气体灭火系统管道输送距离探讨

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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

2、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

3、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，其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（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

4、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　　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

5、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。　　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。　　《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　　由于七氟丙烷灭

6、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）；Pc≥Pm/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

7、上的要求，《气规》中规定“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　　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

8、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