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转发:FM200(七氟丙烷)气体消防设计的几点体会

要:本文阐述了FM200(七氟丙烷)是一种现代化的消防设备,着重介绍了在具体设计过程中的心得体会。

关键词:灭火剂 气体消防 FM200灭火剂 气体消防 FM200灭火系统 防护区 充装率
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 众所周知,在消防领域应用最广泛的灭火剂就是水。随着国家经济建设的迅速发展,大批工业和民用建筑尤其是高层建筑的不断涌现,更随着高科技的发展,设备对灭火剂的要求越来越高,对于扑灭可燃气体、可燃液体、电器火灾以及计算机房、重要文物档案库、通信广播机房、微波机房等不可式不宜用水灭火的火灾,气体消防作为最有效最干净的灭火手段,日益受到重视。其中,《建筑设计防火规范)(GBJ16一87)和(高层民用建筑设计防火规范)(GBJ50045–95)已明确规定了应设置气体灭火系统的场所。可见,气体消防系统在各类灭火系统中占有很重要的地位。
   20世纪以来相继出现了卤代烷及其替代灭火系统和二氧化碳灭火系统。由于我国已加入了蒙特利尔环境保护公约,卤代烷已被消防部门限制使用。所以,目前的气体灭火系统主要有卤代烷替代灭火系统和二氧化碳灭火系统,它们具有灭火迅速、不导电、不污染被保护体的特点,但由于二氧化碳灭火系统本身具有窒息性(即降低空间的含氧量)和冷却作用,因而有较大的副作用,其最小灭火设计浓度为34%,超过了人的致死浓度,对人体危害大,不宜用于经常有人停留的场所:而且二氧化碳使用钢瓶数量多,储存空间要求很大,浪费了大量空间。二氧化碳灭火系统在喷放时造成的冷却作用容易产生雾化,冷凝现象,使得电子设备特别是计算机和玻璃产品遭受损坏。灭火时气体喷放时间需60秒以上,相对灭火时间较长,由于这些缺点,限制了二氧化碳灭火系统的使用场所。FM200(七氟丙烷)气体消防克服了前述的不足之处,已被广泛使用。公安部于20011年8月1日发布了公消[2001]217号(关于进一步加强哈龙替代品及其技术管理的通知》,通知中第一推荐M200(七氟丙烷)气体自动灭火系统属于全淹没系统,可队扑灭A,B,C类和电器火灾,可用于保护经常有人的场所。
   FM200是碳、氟和氢的化合物,分子式为CF3CHFCF3,密度比空气大六倍,以化学和物理机理相结合进行灭火,不会影响氧的含量,它是一种无色、无味、不导电、无二次污染的灭火剂。国际上有配套的设计和工程规范,全世界已有上万例的成功应用。

