间相遇,交界处形成了激波面。随着管道内压力不断减小,激波逐渐减弱。在0.25 MPa下喷嘴射流流场中已不再有激波产生。此外,通过数值模拟,还可以得到温度、压力、密度等其他流场参数。图4给出了喷嘴1入口中心流线上的流场参数分布。

通过流场数值模拟结果,计算得到了4种喷嘴流量特性曲线,即单位时间流过单位面积的流体质量随压力的变化曲线,如图5所示。由图可以看出,随着压力增大,计算得到的单位面积上流量Q′不断增大,且不同喷嘴的流量特性曲线之间没有明显差别,4种喷嘴的流量特性曲线基本重合,并且所有曲线基本呈线性分布。

为进一步研究喷嘴流量特性,笔者采用数值模拟结果计算得到了不同压力下4种喷嘴的流量系数,如图6所示。从图中可以看出,喷嘴流量系数不随压力的改变而变化,基本保持恒定。进一步验证了喷嘴的流量特性只由喷嘴的结构决定,而与流动状态无关。文中用于计算喷嘴流量系数的式(1)中喷嘴前压力Pn应选用该点绝对压力、而非表压,才可以得到恒定的喷嘴流量系数。将不同压力下计算得到的G进行平均,作为喷嘴的流量系数,表2给出了定量计算结果。从表2中可以看出, 4种喷嘴流量系数均在0.4以上,表明喷嘴实际流量为理论流量的40%以上。由于笔者所使用的喷嘴孔口面积比较接近,因此喷嘴的流量系数G差距较小。

3 结 论

(1)在6 MPa至2 MPa之间的高压条件下,惰性气体灭火系统喷嘴射流流场在出口下游很近的位置均产生了激波。随着管道内压力不断减小,激波逐渐减弱。在0.25 MPa下喷嘴射流流场中已不再有激波产生。

(2)随着入口压力的增大,计算得到的喷嘴出口单位面积的流量Q′不断增大,喷嘴流量特性曲线基本呈线性分布。

(3)第一次给出了惰性气体灭火系统喷嘴流量系数定量结果。所选的4种喷嘴流量系数均在0.4以上。

(4)喷嘴流量系数不随压力的改变而变化,基本保持恒定。进一步验证了喷嘴的流量特性只由喷嘴的结构决定,而与流动状态无关。同时明确了流量系数计算式(1)中喷嘴前压力Pn应选用该点绝对压力。

摘要：利用计算流体力学软件FLUENT分别仿真计算安装4种不同喷嘴的惰性气体灭火系统的高压、高速湍射流流场,获得加装各种喷嘴时射流的速度、温度、压力、密度等流场参数,在此基础上首次计算得到不同压力下喷嘴流量系数,研究了不同喷嘴在可压缩条件下的流量特性。结果表明,喷嘴射流流场在出口下游很近的位置产生了激波,随着管道内压力不断减小,激波逐渐减弱;随着入口压力增大,喷嘴出口单位面积上流量不断增大;喷嘴流量系数不随压力的改变而变化。

关键词：惰性气体灭火系统,喷嘴,流量特性,数值模拟

参考文献

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气体灭火系统的调试 篇6

关键词：不可压缩流体,灭火剂,七氟丙烷,喷射时间

1 研究背景

随着我国工业化进程的加快,气体灭火系统已被广泛应用于各类工业和民用场所的消防工程中,为此类场所的火灾防治起到了重要作用。根据灭火介质在管道中的流态形式,气体灭火剂主要分为三种类型,一是以IG100(氮气)、IG 01(氩气)、IG 55(氮气、氩气混合气体)、IG 541(氮气、氩气、二氧化碳混合气体)为代表的纯气态灭火剂;二是以二氧化碳、三氟甲烷为代表的气液两相流灭火剂;三是以七氟丙烷、六氟丙烷为代表的可近似为纯液相流的灭火剂。基于上述灭火剂的固定式气体灭火系统基本为当前我国消防工程中应用较广泛的产品。

根据我国气体灭火系统相关国家、行业标准,如GB25972-2010、GB 16669-2010、GB 16670-2006、GA 13-2006的规定,气体灭火系统产品在型式试验时,均需进行喷射时间性能的测试。通常,该项试验是通过喷放实际灭火剂进行测试的,由于七氟丙烷、六氟丙烷等灭火剂属于化工合成物质,其温室效应潜能值(GWP值)较高,价格比较昂贵,使用实际灭火剂进行喷放试验,一方面试验成本较高,大量试验也不经济;另一方面会对环境造成一定的污染。对纯液相流的气体灭火剂能否使用水来替代进行喷放试验,目前尚无相关研究工作的报道。如果能用水模拟七氟丙烷等液态灭火剂进行喷放时间试验,其意义很大。因此,笔者从流体力学相似原理和实际喷放对比实验两方面,就此问题开展了研究。

