水喷雾系统（精选8篇）
水喷雾系统 篇1
1 水喷雾灭火系统
1.1 系统概述
水喷雾灭火系统是在自动喷水灭火系统的基础上发展起来的, 利用水雾喷头在一定水压下将水流分解成细小水雾滴进行灭火或防护冷却的一种固定式灭火系统。
在适用范围内, 水喷雾灭火系统具有投资小、操作方便、安全环保的特点。
1.2 灭火机理
水喷雾灭火系统的灭火机理主要为表面冷却、窒息、冲击乳化和稀释。从水雾喷头喷出的雾状水滴, 粒径细小, 表面积很大, 遇火后迅速汽化, 带走大量的热量, 使燃烧表面温度迅速降到燃点以下, 使燃烧体达到冷却目的;当雾状水喷射到燃烧区遇热汽化后, 形成比原体积大1700倍的水蒸汽, 包围和覆盖在火焰周围, 因燃烧体周围的氧浓度降低, 使燃烧因缺氧而熄灭;对于不溶于水的可燃液体, 雾状水冲击到液体表面并与其混合, 形成不燃性的乳状液体层, 从而使燃烧中断;对于水溶性液体火灾, 由于雾状水能与水溶性液体很好溶合, 使可燃烧性浓度降低, 降低燃烧速度而熄灭。
1.3 系统组成
水喷雾灭火系统的组成与雨淋自动灭火系统相似, 主要由水源、供水设备、供水管道、雨淋阀组、过滤器和水喷雾喷头组成。
1.4 适用范围
水喷雾灭火系统可用于扑救固体火灾、闪点高于60℃的液体火灾和电气火灾。也可用于可燃气体和甲、乙、丙类液体的生产、储存装置或装卸设施的防护冷却, 但不得用于扑救遇水发生化学反应造成燃烧、爆炸的火灾和水雾对保护对象造成严重破坏的火灾。
过去水喷雾灭火系统主要用于石化、交通和电力部门的消防系统中, 随着大型民用建筑的发展, 水喷雾灭火系统在民用建筑消防系统中的应用成为可能, 在《高层民用建筑设计防火规范》 (GB50045-95) 1997年修订版中, 第7.6.6.条明确规定, 高层建筑内的可燃油油浸电力变压器室、充可燃油的高压电容器和多油开关室、自备发电机房和燃油、燃气锅炉房应设水喷雾灭火系统。
2 水喷雾灭火系统组件
2.1 水喷雾喷头
水雾喷头的选型应符合下列要求:扑救电气火灾应选用离心雾化型水雾喷头;腐蚀性环境应选用防腐型水雾喷头;粉尘场所设置的水雾喷头应有防尘罩。
2..2雨淋阀组
雨淋阀组的功能应符合下列要求:接通或关断水喷雾灭火系统的供水;接收电控信号可电动开启雨淋阀。接收传动管信号可液动或气动开启雨淋阀;具有手动应急操作阀;显示雨淋阀启、闭状态;驱动水力警铃;监测供水压力;电磁阀前应设过滤器。
雨淋阀组应设在环境温度不低于4℃, 并有排水设施的室内, 其安装位置宜靠近保护对象并在便于操作的地点。
雨淋阀前的管道应设置过滤器, 当水雾喷头无滤网时, 雨淋阀后的管道亦应设过滤器。过滤器滤网应采用耐腐蚀金属材料, 滤网的孔径应为4.0～4.7目/cm^2。雨淋阀后的管道上不应设置其他用水设施;应设泄水阀、排污口。
2.3 水源、供水设备及管道
水喷雾灭火系统的用水可由市政给水管网、工厂消防给水管网、消防水池或天然水源供给, 并应确保用水量。水喷雾灭火系统的给水水压和水量未能满足系统要求时, 可参照自动喷水灭火系统规范设置水泵和消防水池。
水喷雾灭火系统的响应时间, 当用于灭火时不应大于45s;当用于液化气生产、储存装置或装卸设施防护冷却时, 不应大于60s;用于其他设施防护冷却时, 不应大于300s。
水喷雾灭火系统的取水设施应采取防止被杂物堵塞的措施, 严寒和寒冷地区的水喷雾灭火系统的给水设施应采取防冻措施。
参照自动喷水灭火系统规范中管道的要求, 水喷雾灭火系统的供水管道最大工作压力≤1.20MPa, 管道材质应采用内外壁热镀锌钢管, 按管道直径采用相应的螺纹及沟槽或法兰等连接方式。
2.4 操作与控制
水喷雾灭火系统应设有自动控制、手动控制和应急操作三种控制方式。当响应时间大于60s时, 可采用手动控制和应急操作两种控制方式。
火灾探测与报警应按现行的国家标准《火灾自动报警系统设计规范》的有关规定执行。火灾探测器可采用缆式线型定温火灾探测器、空气管式感温火灾探测器或闭式喷头。当采用闭式喷头时, 应采用传动管传输火灾信号。传动管的长度不宜大于300m, 公称直径宜为15～25mm。传动管上闭式喷头之间的距离不宜大于2.5m。
当保护对象的保护面积较大或保护对象的数量较多时, 水喷雾灭火系统宜设置多台雨淋阀, 并利用雨淋阀控制同时喷雾的水雾喷头的数量。
保护液化气储罐的水喷雾灭火系统的控制, 除应能启动直接受火罐的雨淋阀外, 尚应能启动距离直接受火罐1.5倍罐径范围内邻近罐的雨淋阀。
分段保护皮带输送机的水喷雾灭火系统, 除应能启动起火区段的雨淋阀外, 尚应能启动起火区段下游相邻区段的雨淋阀, 并应能同时切断皮带输送机的电源。
水喷雾灭火系统的控制设备应具有下列功能:选择控制方式;重复显示保护对象状态;监控消防水泵启、停状态;监控雨淋阀自、闭状态;监控主、备用电源自动切换。
3 水力计算
3.1 系统的设计流量
⑴水雾喷头的流量应按下式计算:
式中:
q———水雾喷头的流量 (L/s) ;
P———水雾喷头的工作压力 (MPa) ;水雾喷头的工作压力, 当用于灭火时不应小于0.35MPa;用于防护冷却时不应小于0.2MPa。
K———水雾喷头的流量系数, 取值由生产厂家提供。
⑵保护对象的水雾喷头的计算数量应按下式计算:N=s·W/q
式中:
N———保护对象的水雾喷头的计算数量;
S———保护对象的保护面积 (m^2)
W———保护对象的设计喷雾强度 (L/min.m^2)
⑶系统的计算流量应按下式计算:
Qj=1/60∑qi (i=1, n)
式中:
Qj———系统的计算流量 (L/s)
n———系统启动后同时喷雾的水雾喷头数量;
qi———水雾喷头的实际流量 (L/min) , 应按水雾喷头的实际工作压力Pi (MPa) 计算。
⑷当采用雨淋阀控制同时喷雾的水雾喷头数量时, 水喷雾灭火系统的计算流量应按系统中同时喷雾的水雾喷头的最大用水量确定。
系统的设计流量应按下式计算:
Q=K·Qj
式中:
Q———系统的设计流量 (L/s) ;
K———安全系数, 应取1.05～1.10。
3.2 管道水力计算
⑴管道的沿程水头损失应按下式计算:
i=0.00107V^2/Dj^1.3
式中:
i———管道的沿程水头损失 (MPa/m) ;
V———管道内水的流速 (m/s) , 宜取v≤5m/s;
Dj———管道的计算内径 (m)
⑵管道的局部水头损失宜采用当量长度法计算按管道沿程水头损失的20%～30%计算。
⑶雨淋阀的局部水头损失应按下式计算:
hr=BRQ^2
式中:
hr———雨淋阀的局部水头损失 (MPa) ;
BR—雨淋阀的比阻值;取值由生产厂提供;
Q———雨淋阀的流量 (L/s) 。
⑷系统管道入口或消防水泵的计算压力应按下式计算:
H=∑h+h0+Z/100
式中:
H———系统管道人口或消防水泵的计算压力 (MPa) ;
∑h———系统管道沿程水头损失与局部水头损失之和 (MPa) ;
h0———最不利点水雾喷头的实际工作压力 (MPa) ;
Z———最不利点水雾喷头与系统管道入口或消防水池最低水位之间的高程差, 当系统管道入口或消防水池最低水位高于最不利点水雾喷头时, Z应取负值 (m) 。
4 系统的应用要点
水喷雾灭火系统实际上是一个局部喷雾保护系统, 喷雾喷头是要布置在被保护物的周围, 使水雾包围覆盖容易发生火灾或需冷却的设备或装置。因此喷头的布置及有关的设计 (计算) 是水喷雾灭火系统应用中的非常重要和关键的问题。
4.1 水雾喷头布置
合理地布置水雾喷头, 是保证系统有效工作的重要措施, 也是系统设计中的一个相当重要的环节。
⑴当保护对象为油浸式电力变压器时, 水雾喷头布置应符合下列规定:水雾喷头应布置在变压器的周围, 不宜布置在变压器顶部;保护变压器顶部的水雾不应直接喷向高压套管;
水雾喷头之间的水平距离与垂直距离应满足水雾锥相交的要求;油枕、冷却器、集油坑应设水雾喷头保护。
⑵当保护对象为可燃气体和甲乙丙类液体储罐时水雾喷头与储罐外壁之间的距离不应大于0.7m。当保护对象为球罐时, 水雾喷头布置尚应符合下列规定:水雾喷头的喷口应面向球心;水雾锥沿纬线方向应相交, 沿经线方向应相接;当球罐的容积等于或大于1000m3时, 水雾锥沿纬线方向应相交, 沿经线方向宜相接, 但赤道以上环管之间的距离不应大于3.6m;无防护层的球罐钢支柱和罐体液位计、阀门等处应设水雾喷头保护。
⑶当保护对象为电缆时, 喷雾应完全包围电缆。
⑷当保护对象为输送机皮带时, 喷雾应完全包围输送机的机头、机尾和上、下行皮带。
⑸水雾喷头、管道与电气设备带电 (裸露) 部分的安全净距应符合有关标准的规定。遵循电压越高距离越大的原则。
⑹水雾喷头与保护对象之间的距离不得大于水雾喷头的有效射程。实际位置应在施工安装过程中进行调整, 包括高度和喷头的角度的调整。
⑺水雾喷头的平面布置方式可为矩形或菱形。当按矩形布置时, 水雾喷头之间的距离不应大于1.4倍水雾喷头的水雾锥底圆半径;当按菱形布置时, 水雾喷头之间的距离不应大于1.7倍水雾喷头的水雾锥底圆半径。水雾锥底圆半径应按下式计算:
式中:
R———水雾锥底圆半径 (m) ;
B———水雾喷头的喷口与保护对象之间的距离 (m) ;
θ———水雾喷头的雾化角 (0) ;
θ的取值范围为30、45、60、90、120。
4.2 水喷雾喷头有关的设计 (计算)
保护对象的水喷雾喷头数量应根据设计喷雾强度、保护面积和水雾喷头特性按规范计算确定。其布置应使水雾直接喷射和覆盖保护对象, 当不能满足要求时应增加水雾喷头的数量。
⑴设计喷雾强度和持续喷雾时间不应小于表1的规定:
⑵保护面积:采用水喷雾灭火系统的保护对象, 其保护面积应按其外表面面积确定, 并应符合下列规定:
当保护对象外形不规则时, 应按包容保护对象的规则形体的外表面面积确定;
变压器的保护面积除应按扣除底面面积以外的变压器外表面面积确定外, 尚应包括油枕、冷却器的外表面面积和集油坑的投影面积;
分层敷设的电缆的保护面积应按整体包容的最小规则形体的外表面面积确定。
可燃气体和甲、乙、丙类液体的灌装间、装卸台、泵房、压缩机房等的保护面积应按使用面积确定。
输送机皮带的保护面积应按上行皮带的上表面面积确定。
开口容器的保护面积应按液面面积确定。
⑶水雾喷头特性:水雾喷头按其进口最低水压, 可分为中速水雾喷头和高速水雾喷头。中速喷头的压力为0.15～0.5MPa, 水滴粒径为0.4～0.8mm, 一般用于暴露防护冷却;高速喷头的压力为0.25～0.8MPa, 水滴粒径为0.3～0.4mm, 一般用于灭火和控火。
4.3 水雾喷头的工作压力
水雾喷头的工作压力, 当用于灭火时不应小于0.35MPa, 用于防护冷却时不应小于0.2MPa。
当管网最不利点水雾喷头的喷雾强度满足设计喷雾强度时, 上游管网沿线水雾喷头的工作压力呈现越往上游越高的趋势, 为使水雾喷头的喷雾强度趋于平均, 需要在水雾喷头连接支管上设置减压装置, 并通过水力计算确定减压装置节流孔径。从而达到理想的灭火效果。减压装置应满足以下要求: (1) 管道采用减压孔板时宜采用圆缺型孔板。减压孔板的圆缺孔应位于管道底部, 减压孔板前水平直管段的长度不应小于该段管道公称直径的两倍。 (2) 管道采用节流管时, 节流管内水的流速不应大于20m/s, 长度不宜小于1.0m, 其公称直径宜按规定确定。
5 总结
我们只要根据灭火对象, 在水喷雾灭火系统适用范围内通过合理设计和施工现场调整的方法, 扬长避短, 是能够充分发挥水喷雾灭火系统的技术和经济效益, 实现投资小、操作方便、安全环保的灭火设施。
摘要：水喷雾灭火系统是利用水雾喷头在一定水压下将水流分解成细小水雾滴进行灭火或防护冷却的一种固定式灭火系统, 具有投资小、操作方便、安全环保的特点。
关键词：水喷雾灭火系统,水力计算,系统的应用要点
参考文献
水喷雾灭火系统设计规范[GB50219-95]
水喷雾系统 篇2
组号： 第十九组 小组成员：陈永秀、张丁文、刘红申、曹嘉元
贡献度排名