  在我国,FM200作为一种新型的替代卤代烷的洁净气体灭火剂,由于其使用时间不长,至今设计施工的国家规范还在送审稿阶段。实际工程中FM200的设计依据为:《七氟丙烷洁净气体灭火系统设计及使用暂行规定》,《气体灭火系统施工及验收规范)(GB50263-97),生产厂家提供的FM200系统的各种技术数据及材料。设计中可参考:目前已出台的地方规范:广东省工程建设地方标准《七氟丙烷(HFC227ea)洁净气体灭火系统设计现范》(DBJ15-23-1999)和上海地方规程《七氟丙烷(HFC227ea)洁净气体灭火系统技术规程)(DG/TJ08-307-2002)及《卤代烷1301灭火系统设计现范》。
  几年来,笔者设计了数个FM200气体灭火系统的项目,大部分工程已验收达标,整理出设许过程中的一些心得体会,与同仁探讨。以图8—1为例,通讯机房(A区:净面积设定为:425m2,净高设定为:4.5m,无吊顶,地台高度:28cm)是需要设计FM200气体灭火系统(假定选用江苏无锡消防器材厂产品)的防护区,通过计算过程,笔者得出一些结论。
  (一)防护区的基本参数:
  防护区的净面积:F=425m2,净高:H=4.5m,防护区的体积:V=×425×4.5=1912m2防护区的保护对象:电子计算机房→设计灭火浓度:8%;喷放时间:≤7S;浸渍时间:3min喷头的最大保护高度:不宜大于5.0m,最小保护高度:不应小于0.3m——地台内不需设喷头,故本例仅做一层喷头即可。
  小结:防护区的基本参数是气体消防设计的前提条件。防护区是指能满足气体灭火要求的有限封闭空间,封闭结构是难燃烧体或非燃烧体,且该空间内能将该灭火剂浓度保持一段时间。规范对防护区有环境温度、大小、围护结构的耐火性能、耐压性能、防护区开口、机械通风、生产操作、地压、安全等多方面的要求,根据这些要求.由相关专业配合实现。防护区的大小是出于安全方面的考虑,根据人员疏散要求,报警后疏散时间不大于30S,防护区面积不能太大。根据广东省工程建设地方标准《七氟丙烷(HFC227ea)洁净气体灭火系统设计现范)(DBJ15-23-1999)规定:当采用无管网装置时,单个防护区的面积不宜超过100m2,容积不宜超过300m3;采用有管网灭火系统时,单个防护区的面积不宜超过500m2,容积不宜超过2000m3:大于以上规定时,宜采用分隔的方法,由于防护区围护结构的特殊要求,设计者在划分单个防护区时,应综合考虑使用功能分区因素。
  (二)设计用且计算:(计算草图详图8-2)
  1.设计用量:W=(KV/S)*C(100-C)=(1*1912.5/0.13716)*8/(100-8)=1212.48kg(本公式中各参数的意义均可查相关规范,基本常量系数均有表可查,本文中不再赘述,以下令同。)
  2.初选钢瓶数:根据计算经验,每瓶药剂量在45kg左右,故n=1212.48/45≈48/45≈27瓶
  3.验算初选瓶组数是否满足设计要求:以下计算表格(表一)即为计算过程,至于计算步骤中的细节非本文论述的重点,不再赘述。

  4、表二小结:该表表示因增加瓶组数而减少充装密度是最直接最有效的调整方法。
  5、表四小结:该表表示因放大干管的管径大幅度减少了“损失”,管网内容积增加和过程中点的储瓶内压力降低的幅度相对小,计算结果表明放大干管的管径,效果很明显的达到了减少钢瓶数的目的。仅用初选的27瓶即可,因为,瓶FM200的气瓶价约为3万元,DN150的无缝钢管约300元/米,所以从工程造价考虑,放大干管的管径是首选的调整方法。
  6、表三小结:该表以放大支管的管径减少损失的同时,管网内容积增加,过程中点的储瓶内压力降低,计算结果表明放大支管的管径,难以达到减少钢瓶数的目的。所以建议不要用此法进行调整计算。

表一 表二 表三 表四
管径计算 管段 流量(kg/s) 管径(mm) 同左 管径 管径
f-g (1212 .48/7)=173.21 DN125 — DN150
f-e 173.21(/2)=86.61 DN100 — DN125
d-e (86.61/2)=43.31 DN80 DN100 /
c-d (43.31/2)=21.66 DN65 DN80 /
b-c (21.66/2)=10.83 DN50 DN65 /
a-b (10.83/2)=5.42 DN40 DN50 /
储瓶内剩余量(kg) 27×3.5=94.5 31×3.5=108.5 30×3.5=105 27×3.5=94.5
充装密度(kg/m3) [1212.48+94.5+0)/(0.07×27)=691.53 [(1212.48+108.5+0)/(0.07×31)]=608.75 627.37 691.53
管网内容积计算 管段 管长(m) 管径(mm) 单位容积(dm3/m) 容积(dm3) 同左 容积 管径 单位容积 容积
f-g 24.7 DN125 12.27 303.069 — DN150 17.66 436.20
f-e 27.3 DN100 8.33 227.409 — DN125 12.27 334.97
d-e 16.4 DN80 4.90 80.36 136.61 / / /
c-d 26.4 DN65 3.42 90.29 129.36 / / /
b-c 32.8 DN50 1.96 64.29 112.18 / / /
a-b 59.2 DN40 1.19 70.45 116.03 / / /
小计 835.86 1025 1076.5
6
管网损失计算(钢瓶间损失约为0.03MPa) 管段 管径(mm) △P/L(MPa/m) 当量长度(m) 损失MPa 同左 △P/L 当量长度 损失 管径 △P/L 当量长度 损失
f-g DN125 0.01 56.90 0.569 / / / DN150 0.005 63.70 0.319
f-e DN100 0.0085 28.85 0.245 / / / DN125 0.004 41.35 0.165
d-e DN80 0.006 10.5 0.063 0.0015 11.4 0.017 / / 11.00 0.066
c-d DN65 0.0045 8.80 0.040 0.0012 9.70 0.012 / / / /
b-c DN50 0.004 6.45 0.026 0.0012 9.50 0.011 / / / /
a-b DN40 0.0032 3.30 0.011 0.0012 5.75 0.007 / / / /
0.861 0.626
全部储瓶的气相总容积V0=n×Vb(1-N/r)=27×0.07×(1-691.53/1407)=0.961m3 1.231m3 1。164m3 0.961m3
过程中点的储瓶内压力:Pm=p0×V0/(V0+W/2r+Vp)=4.3×0.961/(0.961+(1212.48+94.5)/(2×1407×)+0.953)=1.827MPa 2.087Mpa 1.884MPa 1.652Mpa
高程压头Ph=10-6r×H×g 10-6×1407×4×9.8=0.055MPa 同左 同左 同左
喷头工作压力力:Pc=Pm-(∑△P±Ph) 1.827-(0.953+0.03+0.110)=0.789MPa 1.049MP 0.937MPa 0.941MPa
结论 Ph>0.5MPa
Pc<(Pm/2)=0.914
不能满足要求,应重新调整计算 Ph>0.5MPa
Pc<(Pm/2)=1.044
能满足要求 Ph>0.5MPa
Pc<(Pm/2)=0。924
不能满足要求,应重新调整计算 Ph>0.5MPa
Pc<(Pm/2)=0.826
能满足要求

