IG-541混合气体灭火系统设计理论和基本计算方法.doc

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1、IG-541混合气体灭火系统设计理论和基本计算方法一．概述IG-541混合气体灭火系统作为一种新型洁净气体灭火系统，由于它兼备有效灭火、绿色环保以及对人体无伤害等特性，目前已在国内外消防领域得到广泛应用。然而，人们在大量应用它的同时，对系统性质、性能、原理等方面的量化研究却是十分不足的。国内至今尚无完整的系统设计规范，尤其缺乏完整的系统设计计算理论和方法，甚至于连基本的单元计算方法也不齐全，现有的一些计算公式基本上照搬了国外的书本，并且缺乏完整性和系统性。这种理论研究远远落后于实际应用的反常现象是消防工程界特有的，也是消防系统建设与使用远远相脱节这一客观情况所造成的。国外公司虽有系

2、统设计软件可以代客计算，但并不提供计算方法，我们只能是知其然而不知其所以然。为了解决我国已有IG-541灭火系统的设备和大量实际应用，却还没有设计计算方法的突出矛盾，确保IG-541灭火系统设计的科学先进性、安全可靠性和经济合理性，达到优化设计的目的，我们在努力学习和吸收国外先进技术的同时，还必须建立自己的理论研究体系和设计计算方法。本文探讨了IG-541气体灭火系统设计计算的理论依据，在此基础上推导了和建立了IG-541灭火系统的基本计算方法，为科学地建立具有自主知识产权的IG-541灭火系统计算机设计软件奠定了基础。 二．  系统特征IG-541灭火系统和其他固定气体灭火系统比

3、较既有共性又具有鲜明的个性。IG-541在储存条件下呈气态，比其他灭火系统需要更大的储存容积;在高压下储存和运行，管道的承压能力要求亦较高，设备投资费用大，精确计算和优化设计可以带来明显的经济效益。IG-541灭火的有效浓度为>37.5%而对人体安全的浓度为<42.8%，同时满足以上条件必须严格控制储存量，并且对于防护区域有相应要求。IG-541灭火系统的使用条件要求，系统开启后，90%药剂喷放时间应>23秒及<40秒，并且又要求60秒钟内达到灭火浓度。这也是一个相当严格的的设计约束条件。IG-541灭火系统和其他灭火系统相比,灭火剂设计浓度以及喷射速率的容差范围小得多，且与平常容

4、易发生的误解不同,宽裕的设计不仅浪费投资，设计结果也未必安全。因此，系统设计应采用精确的、全过程动态模拟的分时计算方法。IG-541设计计算的有利条件是：物系临界温度低，整个过程在单一气相下发生，可以通过严格的方法，借助电子计算机进行精确的计算。IG-541灭火系统设计的主要目标是要保证在装置启动后的指定时间内，防护区中的灭火剂达到设计浓度，其中计算IG-541气体在系统各单元中的流动推动力和阻力是关键，二者又取决于系统的物性和单元的设备特征，兹在下文逐一讨论。 三．  纯组份性质物质的物理化学性质甚多,这里只讨论和IG-541系统设计有关的P-V-T性质、热力学性质和迁移性质。1

5、．基础物性氮气、氩气和二氧化碳皆为常见气体，其有关性质可以从手册中查到。兹参照《ChemicalPropertiesHandbook》（1999）一书，将相关数据罗列如下。其他资料上除分子量以外的数据并不完全相同，但对本过程的设计计算结果影响甚微。表一.基础物性和热力学性质名称符号单位ArCO2N2英文名  ArgonCarbondioxideNitrogen分子量Mg/mol39.94844.01028.013常冰点TfK83.80216.5863.15常沸点TbK87.28194.7077.35临界温度TcK150.86304.19126.10临界压力PcBar48.9873.

6、8233.94临界比容Vccm3/mol74.694.090.1临界密度ρcG/cm30.53560.46820.3109Zc无因次0.2910.2740.292临界压缩因子偏心因子ω无因次0.0000.2280.040偶极距 Debye0002．热性质流体在理想气体状态下的热性质是计算热力学性质的基础。通常表达为热容或焓的多项式。如:hi0=C0,i+C1,iT+C2,iT2+C3,iT3+…（式1）这些多项式系数通常是用于相当宽的温度范围，而IG541的工作温度范围较窄，约在200至320K之间，可以专门回归较为简短和精确的多项式。兹将APIProject44《Selected

7、VolumeofPropertiesofChemicalCompounds》所列CO2、N2的恒压热容CP0文献值列于表二。Ar的CP0受温度影响极小，用《ThePropertiesofGasesandLiquids》3rdEd一书附录中的多项式求得。表二.理想气体状态下的恒压热容[Cal/mol/K]温度，K150200273.15298.15300400Ar4.96814.96804.96784.96784.96784.9679CO27.2287.7338.594