第一名：曹嘉元 第二名：陈永秀 第三名：张丁文 第四名：刘红申
目录
第一章、控制对象喷雾干燥塔的分析...........................................................................................4
1.1喷雾干燥塔背景描述........................................................................................................4 1.2 喷雾干燥塔工艺流程简介...............................................................................................4 1.3 燃烧系统..........................................................................................................................4 1.4干燥系统...........................................................................................................................6 1.5 投料系统..........................................................................................................................7 1.6除尘系统...........................................................................................................................7 第二章、控制系统的硬件设计.....................................................................................................9
2.1 喷雾干燥塔控制功能描述..........................................................................................9 2.2 如何使用好喷雾干燥塔.................................................................................................10 第三章 喷雾干燥塔组态王实现图...............................................................................................14 第四章、控制系统流程图.............................................................................................................15 4.1 燃烧系统流程图.............................................................................................................15 4.2 投料系统流程图.............................................................................................................17 4.3 燃烧系统流程图.............................................................................................................18 4.4 除尘系统流程图.............................................................................................................19 第五章 控制plc梯形图..............................................................................................................21 第六章、控制系统调试报告.........................................................................................................22 6.1系统准备阶段..................................................................................................................22 6.2点火启动过程..................................................................................................................22 6.3投料系统进入工作过程..................................................................................................22 6.4除尘系统进入工作..........................................................................................................22 6.5手自切换系统..................................................................................................................22 6.6安全保护系统..................................................................................................................22 6.7报警系统..........................................................................................................................22 6.8真实调试结果..................................................................................................................22 第七章 心得体会..........................................................................................................................23
第一章、控制对象喷雾干燥塔的分析
1.1喷雾干燥塔背景描述
喷雾干燥塔将液态的料浆经喷枪雾化后喷入干燥塔内，干燥塔利用燃料燃烧的能量将鼓风机送入的空气进行加热;热空气在干燥塔内将雾化的料浆干燥为超细颗粒粉态成品。粉状成品在塔内利用旋风分离原理从热空气中分离出来，有塔的底部翻版阀定期排入收集袋中的合格原料。热空气则通过布袋除尘器除尘后排除。喷雾干燥塔控制系统主要由燃烧、干燥、投料、除尘等几个主要部分组成。主要用于把液态原料制备成固体粉末原料的设备。它被广泛得使用于化工、食品、陶瓷等诸多行业，作为原料或成品加工的设备，该设备一般都作为一套相对独立的系统进行成套供应。1.2 喷雾干燥塔工艺流程简介
喷雾干燥塔P&ID图如图1-1所示。按工艺流程，喷雾干燥塔控制系统可以分为燃烧系统、干燥系统、投料系统、布袋系统等。
图 例：溢流阀排风机除尘器T干燥塔PT手动阀电磁阀电动调节阀鼓风机T料浆罐助燃风机料浆泵火检探头加热器增压泵供油泵燃料油箱油包点火变压器联动调节
1-1 喷雾干燥塔P&ID图
1.3 燃烧系统
燃烧系统的主要设备有供油泵、增压泵、溢油阀、油包、截止阀、调节阀、点火变压器、火检探头、助燃风机等。
当系统启动后，供油泵运转，燃油通过溢油阀在回路中运行，这样第一可以加快点火时候的系统响应速度，第二可以检测回路的工作是否正常。按下点火按钮后，助燃风机启动，进行五分钟的吹扫过程在吹扫的同时点火，可以把残留的可燃物燃烧掉，防止在点火的时候由于可燃物过多，导致爆炸事故。吹扫结束后开增压泵开始投油，投油负荷定为额定负荷的45%，投油30s后断点火变压器，此时火检，若火检输入信号为1则说明点火成功，继续投油保持燃烧，然后再升负荷。若火检信号为0，则说明点火不成功，立即停止投油，助燃风机进行吹扫五分钟，为下一次的点火做好准备。主油回路采用双电磁阀串联的目的为保持截止的可靠性，燃料调节阀和助燃风机调节阀联动，使风和燃料的按比例变化。
燃烧系统的I/O表如下表所示。
1.4干燥系统
干燥系统的主要设备有鼓风机、干燥塔、除尘器、排风机。
在干燥系统中，鼓风机将空气送入换热器中加热，热空气进入干燥塔干燥所需物质，接着干燥塔出口的热空气进入除尘器进行除尘，最终通过排风机排入大气。系统启动的时候运行鼓风机和排风机，因为提前开不影响系统的安全性，同使在点火的初期还有保护加热器的作用。同样在停止系统的时候最后停风机，同样使保护作用。
在干燥系统中，涉及到空气温度和干燥塔内负压控制。温度的控制包括热空气进口温度、烟气出口温度、干燥塔出口温度，其中热空气进口温度是调节燃油量（即燃油调节阀的开度）的主要依据。干燥塔的负压是改变排风机转速（主要通过变频器实现）的主要依据，干燥塔的出口温度是给料多少的主要依据，当排烟温度超过一定温度的时候声光报警，等待运行人员确认。
干燥系统的I/O下表所示。
1.5 投料系统
投料系统的主要设备有料浆灌、溢流阀、电磁阀、料浆泵、喷雾装置。投料系统在点火成功后，温度满足一定数值的时候，启动料浆泵，经过雾化，喷入干燥塔，物料经干燥后从下面的排出合格产品。同时，根据控制目标自动增/减料枪，保证干燥效果。
投料系统的主要控制信号为料浆出口压力，根据干燥内负压和温度控制料浆出口压力在一定范围内，以确保料浆的雾化效果。
投料系统的I/O表如下表所示。
1.6除尘系统
除尘器属于喷雾干燥塔的外围设备，除尘器外壁布置了三只气锤，内部设置八个除尘布袋实现对出塔空气的过滤除尘。
除尘系统为达到除尘效果要求气锤按固定的时间间隔对塔外壁进行振打，同时8只布袋按固定的时间间隔进行反吹。除尘器布置在干燥塔旁，在负压控制中可以考虑到除尘器的反吹会造成干燥塔塔内负压的明显波动。此时应该禁止负压检测信号的信号输出，在反吹过后回复正常以后，再解除信号的输出指令。
除尘系统I/O表如下表所示。
其他功能、另外还有一些I/O点起报警、就地指令等一些重要功能具体表如下表 所示。
第二章、控制系统的硬件设计
2.1 喷雾干燥塔控制功能描述