2 理论分析

因水与纯液相流的气体灭火剂均属于不可压缩流体,因而可根据流体力学的不可压缩流体连续性流动方程计算灭火剂的质量流量Q,如式(1)所示。

式中:Q为质量流量,kg/s;ρ为流体密度,kg/m3;w为流体流动速度,m/s;A为流道内径的截面积,m2。

不可压缩流体管道流动阻力可通过式(2)计算。

式中:ΔP为管道两截面之间的阻力,Pa,ΔP=P1-P2;λ为管道流动阻力系数;Ld为管道当量长度,m;D为管道内径,m。

联立方程(1)和(2),可得到不可压缩流体管道流动质量流量方程,如式(3)所示。

式中:π为圆周率;P1为流体在管道上游截面的压力;P2为流体在管道下游截面的压力;Ld为管道当量长度,当管道上、下游截面确定后为常数;D是当管道一定时为常数。

2.1储存体积V相同、管道进口压力P1相同时,两种不可压缩流体稳定流动的时间比

稳定流喷放示意图如图1所示。

如图1所示,容积为V的容器中盛装某种不可压缩流体,流体的密度为ρ,管道进、出口压力分别为P1和P2。当采取适当的措施后,自由液面下降可以做到使该流体管道进口压力P1始终保持不变;管道内径为D,当量长度Ld,管道流动阻力系数λ均为常数;由式(3)可知,质量流量Q也应为常数。则该不可压缩流体流完的时间t,如式(4)所示。

假定七氟丙烷(FM200)和水分别从图1结构相同系统流出,则根据式(4),其各自的流出时间可分别由式(5)和式(6)得到。

将式(5)与式(6)相比,可得式(7)。

2.2 储存体积V相同、管道进口压力P1变化时,两种不可压缩流体不稳定流动的时间比

流体不稳定流动时的质量流量Q,随着时间的变化为一变化值,如图2所示。

钢瓶内的不可压缩流体若按图2结构流动喷放,V1为初始充压气体体积,为一定值;V2为初始充液体积,也为一定值;虚线为喷放过程中液体自由面下降位置;V"为已经喷出的液体体积。

式(3)中的P1因图2中几何结构液柱不高,静压相对很小不予考虑,认为P1等于气瓶上部压力P1。喷放过程中P1膨胀,成为一变量P,Q因P的变化而变化。当喷入大气空间后,P2为大气压。将(3)式的Q对P作微分,如式(8)所示。

初始时,气瓶充压P1、V1按设计为一定值。喷放过程中,任一时刻气瓶上部气体膨胀体积则为V1+V"=V,膨胀压力为P。喷放过程认为近似绝热过程,喷放过程方程为式(9)所示。

式中:k为气体膨胀绝热指数;P1、V1为初始定值。P、V互为因变量,求P对V的微分如式(10)所示。

将式(9)和式(10)代入式(8),可得式(11)。

气瓶内不可压缩流体不稳定流动喷放时间,如式(12)所示。

式中:ρ、V2均为常数。不稳定流动喷放时,Q为一变量,t与Q互为因变量,将喷放时间t对Q作微分,如式(13)所示。

将式(3)、式(9)和式(11)代入式(13)中,可得式(14)。

式(14)即为在驱动气体压力作用下,求液体从图2几何结构不稳定流动喷放时间的微分方程式。

不可压缩流体在驱动气体压力作用下由图2管网不稳定喷放,当驱动气体由初始体积V1膨胀至最终体积(V1+V2)时,喷放时间为式(15)所示。

式(15)表明,不可压缩流体从管网不稳定流动喷放时,喷放时间是由流体密度的平方根和积分式决定的。积分号内是一个只与管网系统几何因素有关的定积分式。初始条件V1、V2、P1均为常数,一般管道系统的Ld、D已定为常数,只有V为变量,可以求得该定积分式,即为按图2结构不可压缩流体不稳定流动喷放时间的计算公式。初始条件V1、V2、P1按专业技术要求也容易确定,即可计算液体不稳定流动喷放时间。

如式(16)所示,如果有两种密度不同的不可压缩流体,初始条件相同,分别从图2的同一管网系统,在驱动气体压力作用下不稳定流动喷放到大气空间,喷放的时间之比,同样为密度的平方根之比。

若第一种不可压缩流体为七氟丙烷,第二种不可压缩流体为水,其喷放的时间比为式(17)所示。

可以看出,与稳定流动完全相同。

七氟丙烷气体灭火系统的几何结构,与图2示意结构完全相同;灭火剂的流动喷放也为不稳定流动喷放;七氟丙烷可以按不可压缩流体对待,按式(17)所求相似数,用水可以模拟其流动喷放时间。