小结:

  1)气体消防系统计算过程繁琐,需要不断调整计算,各个计算数据都是息息相关的,一个数据的改变都需要重新校核计算结果。所以,在施工现场,应要求施工单位严格按设计图纸中的管道位置施工,当与其它管道矛盾时,应遵循其它管道让气体管道的原则。
  2)充装率是计算的灵魂数据,当采用选择组合分配系统保护灭火时,若系统中灭火设计用量最大的防护区与其它防护区的体积相差较多时,在按最大防护区的用量计算选择好气瓶的充装率后,应校核其他防护区的实际灭火浓度,若灭火浓度超过12%,不仅对人员的身体健康有害而且防护区的维护结构易被破坏。所以,当核核其他防护区的灭火浓度超过12%时;应增加气瓶数量,降低气体的充装率。
  3)本例喷头布置成均衡系统,管网内的剩余量不计。防护区中含两个或两个以上封闭空间的非均衡管网,应计算管网内的容积剩余量。所以,即使两个防护区的面积,容积一样,平面却不一样,导致管网布置不一样,管网内的容积剩余量不一样,也会导致气瓶设计用量不一样。设计时系统应优先考虑设计威均衡系统。
  4)当计算结果不能满足要求时,可以从以下几个方面进行调整:
  a.按表一的方法逐瓶增加瓶组数,减少充装密度,直至31瓶方能满足设计要求,见表二。
  b.将钢瓶数减少至30瓶,放大支管管径,看能否满足计算要求,见表三;
  c.选用初选瓶组27瓶,放大干管管径,看能否满足计算要求,见表四。
  (三)结论:
  FM200是一种现代化消防设备,是优异洁净灭火系统的代名词。设许计算过程中,系统应优先考虑设计成均衡管网,当初选的瓶组数不能满足设计要求时,应首先考虑放大干管的管径,如果结果仍不能满足要求,则逐瓶增加瓶组数减少充装密度直至满足设计要求。充装率是计算的灵魂数据,当采用选择组合分配系统保护灭火时,应校核其他防护区的实际灭火浓度,通过降低充装率,使每个防护区的实际灭火浓度小于12%。
  气体消防已成为国内外的热门话题和重要的研究课题。FM200做为洁净灭火剂更是大有作为,随着FM200国家规范的出台,FM200的设计会日趋成熟。愿本文的只言片语能引发同仁的探讨兴趣,不当之处,敬请专家同仁指正。

参考文献:

  1、广东省工程建设地方标准《七氟丙烷(HFC227ea)洁净气体灭火系统设计》(DBJ15-23)。
  2、上海地方规程《七氟丙烷(HFC令令审ea)洁净气体灭火系统设计规范》(DBJ15-23-1999)。