良好的控制系统的主要指标是安全和经济，本次课程设计控制对象喷雾干燥塔的控制目标是在安全的前提下确保对象的工艺参数稳定，并以安全作为优化目标。针对该喷雾干燥塔所提出的控制要求主要有以下方面的考虑：顺序启动功能、安全停机功能、自动点火功能、熄火保护功能、系统安全保护功能、状态监测和自动报警功能、自动投入油枪和撤除油枪功能、自动温控功能、设备离线强制启停功能、指示灯测试功能、模拟量控制功能等。喷雾干燥塔控制系统需要实现的主要功能如下：
（1）、自动顺序启动功能
系统可实现顺序启动。程序能够实现排风机，鼓风机，助燃风机，供油泵，增压泵的顺序启动。（2）、安全停机功能
可以自动按供油泵，电磁阀，助燃风机的顺序停止系统。停机过程中提供自动吹扫和系统自动复位功能。（3）、自动点火功能
实现系统安全点火。点火条件成立时有灯指示，此时按下“点火”按钮并保持2秒钟以上，可自动实现安全点火；不具备点火条件时，没有灯指示，操作“点火”按钮，系统不予响应。（4）、熄火自动保护功能
点火过程和正常运行中因出现熄火信号，系统能自动保护设备安全，并恢复到点火准备状态。（5）、系统安全保护功能
系统出口超温保护。出口温度超过规定的故障限值5秒，打开“紧急排放阀”；出口温度超过故障限值1分钟，执行“自动停机”以保证系统安全。（6）、状态检测和自动警报功能
系统进口温度，出口温度，排烟温度，塔内塔内负压，料浆压力异常时提供光字牌提示和声音报警，并具有报警保持，等待确认功能（7）、自动投入喷枪和撤除喷枪功能。
在“自动模式”下，当投料温度升高时增加燃烧量，温度升高到一定值，自动增加一根喷枪；当投料温度降低时减少燃烧量，温度降低到一定值时自动减少一根喷枪。
（8）、指示灯测试功能
在任何情况下，系统都可以检测指示灯是否能够正常使用，按下“灯测试”按钮，所有指示灯点亮，取消“灯测试”按钮，所有指示灯回复原状态。（9）、点火之后系统进入手动控制，当满足一定条件后系统自动切换到自动控制。
2.2 如何使用好喷雾干燥塔 技术指标
水分蒸发速率最大为: 10 kg 气体干燥速率最大为: 150 kg/h 注入空气速率 350 °C。
主要功能
可将溶液状态的物料喷入喷雾干燥塔中，物料干燥后呈固体粉末状态出料。
应用范围
用于生物农药，医药，食品微生物的干燥。特点：
1、干燥速度快，完成只需数秒钟；
2、适宜于热敏性物料干燥；
3、使用范围广：根据物料的特性，可以用于热风干燥、离心造粒和冷风造粒，大多特性差异很大的产品都能用此机生产；
4、由于干燥过程是在瞬间完成的，产成品的颗粒基本上能保持液滴近似的球状，产品具有良好的分散性，流动性和溶解性；
5、生产过程简化，操作控制方便。喷雾干燥通常用于固含量60%以下的溶液，干燥后，不需要再进行粉碎和筛选，减少了生产工序，简化了生产工艺。对于产品的粒径、松密度、水份，在一定范围内，可改变操作条件进行调整，控制、管理都很方便；
6、为了使物料不受污染和延长设备寿命，凡是与物料接触部分，均可以采用不锈钢材料制造。作用原理
空气经过滤和加热，进入干燥器顶部空气分配器，热空气呈螺旋状均匀地进入干燥室。料液经塔体顶部的高速离心雾化器或高压雾化器，喷雾成极细微的雾状液珠，与空气并流接触在极短的时间内可干燥为成品。成品连续地由干燥塔底部和旋风分离器中输出，微尘物料由脉冲布袋收集器收集，废气由风机排空。
喷雾干燥塔常见毛病与修复 粘壁现象
主要原因：
（1）进料量太大, 不能充分蒸发；（2）喷雾开始前干燥室加热不足；（3）开始喷雾时, 下料流量调节过大；（4）加入的料液不稳定。
补救措施：
适当减少进料量;适当提高热风的进口和出口温度;在开始喷雾时, 流量要小, 逐步加大, 调节到适当时为止;检查管道是否堵塞, 调整物料固形物含量, 保证料液的流动性。
水分含量高
主要原因：一般是排风温度太低。
补救措施：适当减小进料量, 以提高排风温度。纯度低 主要原因：
（1）空气过滤效果不佳；（2）积粉混入成品；（3）原料纯度不高；（4）设备清洗不彻底。
补救措施：
检查空气过滤器中过滤材质敷设是否均匀, 过滤器使用时间是否太长, 若是应立即更换;检查热风入口处焦粉情况, 克服涡流;喷物前应将料液过滤;重新清洗设备。
粉粒太细 主要原因：含固量太低或进料量太小。
补救措施：提高料液的含固量, 加大进料量, 提高进风温度。
跑粉现象
主要原因：旋风分离器的分离效果差。补救措施：
（1）检查旋风分离器是否由于敲击、碰撞而变形；（2）提高旋风分离器进出口的气密性；
（3）检查其内壁及出料口是否有积料堵塞现象。
喷头转速低
主要原因：离心喷头部件出了故障。补救措施：检查喷头内部件。
蒸发量低
主要原因：
(1)整个系统的空气量减少；(2)热风的进口温度偏低；
(3)设备有漏风现象, 有冷风进入干燥室。补救措施:(1)检查离心机的转速是否正常；(2)检查离心机调节阀位置是否正确；
(3)检查空气过滤器及空气加热器管道是否堵塞；(4)检查电网电压是否正常；(5)检查电加热器是否正常工作；(6)检查设备各组件连接是否密封。
喷头振动
主要原因：
（1）喷头的清洗和保养不当引起的喷盘内附有残留物质或主轴产生弯曲和变形；
（2）离心盘动平衡不好。补救措施：
（1）检查喷雾盘内是否有残存物质, 若有应及时清洗；（2）发现主轴有异常, 要进行更换；（3）对离心盘的动平衡重新调整或更换。
操作注意事项：
1、首先开启离心风机，然后开启加热器，并检查是否漏气、如正常即可进行预热，因热风预热决定着干燥设备的蒸发能力，在不影响被干燥物料质量的前提下，应尽可能提高进风温度。
2、预热时干燥室顶部安放雾化器处，干燥室部和旋风分离器下料口处必须密封，以免冷风进入干燥室，降低预热效率。
3、当干燥室进口温度达到设定温度时，开启离心喷头，当喷雾头达到最高转速时，开启进料泵，加入清水喷雾10分钟后更换成 料液，进料量应由小到大，否则将产生粘壁现象，直到调节到适当的要求。料液的浓度应根据物料干燥的性质来配制，以保证干燥后成品有良好的流动性。
4、干燥成品的温度和湿度，取决于排风温度，在运行过程中，保持排风温度为一个常数是极其重要的，这取决于进料量的大小，下料量稳定，出口温度是比较稳定的。若料液的含固量和流量发生变化时出口温度也会出现变动。
5、产品温度太高，可减少加料量，以提高出口温度，产品的温度太低，则反之。对于产品温度较低的热敏性物料可增加加料量，以降低排风温度，但产品的温度将相应提高。
第三章 喷雾干燥塔组态王实现图
第四章、控制系统流程图
4.1 燃烧系统流程图
启动以上均满足的情况下，点火许可。否长按点火指令2秒排风机是延时5s投鼓风机否否在吹扫条件满足条件下，连续吹扫5分钟10s后火焰正常是点火成功，系统准备好。吹扫成功是紧急停炉或停止指令是否投料系统投助燃风机停止供油泵供油泵不泄露的情况下，投燃料供油泵。停止燃料电磁阀投燃料增压泵停止助燃风机停止增压泵、调节阀、点火变压器投燃料电磁阀否停止指令投燃料调节阀是停止鼓风机、延时5s后停排风机投点火变压器结束 图4.1燃烧系统流程图 当按下开始按钮2s后，启动排风机，延时5s后，启动鼓风机，使干燥塔内保持负压。
1.启动排风机、鼓风机后对系统进行连续吹扫5分钟，若在吹到过程中某个开启的排、鼓风机停止，则重新吹扫。吹扫过程中，吹扫进行中指示灯亮，吹扫结束后，指示灯灭。
2.吹扫成功后在燃料供油泵不漏油的情况下，依次开启助燃风机、供油泵、燃料电磁阀、燃料调节阀、点火变压器。以上均正常投入时，点火许可，同时点火许可灯亮。
3.长按点火指令两秒，若十秒后火焰正常，则点火成功，在无急停指令和停止指令的情况下，系统准备完毕，系统准备完毕指示灯亮，等待投料，同时自动转为手动。否则依次停止供油泵、燃料电磁阀、助燃风机、增压泵、调节阀、点火变压器，若有停止指令，则依次停止鼓风机、排风机。否则，依次开启助燃风机、供油泵、燃料电磁阀、燃料调节阀、点火变压器。恢复到点火准备状态。4.2 投料系统流程图
点火成功，系统准备完毕。否投料温度达到最低温度值是手动状态自动状态料浆泵喷枪A、B、C投料浆泵，延时5秒喷枪A.否则停止料浆泵、喷枪A。当投料温度达到中等温度设定值时，投喷枪B。否则停止喷枪B。当投料温度达到最高温度设定值时，投喷枪C.否则停止喷枪C。结束 图4.2投料系统流程图
系统准备完毕后，当投料温度未达到最低值时，为手动状态，可以通过手动头料浆泵、喷枪。
1.当投料温度达到最低值时，自动由手动转到自动状态，先投入料浆泵。延时 5s，投喷枪A，不满足时则停止，转为手动。
2.当投料温度达到中温度值时，投喷枪B。否则停止喷枪B。3.当投料温度达到高温度值时，投喷枪C。否则停止喷枪C。
4.3 燃烧系统流程图
工作时，出现相关参数异常。排风温度异常塔内负压异常进口温度异常出口温度异常声音报警同时闪光报警。报警确认闪光变为平光。故障解除报警灯熄灭结束
图4.3燃烧系统流程图 正常干燥过程中，若相关参数异常时，则会进行相应的报警警示。
1.当排风温度异常时，会出现声音报警，同时排风温度异常灯闪烁报警，按下报警确认后，闪光变为平光。故障解除后，报警灯熄灭。
2.当塔内负压异常时，会出现声音报警，同时塔内负压异常灯闪烁报警，按下报警确认后，闪光变为平光。故障解除后，报警灯熄灭。
3.当进口温度异常时，会出现声音报警，同时进口温度异常灯闪烁报警，按下报警确认后，闪光变为平光。故障解除后，报警灯熄灭。
4.当出口温度异常时，会出现声音报警，同时出口温度异常灯闪烁报警，按下报警确认后，闪光变为平光。故障解除后，报警灯熄灭。
4.4 除尘系统流程图
系统准备完毕，正常运行时。已投入气锤B已投入气锤B已投入气锤A小火位置大火位置手动状态自动状态自动状态自动状态自动状态自动状态每20秒气锤A自动击打5秒每20秒气锤A自动击打5秒每20秒气锤A自动击打5秒投入正吹布袋1、2、3、4，延时55秒投入正吹布袋1、2、3、4、5、6、7、8，延时55秒投入反吹布袋1、2、3、4，延时5秒投入反吹布袋1、2、3、4、5、6、7、8，延时5秒气锤A、B、C正吹布袋1、2、3、4、5、6、7、8反吹布袋1、2、3、4、5、6、7、8否急停指令，熄火信号或停止是手动状态自动状态延时一分钟，停止各设备。结束 图4.4除尘系统流程图
1.点火成功系统准备完毕后，在系统未达到相关要求时，设备启动为自动状态，可以手动投入气锤和布袋。
2.当小火位置时，自动由手动转为自动，投入正吹布袋1234，延时55s，反吹布袋1234，延时5s。若无急停指令，停止指令或火焰状态异常，则循环进行。若有则延时一分钟，按顺序停止布袋和气锤。
3.当大火位置时，自动由手动转为自动，投入正吹布袋12345678，延时55s，反吹布袋12345678，延时5s。若无急停指令，停止指令或火焰状态异常，则循环进行。若有则延时一分钟，按顺序停止布袋和气锤。
4.手动投入气锤后，则气锤变为自动状态，每20s自动击打5s。
第五章 控制plc梯形图 21
第六章、控制系统调试报告
6.1系统准备阶段
启动前的指示灯检测——检测系统是否满足点火条件——系统准备完毕。
6.2点火启动过程
系统启动——开机吹扫（10s）——吹扫指示灯亮，排风机、鼓风机工作——吹扫结束后吹扫指示灯灭，风压正常——启动燃料泵——10s后启动增压泵——10s后启动燃料电磁阀和助燃风机——油压正常——10s后启动点火变压器——点火成功——10秒后关闭点火变压器。
6.3投料系统进入工作过程
进口温度的判定——进口温度正常——5s后启动料浆泵——料浆压力的判定——料浆压力正常——5s后按进口温度范围选择开启喷枪个数
6.4除尘系统进入工作
点火指令长按2秒——启动排风机——10s后启动鼓风机——除尘器的3个气锤按一定频率工作——除尘器的8个布袋每2个一组按顺序以一定的时间间隔工作规定的时间
6.5手自切换系统
按下手/自切换键，PLC脱离对设备的控制，同时切换到手动控制面板；再按下手/自切换键，切换到PLC控制状态，PLC恢复对设备的控制，同时切断手动控制面板对设备的控制。
6.6安全保护系统