3 实际对比喷放试验

理论推导结果证明,稳定流与不稳定流的喷放时间比是完全相同的。对于实际喷放的结果能否与理论计算结果相吻合,笔者采用七氟丙烷灭火剂和水进行了试际对比喷放试验。试验样品采用探火管灭火装置,灭火装置容积分别为10L和40L,末端安装一个喷嘴,喷嘴有一个直径为2mm的喷孔。灭火装置内分别充装同体积的七氟丙烷灭火剂和水(同时考虑钢瓶内喷放后的剩余量),分别验证了充装压力为2.5 MPa和4.2 MPa两个压力级的喷放结果,试验设备及曲线如图3~图5所示。

3.1 充装压力为3.0 MPa的对比喷放试验

试验采用40L无缝钢瓶,钢瓶内分别充装12kg七氟丙烷和8.6kg水(不包括剩余量),瓶组内充装压力为3.07 MPa,容器阀出口连接一喷嘴,喷嘴有一个直径为2mm的喷孔。

由图4可知,七氟丙烷灭火剂实际喷射时间为63s,按理论推导的结果,水的喷射时间应为63/1.186=53.1s;由图5可知,水实际喷射时间为51s,理论计算与实际喷放的绝对误差为4%。

3.2 充装压力为3.95 MPa的对比喷放试验

试验采用10L无缝钢瓶,钢瓶内分别充装有6kg七氟丙烷和4.3kg水(不包括剩余量),瓶组内充装压力为3.95 MPa,容器阀出口连接一喷嘴,喷嘴有一个直径为2mm的喷孔。由喷放曲线可知,七氟丙烷灭火剂实际喷射时间为31s,按理论推导的结果,水的喷射时间应为31/1.186=26.1s;水实际喷射时间为28s,理论计算与实际喷放的绝对误差为7.1%。

3.3 充装压力为4.27 MPa的对比喷放试验

试验采用40L无缝钢瓶,钢瓶内分别充装有12kg七氟丙烷和8.6kg水(不包括剩余量),瓶组内充装压力为4.27 MPa,容器阀出口连接一喷嘴,喷嘴有一个直径为2mm的喷孔。由喷放曲线可知,七氟丙烷灭火剂实际喷射时间为53s,按理论推导的结果,水的喷射时间应为53/1.186=45s;水实际喷射时间为44s,理论计算与实际喷放的绝对误差为2.2%。

对比水与七氟丙烷灭火剂实际喷放实验结果,按照理论推导的结果,其模拟喷放时间误差均在10%的范围内,基本与理论推导的结果相吻合。

4 结论

(1)通过流体力学相关理论推导了水替代液态气体灭火剂喷射时间的修正参数,并通过实验验证了修正参数的准确性。

(2)使用水替代液态灭火剂进行喷射实验,一方面可以降低实验成本,另一方面减少了七氟丙烷等化工合成类灭火剂的排放,对环境保护起到了积极的作用。

(3)该结果有望为气体灭火系统标准的制修订提供数据支撑。

参考文献

[1]GB 16669,二氧化碳灭火系统及部件通用技术条件[S].

[2]GB 25972,气体灭火系统及部件[S].

[3]GB 50193,二氧化碳灭火系统设计规范[S].

[4]GB 50370,气体灭火系统设计规范[S].

[5]GA 1167,探火管式灭火装置[S].

[6]CECS 345,探火管灭火装置技术规程[S].

[7]CNCA/CTS 0015,感温自启动灭火装置认证技术规范[S].

[8]董海斌,刘欣,刘连喜,等.惰性气体灭火系统喷嘴流量特性的实验研究[J].消防科学与技术,2010,29(3):223-225.

[9]东靖飞.气体灭火系统安全评估技术的研究[J].消防科学与技术,2009,28(9):649-653.

[10]许春元,于继航.七氟丙烷气体灭火系统常见设计失误与改进[J].消防科学与技术,2009,28(4):193-195+203.