停机条件——料浆泵，喷枪，燃料泵，助燃风机瞬间停止工作——5s后燃料增压泵停止工作——5s后燃料电磁阀停止工作——鼓风机和排风机保持工作（吹扫），布袋除尘器停止工作——吹扫停止——系统准备完毕。
6.7报警系统
报警系统预计实现的功能如下：
报警条件达成（熄火报警除外）——对应指示灯闪烁，报警蜂鸣器持续报警——按下确认键——指示灯切换成平光，蜂鸣器停止报警。注：该过程可以循环工作，即按下确认键后第二个报警信号依然可以出发同样的报警。
6.8真实调试结果
上面为预期要达到的结果，在程序完成之后经调试，发现系统准备阶段的顺序启动与顺序停止能成功实现，投料系统与除尘器系统也能成功实现，手自动切换、安全保护系统也能实现，在报警系统方面我们存在着不足，就是报警声音必须通过报警确认之后才能消除，不能通过其他方法来消除报警声音，这个与实际不符 合，另外还有一个变频器的使用不是很熟悉，所以这个功能也没有实现，总体上来说还是实现了大部分功能。
第七章 心得体会
回顾起此次的PLC课程讨论课，至今我仍感慨颇多。从理论到实践，从程序完成到程序连线调试再到最后的完成。在这两个星期的时间里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多有用的东西，不仅巩固了以前学到的PLC知识，而且学到了许多在课本上没有的知识，同时也懂得了一些程序运行的窍门，加深对 PLC控制系统的理解与掌握。
这次的讨论课让我感觉到理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，就像在课程设计中，好多东西自己明明知道，但是就是不会用或者是设计出来的程序有错误，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从实践中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考能力。在设计过程中遇到了不少的问题，可以说是困难重重，有程序本身错误，模拟量不是很会，程序不完善前后限制，连线失误等等问题，这毕竟是第二次做的，难免会遇到各种各样的问题。但是这个不严重，在设计过程中，发现自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻掌握得不够牢靠，通过这次之后，一定把以前多学过的知识弄熟。
水喷雾系统 篇3
液化轻烃的主要成分是:乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等烃类组成, 在气态时比重比空气重, (是空气的1.5～2.0倍) 。液化烃储罐发生火灾的根源是液化烃泄漏。液化烃一旦泄漏, 迅速汽化且难以控制。汽化时, 从周围环境吸收大量的热量, 使空气中的水分冷却成为细小雾滴, 形成液化烃的蒸气云。液化烃的蒸气云从泄漏点沿地面向下风向或低洼处漂移、积聚。液化轻烃爆炸极限低 (2%～10%体积比) , 如大量泄漏遇明火可造成大面积的火灾或可燃蒸气云爆炸事故。液化轻烃的燃烧热值高, 爆炸迅速、威力大, 破坏性强, 其火焰温度达200℃以上, 极易引起邻罐的爆炸。
液化轻烃的体积膨胀系数比水大, 过量超装十分危险。液化轻烃生产出来, 为了便于储存和运输, 通常进行加压和冷却使其汽化, 储存在密闭的压力储罐内, 由于球罐耐压大且受力均匀, 储存量大, 因而石化企业普遍采用球罐和卧式罐做为储存液化气的压力容器。液化轻烃球罐发生火灾时, 若球罐内尚有剩余可燃气体时就将火扑灭, 剩余的可燃气体泄漏出来与空气混合到一定的浓度, 遇明火就会发生爆炸, 产生更大的危害。因此, 控制液化气球罐火灾的根本措施是切断气源和紧急排空。在完成放空之前应维持其稳定燃烧, 同时对着火罐及相邻罐进行喷水冷却保护, 使球罐不会因受热发生破坏。因为液化烃会吸收热量而大量蒸发, 导致罐内温度、压力升高。罐壁的热量不能及时的传出, 温度迅速升高, 强度急剧下降。如果不及时供给冷却水, 一般在火灾持续10min左右将出现热塑裂口, 储罐破裂。因此对储罐壁进行及时有效的冷却, 是防止球罐发生破裂而引起灾难性火灾事故的重要措施。
笔者在沈阳某化工厂的轻烃球罐区采用水喷雾冷却系统, 对液化烃球罐实施了固定式消防冷却水系统。
2 水喷雾冷却系统灭火机理
2.1 水喷雾的冷却降温作用
水喷雾系统是利用水雾喷头在一定的水压下将水流分解成细小水雾滴进行灭火或防护冷却的一种固定式灭火系统。从水雾喷头喷出的雾状水滴, 粒径细小, 表面积很大, 遇火后迅速汽化, 带走大量的热量, 使燃烧表面迅速降温, 燃烧体达到冷却的目的。水雾还会在罐壁表面形成一层水膜, 使罐壁温度不再升高, 避免了罐壁发生热塑裂口, 从而保护了储罐。
2.2 对碳沉积的冲刷作用
分子量较高的液化烃燃烧后, 会在罐壁外表面产生碳的沉积, 因碳沉积的抗湿性, 水流难以在罐壁上形成水膜, 导致水对罐壁的冷却效果降低或不起作用。水喷雾系统高速喷出的水雾滴有一定的冲击作用, 能将沉积碳冲掉, 并在罐壁外表面形成一层水膜。因此对液化烃储罐, 水喷雾系统比水喷淋系统具有较好的消防冷却效果。
2.3 水喷雾灭火系统的组成及操作与控制
水喷雾系统的组成主要由水源、供水设备、供水管道、雨淋阀组、过滤器、减压孔板和水雾喷头等组成。水喷雾灭火系统应设有自动控制、手动控制和应急操作三种控制方式。水喷雾灭火系统的控制设备应具有选择控制方式的功能;并且具有重复显示保护对象状态;控制消防水泵启动状态;监控雨淋阀启、闭状态, 监控主、备电源自动切换功能;除应能启动着火罐的雨林阀, 尚应能启动距着火罐1.5倍罐直径范围内邻近罐的雨林阀。水喷雾灭火系统的响应时间不大于60S。
3 液化烃球罐水雾喷淋冷却系统设计
3.1 供水管道设计
系统管道设计的原则是压力平衡即同一环管上各喷头工作压力的平衡, 各环管间压力的平衡。只有压力平衡, 供水量才能平衡, 布水才均匀。为此在管道设计时, 应采取以下措施:
(1) 上、下半罐体上的供水环管应尽量对称布置。 (2) 环管应由两条对称布置的立管供水, 以确保同一环管上喷头的实际工作压力基本相同。特别是对于容积为2000m3的储罐, 环管较长, 阻力较大。由两条对称布置的的立管供水, 可降低环管阻力。 (3) 在环管的第3圈以下, 环管与供水立管连接处设减压孔板, 调节各环路水压, 使各环路水压基本一致, 从而使各环上喷头的工作压力基本相同, 并不小于0.35MPa。 (4) 对于容积大于1000m3的储罐, 罐体直径较大, 顶环与底环之间的高差达十多米, 垂直压差较大。为平衡水压, 上、下半罐体应分别由两条对称布置的立管供水, 上、下半罐体的供水管各自独立控制。这一措施还满足了夏季防晒喷淋只做上半罐体喷淋的要求。
水雾喷头内径只有几毫米, 容易堵塞, 在球罐底部的供水管上设Y型过滤器, 该过滤器不仅起到过滤、防堵的作用, 在系统喷水完毕后, 可以将过滤器的后盖打开, 将系统泄空, 防止系统管道因积水结冰而造成管道的损伤。为防止控制阀后管道内壁生锈, 锈渣堵塞水雾喷头, 控制阀后的管道采用热镀锌无缝钢管, 球罐环管采用无缝钢管, 整体热镀锌处理, 丝扣连接。
3.2 系统控制
采用可燃气体报警和火焰探测的自动控制方式, 不需要湿式传动管路, 对环境的适应性强, 可靠性好。当罐区有气体泄漏时, 可燃气体报警器将泄漏信号传送到火气系统进行报警, 值班人员可现场检查, 及时处理。罐区设火灾探测器, 将罐区发生的火灾信号传送到中心控制室的火灾系统进行报警, 并启动消防系统。
根据液化烃储罐的火灾特点, 水喷雾冷却系统可以采用现场手动控制。
因为储罐区无人值守, 采用了气动控制阀。气动阀开启迅速, 系统响应时间短。
3.3 水雾喷头的布置
水雾喷头的布置方式可为矩形或菱形, 当按矩形布置时, 水雾喷头之间的距离不应大于1.4倍水雾喷头的水雾锥底圆半径;当菱形布置时, 水雾喷头之间的距离不应大于1.7倍水雾喷头的水雾锥底圆半径。当保护对象为球罐时, 水雾喷头的喷口应面向球心;水雾锥沿纬线方向相交, 沿经线方向相接;水雾喷头与储罐外壁之间的距离不大于0.70m。无防护层的球罐钢支柱和罐体液位计、阀门等处应设水雾喷头保护。
3.3.1 水雾锥底圆半径 (m)
undefined
其中:B—水雾喷头的喷口与罐壁之间的距离, 选0.65m
θ—水雾喷头的雾化角 (°)
则:R=0.65×tgundefined
3.2 喷头的布置 (2000m3球罐)
1) 经线方向喷头布置: (水雾锥宜相接)
假设设置10圈水平环管, 喷头与罐外壁间距为0.65m, 喷头的雾化角β的计算如下:
每圈环管上均匀分布的喷头均指向球心, 则冷却保护的罐壁为对应球心角为α的环状罐壁。
当n=10时, α=18°, 球罐半径r =15.8/2=7.9m, 则喷头的雾化角β应为:
undefined
其中:R = 0.156 x 7.9 = 1.234m
undefined
则undefined
因此选取雾化角为120°的喷头, 设置10圈水平环管, 可以满足要求。
2) 纬线方向喷头布置: (水雾锥应相交)
纬向水雾喷头按矩形布置, 喷头之间的间距按1.4倍的水雾锥底圆半径, 即水雾喷头之间的距离 (近似弧长) D=1.125×1.4=1.575 (m) 。
其计算结果及喷头安装数量见表1。
4 设计冷却水喷雾强度核算
水喷雾冷却系统的设计流量按下式计算:
Qs=kQj
式中:Qj——系统的计算流量, L/min;
Qs——系统的设计流量, L/min;
k——安全系数, 取值范围1.05-1.10。
undefined
水雾喷头的流量系数, 由生产厂提供。
P-水雾喷头的工作压力, MPa。
着火罐冷却水供给强度, 不应小于9L/ (min·m2) 。下面以喷头菱形布置的球罐为例, 核算单位表面积的设计水喷雾强度是否达到规范规定的要求。
1) 喷头菱形布置时, 每个喷头的有效保护面积S为外接圆半径等于水雾锥底圆半径R的正六边形的面积, 即图1中阴影部分的面积。
S菱undefined
保护对象的设计水喷雾强度:
undefined
式中:W——系统的设计水喷雾强度, L/ (min·m2) 。
按最不利情况, B=0.65m, θ=120°, k=1.05, P=0.35 MPa代人, 得:
undefined
因为W=0.5966K 应大于9L/min﹒m2
所以K≥9/0.5966=15.08
可见.只要选用K≥15.08的水雾喷头, 即可满足规范要求。
2) 喷头矩形布置时, 每个喷头的有效保护面积S为外接圆半径等于水雾锥底圆半径R的正四边形的面积, 即图2中阴影部分的面积。
S菱undefined
保护对象的设计水喷雾强度:undefined
按最不利情况, B=0.65m, θ=120°, k=1.05, p=0.35 MPa代人, 得:
undefined
因为W=0.7749K 应大于9L/min﹒m2
所以K≥9/0.7749=11.61
可见.只要选用K≥11.61的水雾喷头, 即可满足规范要求。
设计选用ZSTWA-30-120型水雾喷头, 流量为30L/min, 雾化角为120°, 流量特性系数K=16。
5 结论
针对液化烃储罐火灾特点, 水喷雾系统可有效地控制液化烃储罐初期火灾, 避免恶性爆炸事故发生。在进行水喷雾冷却系统工程设计计算时, 将罐上喷头的工作压力设为一定值, 水量及管径的计算和管道布置均按这一设定运作, 这样简化了设计计算。因固定式消防用水量为着火罐和邻近罐用水量之和, 邻近罐的用水量是着火罐的1/2, 在配管时应考虑如何才能实现这种水量的关系, 本设计将每座球罐的环状管网分为互不连通的4段, 每段环管单独一个立管引出防火堤外, 在距被保护罐15m以外设有雨淋阀组间, 控制喷淋系统。着火时可以控制邻近罐的喷淋水量, 保证了消防用水量, 这样也满足了夏季防晒喷淋降温的要求。
参考文献
[1]GB 50219-95.水喷雾灭火系统设计规范.
水喷雾系统 篇4
水喷雾灭火系统具有表面冷却、窒息、乳化、稀释、电绝缘的灭火机能[1],其中乳化对石化企业油类火灾的扑救具有特殊的作用。此外,水喷雾灭火系统还具有冷却生产装置的火灾防护机能,是石化企业生产装置区广泛应用的消防系统[2]。《石油化工企业设计防火规范》( GB50160 - 2008) 要求石化装置区固定水炮不能保护的范围应设置水喷雾灭火系统。
目前消防系统可靠性的研究,主要包括消防系统功能过程可靠性以及设备设施布置可靠性[3,4,5,6], 如孟川运用故障树分析方法,研究地下建筑消防给水系统的可靠性,查找影响可靠性因素[5]; 张力运用故障树分析方法,计算稳高压消防给水系统消防水泵的可靠度,分析消防水泵不能正常启动与出口流量异常的原因[6]。采用障树分析方法,可以查找系统薄弱环节,提高系统可靠性的分析精度。但是传统故障树基本事件可靠度取值单一,消防系统作为可修复系统,其部件可靠度用一定的区间值来表示时,传统的计算方法存在局限性[7]。贝叶斯网络模型选取部件可靠度维持在某一区间范围内,很好地解决了传统故障树可靠度取值单一的局限性。王岩峰在民航维修人因安全分析研究中,利用贝叶斯网络的特殊算法,克服了传统方法中只能用单一可靠度值的局限性[8]。李盼在钻井井塌事故定量分析中,将故障树转化为贝叶斯网络,运用贝叶斯网络信念传播算法推算井塌事故概率分布[9]。
本文在运用故障树分析方法分析石化装置水喷雾灭火系统薄弱环节的基础上,构建基于故障树的贝叶斯网络模型,解决故障树分析方法可靠度取值单一的局限性,定量计算系统的可靠度区间分布; 并将系统可靠度分布计算方法,应用到防止该系统失效模式的事件重要度分析中。
1石化装置区水喷雾灭火系统可靠性研究模式
1.1系统可靠性研究过程
1) 确定石化装置水喷雾灭火系统可靠性研究范围。
2) 建立系统失效故障树,确定系统失效模式 ( 最小割集) 。
3) 根据故障树向贝叶斯网络映射的原则与步骤,建立系统失效贝叶斯网络。
4) 根据贝叶斯网络信念传播算法,计算系统可靠度区间分布。
5) 应用系统可靠度区间分布计算方法,结合4) 中计算结果,分析防止系统失效模式( 最小径集) 中事件的重要度。
6) 根据事件重要度分析结果,提出合理化的建议措施。
1.1.1系统可靠性范围的确定
石化装置区可靠的水喷雾灭火系统是指系统在未动作状态时,稳压泵能够维持消防管网中水压在0. 7 ~ 1. 2MPa范围内; 系统在动作状态时,主消防泵能够成功启动,同时雨淋阀组能够通过火灾探测与报警系统的自动控制、操作人员远程手动控制、现场应急操作三种方式中的任何一种方式启动,并且出水管路的水量与水压达到设计要求。
1.1.2系统故障树的建立与分析
故障树分析( Fault Tree Analysis,FTA) 法阐明了故障事件的内在联系,并且能够定性分析系统各种固有、潜在的故障因素[7,10]。根据石化装置水喷雾灭火系统的组件构成及运行特点,分析引起系统失效的故障因素,并确定故障事件之间的逻辑关系, 建立石化装置水喷雾灭火系统失效故障树,确定系统失效模式即故障树最小割集。
1.1.3基于故障树的贝叶斯网络的建立
贝叶斯网络是一个有向无环图( Direc - ted Acyclic Graph,DAG) ,它由代表变量的节点及连接这些节点的有向边( 即影响概率) 构成[11]。故障树向贝叶斯网络映射需要遵循两个原则: 故障树中的事件要与贝叶斯网络中的节点依次对应; 故障树中逻辑门关系反映贝叶斯网络的条件概率。故障树转化为贝叶斯网络的主要步骤[11,13]:
1) 故障树的每一个基本事件转化为贝叶斯网络的父节点,如果故障树的基本事件多次出现,则贝叶斯网络中只用一个节点表示。
2) 故障树的每一个逻辑门转化为叶斯网络的节点,转化的节点状态值要与故障树逻辑门的输出事件相对应。
3) 贝叶斯网络的各个节点之间要用有弧线连接,并用箭头表示其因果关系。
4) 故障树基本事件的概率值赋给贝叶斯网络的根节点,作为贝叶斯网络根节点的先验概率。
5) 有向弧连接的贝叶斯网络各个节点,
需要用条件概率表述出其依赖关系的因 果程度。
根据上述原则与步骤,建立石化装置水喷雾灭火系统失效贝叶斯网络。
1.1.4系统的贝叶斯网络分析
1) 可靠度区间分布的计算
假定E为观测参数,X为未知参数,对于贝叶斯网络而言,E为X的子节点,则通过E估计X的概率分布为:
式中:为归一化因子; E-X反映的是以X为根节点的子树,E+X反映的是树的其余部分。令表示对诊断的支持,表示对预报的支持,则有Bel( X) = αп( x) λ( x) 。
在实际推理过程中,根据系统观测参数E确定 λ( X) 和 α 的值时,如果仅凭以往经验和分析得到的概率分布作为基本事件的估计参数,即仅获得网络中根节点的先验概率分布,则网络中的信念分布只是先验概率分布[12],那么可将式中 λ( X) 近似为 ( 1,1) ,归一化因子 α 亦可近似为( 1,1) ,由此贝叶斯网络中通过子节点E估计X的概率分布可简化为Bel( X) = п( x) = P( X | EX+)[9]。如果各个初始节点的概率分布已知,则运用简式可以推算出下一层 ( 父) 节点的概率分布,依此类推,逐步计算出最高层节点的概率分布[9,12]。
由石化装置水喷雾灭火系统失效贝叶斯网络根节点的区间概率,以及节点间的条件概率,可计算得系统失效概率区间 ( P ( T) ) ,则系统可靠度区间 ( Rs) 可以表示为: Rs = ( 1,1) - P( T) 。
2) 可靠度区间分布的应用
任意选取某一防止系统失效模式( 最小径集) , 根据贝叶斯网络信念传播算法,分别计算模式中基本事件独自发生,即对应的贝叶斯网络中节点值为 ( 0,0) 时,系统的可靠度区间,分析其对系统可靠度的影响。
1.2系统可靠性研究结果与讨论
根据石化装置水喷雾灭火系统失效模式,可以确定系统的薄弱环节。另外,运用贝叶斯网络信念传播算法,可以定量计算系统的可靠度区间分布。 当系统失效模式中基本事件繁多时,可由事件重要度的分析结果,采取针对性的管理维护措施。
2案例应用
选取天津某石化乙烯装置水喷雾灭火系统为研究对象,该系统由消防水池、消防泵、环状供水管道、 雨淋阀组和水雾喷头等组成。其中雨淋阀组能够实现火灾探测与报警系统的自动控制以及操作人员远程手动控制、现场应急操作启动,消防泵共包括2台稳压泵( 1在用,1备用) 、4台主消防泵( 2在用,2备用) ,水雾喷头采用开式喷头。
2.1乙烯装置水喷雾灭火系统失效故障树的建立与分析
乙烯装置水喷雾灭火系统失效主要表现为水泵失效、管网故障、雨淋阀组失效,建立系统失效故障树如图1所示。
乙烯装置水喷雾灭火系统失效故障树事件与事件编号如表1所示。
2.2乙烯装置水喷雾灭火系统失效贝叶斯网络的建立与分析
2.2.1系统失效贝叶斯网络的建立
根据故障树向贝叶斯网络映射的原则与步骤, 建立系统失效贝叶斯网络如图2所示。
设事件X = 1表示事件发生,事件X = 0表示事件不发生。贝叶斯网络中间节点的条件概率:
2.2.2系统失效贝叶斯网络分析
1) 可靠度区间分布的计算
系统失效贝叶斯网络根节点的平均失效率,如表2所示。平均失效率以每年365d,每天24h计算。本文数据主要来源于该企业乙烯装置区消防设施维保记录,以及系统设备出厂说明。
根据表2中根节点X1、X2的平均失效率( λ × 10- 4) ,以及对应或门转换的中间节点M4的条件概率,计算节点M4的概率( λ × 10- 4) 分布:
通过归一化处理,即可得到
同理,由于X12、X13通过与门与M9相连,可求得
根据表2中根节点的失效概率区间值,以及节点之间的条件概率,运用贝叶斯网络信念传播算法, 逐步计算中间节点的概率区间,计算结果如表3所示。
根据表3计算结果,可以得到乙烯装置区水喷雾灭火系统可靠度区间分布:
2) 系统失效模式事件重要度分析
假设事件X'表示事件X的对立事件。选取某一防止系统失效模式{ X1',X3',X5',X6',X7',X8', X9'} ,如果事件X1'发生,则
将以上计算过程与结果带入式( 1) 中的系统区间运算,可求得事件X1' 发生时系统的可靠度区间。 同理依次求得事件X3'、X5'、X6'、X7'、X8'、X9' 分别发生时,系统的可靠度区间,结果如表4所示。
从表4可以看出,该防止乙烯装置水喷雾灭火系统失效模式中,基本事件X1'、X3'、X9' 发生时,系统的可靠度分布基本不变,并且约等同于系统原有可靠度区间分布; 基本事件X7'、X8' 发生时,可相对显著提高系统的可靠度。
2.3乙烯装置水喷雾灭火系统可靠性研究结果与讨论
该企业乙烯装置水喷雾灭火系统失效主要表现在水泵失效、管网故障、雨淋阀组失效,系统的可靠度区间为 ( 0. 9987,0. 9990) 。从防止系统失效模式的组成可以看出,需要在多个环节上采取防范措施,缺乏针对性。从事件重要度分析看出,基本事件X7'( 雨淋阀正常 ) 、X8' ( 信号蝶阀正常 ) 重要度较大,对系统可靠度影响较大,事件X7、X8状态对应雨淋阀组的可靠性,建议企业着重加强雨淋阀组的维护管理。
3结论
水喷雾系统 篇5
大型油浸变压器在电厂和变电站中使用广泛,而且是核心电力设备。变压器本体内含有大量的易燃性物质,如绝缘材料、变压器油等。当变压器发生过载、短路等事故时,可燃的绝缘材料和变压器油在高温和电弧的作用下被分解,放出大量气体,致使变压器的油体积膨胀,其内部压力剧增,极有可能造成外壳爆裂,大量的油喷出燃烧发生火灾。据调查统计,在国内外的电厂火灾中,变压器火灾约占15%。变压器火灾既是油类火灾,也是电气火灾,不仅影响电厂和变电站的正常运行,而且还严重威胁到周围建筑设备和人员的安全。因此,必须对变压器设置可靠而且较为经济的灭火系统。