气体灭火系统的调试 篇7

关键词：FAS,气体灭火,地铁,消防,设施管理,维护

南京地铁根据规划, 到2050年轨道交通线网将由10条地铁线、四条轻轨线构成共计433公里的网络。其中一号线工程, 自奥体中心向东途径小行拐向北, 经新街口至终点迈皋桥站。全线设车站16座, 11座地下车站, 5座地面及高架车站, 线路全长21.72公里。目前地铁二号线及一号线南延线、二号线东延线已经在建设中, 建成后将同已建好的一号线一起完成对南京市轨道交通线网的优化。

本文主要对南京地铁一号线目前的消防报警 (即FAS) 系统和气灭系统的日常管理与维护进行分析与探讨。

一、南京地铁消防系统

南京地铁消防系统包括有二大部分:气消防, FAS系统。其中FAS系统为感应机构, 即用来发现火情;气消防为执行机构, 即灭火自动控制系统。FAS系统由探测器等探测报警设备构成, 起检测火情并及时报警的作用。气消防灭火系统采用灭火介质为七氟丙烷气体, 用于扑救电气火灾, 液体火灾或可熔化的固体火灾等, 用作执行灭火。

南京地铁的FAS系统设中央和车站级两级。中央级在珠江路地铁指挥中心大楼内;车站级在各站车控室和车辆段乘务派班室内, 完成全线消防报警类设备的管理。

南京地铁的气体灭火系统设在全线11座地下车站、地铁控制中心大楼, 其保护范围有:全线11个地下车站的通信设备机房、信号设备机房、牵引降压混合及跟随变电所、整流变压器室、开关柜室等。系统设有灭火管网及控制报警部分, 探测器都报警后, 防护区域内外的蜂鸣器及闪灯动作, 系统进入延时阶段, 控制盘完成联动控制。延时后, 控制盘启动灭火剂钢瓶组进行灭火。

二、火灾自动报警系统的运行与维护

1系统开通前调试

南京地铁一号线于2005年10月投入运营, 系统也同步投入使用。在使用前完成调试, 取得消防专项合格证书, 相关工作在开通前由公安消防监督机关审查批准的有资格的专业技术人员完成, 所有工作均按照《火灾自动报警系统安装使用规范》要求进行。

2系统的验收

系统开通前, 在消防监督机构监督下, 由建设部门主持完成系统的调试、验收等工作, 运营等多家单位参与。竣工时, 施工单位提交相关竣工材料, 由消防监督机构进行复查, 包括各类装置安装位置和施工质量, 并同步验收:火灾自动报警系统装置, 七氟丙烷灭火系统控制装置, 相应消防联动控制装置功能, 并在现场对控制主机及车站探测设备进行功能抽检。

3系统的使用

先由系统管理部门和消防主管部门对各车站的值班员进行操作培训、考核, 发放消防值班员证书, 二十四小时值班。相关职责、操作规程、记录等均按照要求进行管理。

4系统的维护

(1) FAS系统的维护

A.巡检:

1) 每周对FAS主机、探测设备和报警类设备、消防电话系统设备外观检查;

2) 每季度对区间内管线及手动报警按钮、插孔电话进行外观查看, 侵线检查;

3) 每日检查FAS主机功能并进行主、备电功能切换。

B.保养

1) 对FAS主机每季进行保养, 完成蓄电池的充放电试验, 同时对FAS多线集中控制盘功能的测试;

2) 对消防电话系统每季进行保养, 测试其通话功能;

3) 每季对充电机进行充放电试验;

4) 每月对各车站、控制中心的图形显示终端进行内存清理, 每半年进行一次软件备份;

5) 每季对探测类设备进行功能测试, 保证正常报警, 测试量不少于总数的30%;

6) 每季对各类外控设备的接口进行联动控制测试并查看反馈信号;

C.小修

1) 每年对FAS主机与集控盘进行小修, 检查接线及内部环境;

2) 每年对消防电话系统进行小修, 查看主机上标识是否清晰;进行接线及内部环境查看;

3) 每年对模块箱进行小修, 进行接线及内部环境查看, 电压值是否正常。

4) 每年按通风模式表完成防灾模式的验证, 查看联动关系是否正常。

(2) 气体灭火系统的维护

A.巡检:

每周检查储瓶间防护区的工作情况, 同时检查气瓶压力, 检查设备外观;每日检查气灭主机功能以及主机的主、备电功能切换;同时还在每周对气灭控制盘内部环境进行查看。

B.保养

1) 每半年对气体灭火系统进行一次保养, 气灭系统探测器能正常在气灭主机上报警50%, 全年完成100%;隔离功能、释放功能正常;每个保护区联动符合设计, 对灭火剂储瓶容器进行称重检查, 灭火剂净重不得小于设计量的95%。

C.小修

1) 每年对气灭控制盘进行小修, 检查接线及内部环境。

2.5检修器具

常用器具有:专用烟/温探测器测试杆、尖嘴钳、剥线钳、扳手、电锤、万用表、电烙铁、吸尘器等。

参考文献

[1]《地铁设计规范》 (GB50157-2003)

[2]《火灾自动报警系统设计规范》 (GB50116-98)

[3]姜海、谢景屏:《消防与监控系统运行管理与维护》.中国电力出版社, 2003年

[4]陈红:《楼宇机电设备管理》.清华大学出版社, 2003年