目前,用于保护变压器的灭火系统有:化学粉剂、二氧化碳等气体系统、泡沫喷雾灭火系统、排油注氮灭火系统和水喷雾灭火系统。其中,国内外对变压器消防应用最为普遍的是水喷雾灭火系统。随着电力建设的快速发展,水喷雾系统要不断面临新情况、解决新问题。为此,有必要对该系统的设计进行系统的探讨,使其更加完善。
2 水喷雾系统的灭火机理
根据国内外多年来对水喷雾灭火机理的研究,一致的结论是当水以细小的水雾喷射到正在燃烧的物质表面时会产生以下作用:
1)表面冷却作用:相同体积的水以水雾形态喷出时比直流形态喷出时的表面积要大数百倍。水雾喷到燃烧区后温度瞬时升高,微小粒径的雾状水将迅速汽化,汽化过程吸收大量的热,使燃烧区和燃烧物品表面的温度迅速下降,当燃烧物表面冷却到一定温度时,不再产生可燃蒸汽,燃烧随即停止。
2)蒸汽窒息作用:水雾喷到燃烧区后因受热迅速汽化,形成原体积1680倍的水蒸气。这些水蒸气包裹保护对象并充斥燃烧区空间,导致燃烧区氧气的浓度不断下降,使燃烧空间严重缺氧窒息,燃烧因而受抑或中断。
3)乳化作用:对于不溶于水的可燃液体,当水雾滴喷射到正在燃烧的液体表面时,水雾滴的冲击在液体表面造成搅拌作用,从而造成液体表层的乳化,在喷雾射流的连续作用下,乳化层也是连续存在的,由于乳化层的不燃性致使燃烧中断。
由于水喷雾所具备的上述灭火机理,使该系统在扑灭可燃液体火灾和电气火灾中得到广泛的应用。
3 大型油浸变压器的水喷雾灭火系统设计
3.1 现行规范对变压器消防的要求
1)《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006)(以下简称《建规》)第8.5.4条规定,单台容量在40MV·A及以上的厂矿企业油浸电力变压器、单台容量在90MV·A及以上的电厂油浸电力变压器,或单台容量在125MV·A及以上的独立变电所油浸电力变压器,应设置自动灭火系统,且宜采用水喷雾灭火系统。
2)《火力发电厂与变电站设计防火规范》(GB50229-2006)(以下简称《火电规》)第7.1.8条和第7.1.11条规定,机组容量为300MW及以上的燃煤电厂的变压器,机组容量为300MW以下的燃煤电厂,当油浸变压器容量为9×104kV·A及以上时,应设置水喷雾灭火系统或其他灭火系统。
试验证明,变压器油的闪点一般在130℃左右,水喷雾系统有良好的灭火效果。
3.2 变压器水喷雾灭火系统的组成和控制方式
3.2.1 系统的组成
变压器水喷雾灭火系统主要由消防供水系统、雨淋阀组、配水管道、水雾喷头及火灾探测装置等几部分组成(见图1),系统保护范围包括扣除底面以外的变压器外表面,油枕、冷却器的外表面以及集油坑的平面。
1)消防供水系统
变压器水喷雾灭火系统的消防供水依托发电厂或变电站的消防供水系统,根据《建规》及《火电规》的规定,通常采用常高压给水系统、带屋顶水箱的临时高压给水系统或带稳压及压力监测控制装置的临时高压给水系统(也称稳高压给水系统)。近年来,在电力工程中的稳高压系统逐步得到消防部门认可,使用日趋广泛。该系统一般配套1×100%电动消防泵,1×100%柴油机消防泵,2×100%稳压泵(1用1备),配备1套稳压罐。在压力下降时,稳压泵启动,保持消防管网压力稳定。平时稳压泵运行,当发生火灾时消防管网中的压力下降,联动消防主泵启动。消防主泵也可由消防控制中心直接启动。柴油泵作为备用泵,当电厂失电时启动。
2)雨淋阀组
雨淋阀组的核心部件为雨淋报警阀,并配套设置压力表、压力开关、供水控制阀和试验阀等,以满足检测水喷雾灭火系统的供水压力、显示雨淋阀启闭状态和便于维护检查等要求。为保证雨淋阀组正常工作,阀组通常设置在环境温度不低4℃的室内,同时为使人员迅速实施应急操作及时启动系统和保障人员安全,要将阀组设置在既靠近保护对象又便于操作的地方。于对于发电厂的变压器水喷雾系统,雨淋阀组通常设置在主厂房内,此时设置水力警铃的意义不大,可根据实际需要进行取舍。
3)配水管道
通常发电厂和变电站的消防给水管道采用内壁不防腐的钢管,因此在该管段接雨淋阀组之前应设置过滤器。过滤器之后的配水管道应采用内外壁热镀锌钢管,采用卡箍或丝扣连接。管道直径须经水力计算后确定,以确保既合理又经济。为尽量均衡各喷头的压力,配水干管在变压器主体外分层设成环状,通常分3层布置对系统更有利。
4)水雾喷头
水雾喷头分为离心雾化型和撞击雾化型。离心雾化型水雾喷头的喷射速度高,水雾滴细而不连续,可用来扑灭电气设备和可燃液体火灾。撞击雾化型水雾喷头,水雾流速较低,只能用来保护闪点在60℃～66℃的可燃液体、气体和固体危险区域。对于变压器火灾水雾喷头应选用离心雾化型,切勿混淆。
5)火灾探测装置
火灾的信号探测有闭式喷头探测和缆式线型感温探测器等方式。闭式喷头探测应用于传动管启动的水喷雾系统,此方法早期应用较多。不足的是,国内外规范对传动管的长度都有限制,而且闭式喷头动作会造成连续洒水,严重危害电气设备,寒冷地区还存在冬季防冻问题。缆式线型感温探测器对环境气候恶劣场所有很强的适用性,对迅速膨胀的热气流反应速度快,安装方便,可靠性高,信号传输距离远,因此在变压器的火灾探测中,应选用缆式线型感温探测器。
3.2.2 系统的控制方式
《水喷雾灭火系统设计规范》(GB500219-95)(以下简称《水雾规》)第6.0.1条规定,水喷雾灭火系统应设有自动控制、手动控制和应急操作三种控制方式,当响应时间大于60s时,可采用手动控制和应急操作两种方式。
自动控制是指水喷雾灭火系统的火灾探测报警部分与供水设备、雨淋阀组等部件自动连锁操作的控制方式;手动控制是指为人为远距离操纵供水设备、雨淋阀组等系统组件的控制方式;应急操作是指人为现场操纵供水设备、雨淋阀组等系统组件的控制方式。《水雾规》规定当水喷雾系统用于灭火时,系统的响应时间不应大于45s,因此必须同时设有以上三种控制方式。
图2为基于稳高压消防给水系统的油浸变压器水喷雾灭火系统控制原理图。当变压器起火后,为安全起见,水喷雾系统应在设备确实断电的情况下进行喷雾灭火。因此,变压器的控制系统必须对变压器的各个监测保护装置的状态进行相应的巡回检测,为了防止保护正确动作而断路器拒动,引起对带电的事故变压器喷雾,在控制程序中增加“变压器两侧开关分闸”的信号,在该信号触发控制系统后再启动电磁阀。变压器后备保护的动作时间和越级动作的时间仅为几秒钟,能确保水喷雾系统的响应时间不大于45s。
4 值得注意的几个问题
4.1 保护面积与消防水量的计算
变压器的外形不规则,在确定其保护面积时,国内外通常做法是首先将其圆整成能够包容它的规则体或规则体的组合体,然后按照规则体或组合体的外表面积确定保护面积,根据此面积和设计喷雾强度计算出的系统水量是保证系统正常工作的最低水量。在实际工程中,变压器的凹凸不平的外形对水雾的干扰很大,同时保持与高压电气设备带电(裸露)部分的安全距离也给喷头管道的布置带来很大困难,必须额外增设喷头来弥补局部喷雾效果的不足,根据实际喷头布置情况计算得出的水量往往会高出预先设计水量的30%左右,实际喷雾强度也高于《水雾规》的第3.1.2条的规定。而且此水量与消防水泵的配置情况紧密关联,在水喷雾设计计算和消防给水泵选用时要特别注意。
4.2 水雾喷头的防堵塞
水雾喷头的内部水流通道的截面积很小,如长期暴露在扬尘场所,其内部水流通道很容易堵塞,导致系统不能正常工作。因此,对于处于高粉尘环境,以及易发季节性沙尘天气的北方地区,水喷雾系统的喷头应配置防尘罩。平时防尘罩罩在水雾喷头的喷嘴上,发生火灾时防尘罩在系统给水的水压作用下打开或脱落,不影响水雾喷头的正常工作。
4.3 系统的控制
与国家标准图集《自动喷水与水喷雾灭火设施安装》(04S206)中的水喷雾工作原理图相比,图2所示的控制原理图增设了关于“变压器两侧开关分闸”的内容,以确保在变压器断电后启动水喷雾系统。变压器在发生火灾前,其内部压力、温度、电流等指标已出现异常,变压器的各种保护装置会在极短的时间内动作将变压器跳闸,因此依据图2设计的水喷雾装置控制系统对保护变压器更有利。
4.4 管道的防冻
在寒冷地区为防止管道冻裂,平时充满水的消防给水管道应敷设在冰冻线以下或在冬季采取保温伴热措施。雨淋阀后的配水管道应设置泄水阀,管道应有不小于4‰的坡度坡向泄水阀,以及时排出因试验或消防停留在管道中的水,埋地管道的泄水阀应设置在阀门井内,并将排水引入排水井。
4.5 消防排水
大型变压器水喷雾系统的设计水量一般在70L/s以上,消防时该水量通过集油坑的事故排油管进入事故油池经油水分离后排出。事故排油管除需保证排油要求外,要充分考虑水喷雾系统动作时的消防排水量,避免因排油管道管径太小造成排水不畅导致事故油外泄,建议事故排油管管径不宜小于DN400mm。
5 结语
为促进水喷雾系统在油浸变压器消防上得到更好的发展和应用,要不断对设计理论和实践进行探讨,使设计要做到安全可靠,经济合理。一个完善的水喷雾系统是体现在精湛的设计、严谨的施工和规范的运行管理的全过程。在工程完工后,应加强管理,定期检查试验,使系统处于完好状态,随时可用。
参考文献
[1]GB50016-2006建筑设计防火规范[S].
[2]GB50226-2006火力发电厂与变电站设计防火规范[S].
[3]GB50219-95水喷雾灭火系统设计规范[S].
水喷雾系统 篇6
1 水喷雾系统的灭火机理
根据国内外多年来对水喷雾灭火机理的研究,一致的结论是当水以细小的水雾喷射到正在燃烧的物质表面时会产生以下作用:1)表面冷却作用:相同体积的水以水雾形态喷出时比直流形态喷出时的表面积要大数百倍,水雾喷到燃烧区后温度瞬时升高,微小粒径的雾状水将迅速汽化,汽化过程中吸收大量的热,使燃烧区和燃烧物品表面的温度迅速下降,当燃烧物表面冷却到一定温度时,不再产生可燃蒸汽,燃烧随即停止。2)蒸汽窒息作用:水雾喷到燃烧区后因受热迅速汽化,形成原体积1 680倍的水蒸气,这些水蒸气包裹保护对象并充斥燃烧区空间,导致燃烧区氧气的浓度不断下降,使燃烧区空间严重缺氧窒息,燃烧因而受抑或中断。3)乳化作用:对于不溶于水的可燃液体,当水雾滴喷射到正在燃烧的液体表面时,水雾滴的冲击在液体表面造成搅拌作用,从而造成液体表层的乳化,在喷雾射流的连续作用下,乳化层也是连续存在的,由于乳化层的不燃性致使燃烧中断。
2 大型油浸变压器的水喷雾灭火系统设计
2.1 系统的组成
1)消防供水系统:变压器水喷雾灭火系统的消防供水依托发电厂或变电站的消防供水系统,根据《建规》及《火电规》的规定,通常采用常高压给水系统、带屋顶水箱的临时高压给水系统或带稳压及压力监测控制装置的临时高压给水系统(也称稳高压给水系统)。2)雨淋阀组:雨淋阀组的核心部件为雨淋报警阀,并配套设置压力表、压力开关、供水控制阀和试验阀等,以满足检测水喷雾灭火系统的供水压力、显示雨淋阀启闭状态和便于维护检查等要求。3)配水管道:通常发电厂和变电站的消防给水管道采用内壁不防腐的钢管,因此在该管段接雨淋阀组之前应设置过滤器。过滤器之后的配水管道应采用内外壁热镀锌钢管,采用卡箍或丝扣连接。管道直径须经水力计算后确定,以确保既合理又经济。4)水雾喷头:水雾喷头分为离心雾化型和撞击雾化型。5)火灾探测装置:火灾的信号探测有闭式喷头探测和缆式线型感温探测器等方式。在变压器的火灾探测中,应选用缆式线型感温探测器。
2.2 系统的控制方式
GB 50219-95水喷雾灭火系统设计规范(以下简称《水雾规》)第6.0.1条规定,水喷雾灭火系统应设有自动控制、手动控制和应急操作三种控制方式,当响应时间大于60 s时,可采用手动控制和应急操作两种方式。
自动控制是指水喷雾灭火系统的火灾探测报警部分与供水设备、雨淋阀组等部件自动连锁操作的控制方式;手动控制是指人为远距离操纵供水设备、雨淋阀组等系统组件的控制方式;应急操作是指人为现场操纵供水设备、雨淋阀组等系统组件的控制方式。《水雾规》规定当水喷雾系统用于灭火时,系统的响应时间不应大于45 s,因此必须同时设有以上三种控制方式。图1为基于稳高压消防给水系统的油浸变压器水喷雾灭火系统控制原理图。当变压器起火后,为安全起见,水喷雾系统应在设备确实断电的情况下进行喷雾灭火,因此变压器的控制系统必须对变压器的各个监测保护装置的状态进行相应的巡回检测。变压器后备保护的动作时间和越级动作的时间仅为几秒钟,能确保水喷雾系统的响应时间不大于45 s。
3 值得注意的几个问题
3.1 保护面积与消防水量的计算
变压器的外形不规则,在确定其保护面积时,国内外通常做法是首先将其圆整成能够包容它的规则体或规则体的组合体,然后按照规则体或组合体的外表面积确定保护面积,根据此面积和设计喷雾强度计算出的系统水量是保证系统正常工作的最低水量。在实际工程中,变压器凹凸不平的外形对水雾的干扰很大,同时保持与高压电气设备带电(裸露)部分的安全距离也给喷头管道的布置带来很大困难,必须额外增设喷头来弥补局部喷雾效果的不足,根据实际喷头布置情况计算得出的水量往往会高出预先设计水量的30%左右,实际喷雾强度也高于《水雾规》的第3.1.2条的规定,而且此水量与消防水泵的配置情况紧密关联,在水喷雾设计计算和消防给水泵选用时要特别注意。
3.2水雾喷头的防堵塞
水雾喷头的内部水流通道的截面积很小,如长期暴露在扬尘场所,其内部水流通道很容易堵塞,导致系统不能正常工作。因此,对于处于高粉尘环境,以及易发季节性沙尘天气的北方地区,水喷雾系统的喷头应配置防尘罩。平时防尘罩罩在水雾喷头的喷嘴上,发生火灾时防尘罩在系统给水的水压作用下打开或脱落,不影响水雾喷头的正常工作。
3.3系统的控制
与国家标准图集04S206自动喷水与水喷雾灭火设施安装中的水喷雾工作原理图相比,图1的控制原理图增设了关于“变压器两侧开关分闸”的内容,以确保在变压器断电后启动水喷雾系统。变压器在发生火灾前,其内部压力、温度、电流等指标已出现异常,变压器的各种保护装置会在极短的时间内动作将变压器跳闸,依据图1设计的水喷雾装置控制系统对保护变压器更有利。
3.4管道的防冻
在寒冷地区为防止管道冻裂,平时充满水的消防给水管道应敷设在冰冻线以下或在冬季采取保温伴热措施。雨淋阀后的配水管道应设置泄水阀,管道应有不小于4‰的坡度坡向泄水阀,以及时排出因试验或消防停留在管道中的水,埋地管道的泄水阀应设置在阀门井内,并将排水引入排水井。
3.5消防排水
大型变压器水喷雾系统的设计水量一般在70 L/s以上,消防时该水量通过集油坑的事故排油管进入事故油池经油水分离后排出。事故排油管除需保证排油要求外,还要充分考虑水喷雾系统动作时的消防排水量,避免因排油管道管径太小造成排水不畅导致事故油外泄,建议事故排油管管径不宜小于DN400。
4 结语
为促进水喷雾系统在油浸变压器消防上得到更好的发展和应用,要不断对设计理论和实践进行探讨,使设计做到安全可靠,经济合理。一个完善的水喷雾系统是体现在精湛的设计、严谨的施工和规范的运行管理的全过程。在工程完工后,应加强管理,定期检查试验,使系统处于完好状态,随时可用。
摘要：对水喷雾系统的灭火机理进行了论述,结合大型油浸变压器消防设计实践,分析了大型油浸变压器水喷雾灭火系统的组成及控制方式,探讨了设计中应该注意的问题,以使该系统设计不断改进。
关键词：水喷雾灭火系统,大型油浸变压器,设计改进,应用
参考文献
[1]GB 50016-2006,建筑设计防火规范[S].
[2]GB 50226-2006,火力发电厂与变电站设计防火规范[S].
[3]GB 50219-95,水喷雾灭火系统设计规范[S].
水喷雾场瞬态蒸汽浓度分布研究 篇7
细水雾技术在消防灭火、除尘增湿、降温降燥等诸多领域应用广泛, 其水动力学特性、热特性与蒸发特性是国内外研究的重点和热点。而雾滴生存环境中的水蒸汽浓度直接影响了雾滴的蒸发速率, 并间接对雾滴的运动和传热过程产生影响, 因此是一个关键参数。假设有雾滴的区域称为喷雾区域或雾区, 受水蒸汽扩散影响的区域称为扩散区域。由于传质作用的影响, 喷雾过程中水蒸汽不断由喷雾区域进入扩散区域, 雾场及其扩散区域的湿度不断变化又影响到雾滴的蒸发作用, 因此整个过程是很复杂的。
国内外对雾滴的蒸发与运动进行了大量研究, S.Sazhin等[1,2]研究了雾滴蒸发的瞬态导热过程, 但没有讨论环境湿度变化对雾滴蒸发速率的影响;B.Abramzon等[3]研究了有热辐射吸收条件下的油料液滴对流蒸发, 对于液滴生存环境的蒸汽浓度也只是作了定值处理, 与实际不符;P Boulet等[4]在研究水喷雾遮蔽强辐射时提出了轴向蒸汽浓度的计算方法, 使得热辐射透射率的计算精度得以提高, 但将水平蒸汽浓度分布处理为定值。国内袁江涛[5]、冉景煜[6]等学者计算了有限空间内的雾滴蒸发, 虽然考虑了空间内蒸汽浓度的变化, 但采用的是整体的浓度变化, 未考虑空间内的浓度分布。
综上所述, 当前对于压力喷雾水平蒸汽浓度分布缺乏研究成果, 本文通过数学建模对此进行了数值研究, 揭示了固定高度上雾滴蒸发速率随时间的变化规律及蒸汽的水平浓度分布, 对研究雾滴的运动与蒸发具有实际的指导意义。
1 数学模型
雾滴蒸发过程中涉及到诸多传热过程, 包括热传导、热对流、紊流热扩散、辐射热吸收、蒸发换热等, 计算起来相当复杂。但本文的研究重点是湿度的变化规律, 因此设雾滴与环境的温度相同, 同时不考虑辐射源的照射;实际的气液两相流中, 雾滴与空气是同时运动又有相对运动的, 但为了简化计算, 本文假设气相是静止的, 只存在分子运动, 即允许水蒸汽做自由扩散, 而无宏观运动;当选定在距喷嘴某个高度上作为计算域时, 由于雾滴是在整个运动轨迹上产生粒径变化, 因此在该高度上的雾滴粒径保持不变, 本文假定服从对数正太分布;设定本文中所有计算都处于标准大气压力1.01e+5 Pa, 环境温度300 K, 而且雾滴温度与环境温度相同, 因此相对湿度、绝对湿度、蒸汽浓度等概念意义是等同的。
基于以上假设, 对于雾状水幕用作热遮蔽的过程可近似为一维瞬态的水蒸汽—空气扩散过程, 因此传质方程可表示为:
其中:ρvap表示空气中水蒸汽的密度分量;Q表示蒸发源项;DWA表示水蒸汽—空气的二元质扩散系数。
根据文献[3,7]单个雾滴的蒸发速率可表示为:
其中:Sh*为修正的Sherwood数 (Sh0) , 表示为Sh*=2+ (Sh0-2) /FM;
Sherwood数Sh0表示为:
式 (3) 中, Reg=2VrRdρA/μW-v为雾滴运动的Reynolds数;Scg=μ/ (ρDWA) 为雾滴运动的Schmidt数;若Reg≤1, 则f (Reg) =1;若1
式 (2) 中, BM为Spalding传质数:
式 (4) 中, 表示雾滴表面水蒸汽浓度;表示雾滴表面的蒸汽压, a和b是和工质有关的常数, 可用经验公式计算;Mg和Mp分别表示空气和雾滴的摩尔质量;Yp, ∞表示雾滴生存环境的水蒸汽浓度, 正是本文的研究对象。
将式 (2) 在单位控制体内积分, 可得蒸发源项为:
n (r) 表示服从对数正态分布的雾滴粒径:
r0、σ0分别表示平均粒径和标准偏差, Nd表示单位体积内的雾滴数密度:
fv表示雾滴的体积分数。
2 湿度分布计算与分析
2.1 粒径模型假设对计算结果的影响
水雾是粒子多分散系, 但在众多的研究计算中为了节省计算时间或简化计算过程往往将其当作单分散系处理[8,9]。本文将水雾的概率密度函数做离散处理, 在粒径步长内按单分散系计算, 通过减小粒径步长使其接近实际的水雾粒径分布, 如图1所示。水雾厚度0.5 m, 对水雾两侧的蒸汽扩散范围都设为2.5 m。在雾滴体积分数相同条件下采用单分散系和多分散系两种模式计算, 分别在100 s和1 000 s时截取相对湿度计算结果。图2显示, 按单分散系计算的相对湿度小于按多分散系计算的相对湿度, 说明单分散系假设对于计算实际问题是有一定误差的, 因此只要条件允许应尽量按多分散系计算。
2.2 湿度空间分布及蒸发速率的变化
图3描述了水蒸汽不同时刻的扩散分布, 计算参数为:Vr=4m/s, r0=120μm, σ=2, hr=0.2, 雾滴体积分数fv=1×10-7。在喷雾的初始阶段, 由于质扩散系数的限制, 水蒸汽不能对扩散区域产生影响。t=10 s时雾区内的相对湿度只增加了0.015, 而且基本没有湿度梯度;t=100 s时, 雾区内的相对湿度最大增加了0.15, 但只在喷雾区边界处形成了一定的湿度梯度;随着时间增长, 雾区内部湿度梯度增大, 而且水蒸气逐步扩散到雾区之外;t=10 000 s时, 雾区湿度已接近饱和, 湿度增加不明显, 由于所取边界及质扩散系数的双重限制, 扩散区域湿度增加显著, 而且趋于形成线性的湿度梯度分布。
图4的计算参数同图3。当水蒸汽的产生率大于扩散率时必然导致雾场内部湿度增大, 而湿度增大又必然导致蒸发速率的下降。对照图3, 由图4可见, 随着时间延长, 蒸发速率不断下降, 并最终趋于0;而在空间分布上, 雾场边界上的蒸发率大于中心区域。
2.3 湿度时间分布
分别取扩散区域中心、喷雾区域边界和喷雾区域中心三个点, 计算其相对湿度按时间的变化规律。计算参数为:Vr=4m/s, r0=120μm, σ=2, hr=0.4, 雾滴体积分数分别取为fv=1×10-6和fv=1×10-7, 计算时长为2 000 s。如图5所示, 相对湿度随时间增大, 但增大的速率随时间变小;喷雾区边界处的湿度小于中心处的湿度, 其变化规律与中心相同;喷雾中心的湿度最大, 并逐渐趋于饱和;雾滴体积分数为fv=1×10-6时, 雾场中心只需要约100 s达到饱和;而fv=1×10-7时, 在2 000 s时, 雾场中心相对湿度约为0.95。
2.4 各种因素对湿度分布的影响
图6 (a) ~图6 (d) 显示的是雾滴与空气的相对速度、雾滴体积分数、平均粒径及环境相对湿度对计算域相对湿度分布的影响。图6 (a) - (c) 说明, 喷雾时雾滴与空气间的相对速度越大, 雾滴体积分数越大, 则产生的水蒸汽浓度越高。结合式 (2) 、 (3) 、 (4) 可知, 相对速度越大则Reynolds数、Sherwood数越大, 相应的单个雾滴的蒸发速率越大, 故而相对湿度会更大, 如图6 (a) 所示;而雾滴的数密度与雾滴体积分数成正比, 由式 (5) 、 (6) 、 (7) 可知增大喷水量也可使相对湿度增大, 如图6 (b) 所示;在相同雾滴体积分数的雾场条件下, 对于服从对数正态分布的水雾, 若均值粒径减小则数密度增大, 雾滴总的蒸发表面积增大, 则水蒸汽浓度越大, 如图6 (c) 所示。图6 (d) 显示, 环境湿度越大, 则雾场的相对湿度越高, 但由蒸发产生的相对湿度增量越小。由于环境湿度直接决定了Splading传质数BM, 由式 (4) 可知, 环境湿度越大BM越小, 则单位体积内的雾滴蒸发速率越小, 使得相对湿度增量减小。
3 总结
本文通过建立一维雾场的瞬态浓度分布模型, 比较了雾滴单分散系和多分散系假设的计算结果, 揭示了在喷雾过程中雾场及扩散区域空气相对湿度随时间、空间的变化规律, 并分析了影响雾场相对湿度分布的各种因素, 所得结论如下。
(1) 实际雾场是粒子多分散系, 对其进行单分散系假设可以简化计算, 但使得计算精度降低。因此, 只要条件允许应尽量按多分散系计算。
(2) 由于雾滴的蒸发, 雾场相对湿度不断增大, 并趋于饱和;蒸发速率随着相对湿度的增大逐渐降低, 并趋于0;水蒸汽不断由喷雾区域向外扩散, 使得扩散区域的相对湿度增大, 随着时间的增长, 在固定的扩散区域内, 形成线性梯度的湿度分布。
(3) 对于雾场区域或扩散区域的单个位置, 相对湿度随时间增大, 但增速降低;雾滴体积分数为fv=1×10-6时, 雾场中心只需要约100 s达到饱和;而fv=1×10-7时, 在2 000 s时, 雾场中心相对湿度约为0.95。
(4) 雾滴与空气的相对速度、雾滴体积分数、平均粒径及环境相对湿度对于雾场及扩散区域的相对湿度有着显著的影响。
(5) 将雾场的湿度分布用于实际的喷雾热遮蔽、雾滴运动与蒸发等计算将是以后的研究重点。
摘要：考虑到喷雾形成的雾场中, 雾滴生存环境的湿度对雾滴的动力学特性、热特性与蒸发特性有着重要的影响, 因此对雾场湿度的动态变化进行研究是一项关键的工作。综合考虑变化的蒸发源项与蒸汽扩散之间的相互作用, 建立了一维瞬态的湿度控制方程;采用多分散系模型, 分析了喷雾区域及其水蒸汽的扩散区域内相对湿度随时间、空间的变化规律;并讨论了雾滴与空气的相对速度、雾滴体积分数、平均粒径及环境相对湿度等因素对于雾场及扩散区域的相对湿度分布的影响。
关键词：雾滴,蒸发,相对湿度分布,多分散系
参考文献
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水喷雾系统 篇8
1 资料与方法
1.1 一般资料
对本院2011~2013年收治的具有压疮 (Ⅱ、Ⅲ期) 并发症的患者, 选取年龄在30~84岁之间, 长期卧床, 基础疾病分别为心、脑血管病和外科手术后以及接受放化疗的患者, 从年龄、性别、压疮程度、分期、基础疾病等因素进行统计学处理, 分别筛选出符合条件的患者, 2012年7月~2013年6月的患者为观察组, 2011年7月~2012年6月的患者为对照组, 观察组与对照组资料进行回顾性比较与分析。对照组患者78例, 其中男45例, 女33例, 压疮119处;观察组患者81例, 其中男43例, 女38例, 压疮123处。2组患者从年龄、性别、压疮程度、分期、基础疾病方面进行比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) , 具有可比性。
1.2 换药方法
观察组应用创新换药法, 即:每次换药前先对患者压疮创面进行评估, 根据创面分泌物的多少选择清洁创面的方式, 一般先用生理盐水冲洗创面, 碘伏棉球消毒, 再用中药煎剂加入一次性雾化器内, 连接中心供氧装置, 加大氧流量至喷出均匀雾粒。雾化结束待干后, 根据创面渗出液的多少选择合适的水胶体敷料敷于创面 (水胶体敷料, 一般4~5 d换一次, 如果敷料脱落渗液较多随时更换) 。对照组采用常规换药法, 即:生理盐水、双氧水、生理盐水依次冲洗创面, 碘伏棉球消毒后, 用复方新诺明和氟哌酸按1∶1的比例研粉涂抹, 以无菌纱布覆盖创面, 并用胶布妥善固定 (1~2 d换药一次, 如果分泌物多, 被污染随时更换) 。
1.3 效果评估
准确评估压疮创面大小、深度、创面颜色、渗出物颜色、周围皮肤颜色改变状况等。换药后每3 d测量一次压疮创面大小、深度、观察颜色, 观察肉芽组织生长情况、新鲜程度、周围皮肤颜色等, 评估压疮的愈合程度。
1.4 评估指标及结果判定
(1) 伤口周围皮肤评价[4]:周围皮肤评估分级:正常—5分, 红肿—2分, 湿疹—1分, 溃烂—0分。 (2) 肉芽组织评估:肉芽健康—5级, 肉芽老化—4级, 肉芽水肿—3级, 肉芽苍白—2级, 肉芽坏死—1级。 (3) 效果判定:压疮创面结痂后脱落、局部组织完全修复为“愈合”;压疮面积缩小>35%、肉芽健康、周围皮肤正常为“好转”;压疮伤口无改变为“无效”, 压疮创面面积扩大、创面加深、渗出增加或继发感染、周围皮肤溃烂为“恶化”。
1.5 统计学处理
所有数据经SPSS 13.0软件处理。2组患者压疮治愈率用χ2检验, 压疮平均治愈时间、肉芽组织分级和周围皮肤情况以均数±标准差 (±s) 表示。当P<0.05时为差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 2组患者治疗效果比较, 见表1。
2.2 2组患者压疮愈合时间、肉芽组织情况、周围皮肤情况比较, 见表2。
3 讨论
3.1
随着疾病谱的变化、抗生素应用增多、肿瘤患者生存期延长等因素的不断变化, 压疮患者不断增多, 临床护理和治疗压力也随之增加。为有效改善压疮患者预后, 减轻痛苦, 在多年护理经验的基础上, 经过请教中医科、普外科医疗和护理专家, 充分收集资料、讨论、制定方案, 认真实施并不断完善, 对压疮护理方法和换药方式进行研究、创新。先后采用过“红外线灯理疗”、中药研末涂抹等方式, 通过不断探索、查阅资料、临床应用等环节, 最终总结出了“中药喷雾联合水胶体敷料治疗压疮”的有效方法。此方法联合了中药去腐生肌、消除局部感染、促进创面愈合与组织再生等优点, 将中草药煎好无菌密闭保存备用, 将药液加入一次性雾化吸入器对压疮创面进行均匀喷雾, 一方面雾化器喷出的细小微粒可以充分、完全地与创面接触, 利于药物吸收并充分发挥疗效;另一方面, 一次性雾化吸入器需借助高流量氧气形成喷雾这一特点, 也为创面提供了充足的氧气, 提供了富氧环境, 促进了肉芽组织的形成及生长。
注:与对照组比较, χ2=6.94, P<0.05
3.2
中药喷雾联合水胶体敷料治疗压疮, 是祖国医学与现代医学治疗技术的有效结合, 为压疮治疗提供了新的思路和方法, 此方法集中药消除感染、去腐生肌、不仅使创面达到湿性愈合的作用, 其中药配方可促进新生皮肤组织生长以及周围微小血管的形成[5], 血管生成是机体生长发育, 创面修复的重要因素[6], 这样足以保证增加新生皮肤组织的血运和活性。喷雾法用药均匀利于组织吸收、吹氧疗法提供富氧环境, 既能够将药物均匀细密地喷涂在压疮创面, 又为局部组织再生提供了富氧环境, 同时还避免了传统用药方式涂抹药物对局部新鲜组织的机械刺激, 有利于创面愈合与肉芽组织的再生。水胶体敷料取代传统敷料的应用, 为压疮创面提供了合适的酸碱度、湿度等环境, 使压疮创面湿性愈合, 既缩短了愈合时间, 又避免了创面局部硬痂的形成, 避免换药时引起的机械性损伤, 减少了换药次数, 同时有利于创面的愈合[7]。该换药方法操作简便、治愈率高、疗程缩短, 基层医院均可采用, 同时还可减轻患者的痛苦和经济负担, 具有很好的社会效益和经济效益。
参考文献
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