ig-541 灭火系统的计算方法问题

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1、IG-541灭火系统的计算方法问题王致新、王煜彤（天津市兆龙软件开发有限公司天津市300384）摘要：对IG-541灭火系统的起点计算压力、减压孔板的孔径以及孔板厚后管段下游节点压力等计算方法进行了研究和探讨关键词：IG-541灭火系统；起点计算压力；减压孔板；孔板后管段下游节点压力洁净气体灭火系统的设计计算方法是当前国际消防工程设计领域的前沿技术。国外一些企业投入大量人力物力进行这方面的研究，并将研究结果作为知识产权加以保护。外国的有关标准、规范甚至国际标准中都不给出洁净气体灭火系统管网的设计计算方法和计算公式。但是，国外对洁净气体灭火系统的硬件产品进行检测和认定时却特别要求必须有该系统的

2、设计计算软件，否则不予受理[1]。此外，国外工程招标时，没有管网计算书也根本无法投标。其原因主要在于：进入21世纪后环境问题已成为国际上最重要的问题之一。随着卤代烷灭火系统被禁用和近年来世界经济的复苏及快速发展，洁净气体灭火系统的出现和发展具有极大的国际市场和商业利益。在巨大的市场利益驱动下，洁净气体灭火系统垄断和反垄断的斗争日趋激烈。国外以没有系统设计软件的硬件产品无法确保系统工作的可靠性为理由从国家政策上支持一些有实力的大型企业在开发系统产品硬件的同时结合本企业产品研究计算方法和根据研究结果开发系统设计计算的专用软件。因此，国外洁净气体灭火系统事实上已被少数企业所垄断。IG-541灭火系

3、统的设计计算虽然具有较大的技术难度，但具有更大的经济效益，所以国外个别企业利用其技术优势长期垄断包括我国在内的国际市场。例如：上海市的10条地铁中，所有IG-541灭火系统都被某一家外国公司所垄断。他们垄断市场的法宝就是计算方法和使用这一方法进行设计计算的专用计算软件。由于国外标准中不再给出管网的设计计算方法，所以我国洁净气体灭火系统设计规范的制定也受到很大制约。但是，我国经济发展的强烈需求迫切要求编制洁净气体灭火系统的国家规范。在这种形势下2006年3月2日，我国发布了GB50370–2005《气体灭火系统设计规范》，并于2006年5月1日开始实施。由于缺乏国外相关资料和深入的独立研究，这

4、一规范实施后，在实际设计工作中逐渐发现了一些问题，特别是对设计计算方法可靠性的质疑。本文将我们工作中发现的，以及通过调查所了解到的一些问题加以说明，并对些问题产生的原因进行分析和研究。1、IG-541灭火系统起点计算压力的确定方法问题IG-541等各种惰性气体灭火系统灭火剂在容器内是高压气态存储，可认为这类灭火剂在存储、膨胀和流动过程中都是理想气体。由于喷放时在储存容器中的膨胀过程无功耗且在很短的喷放时间内通过容器壁与外界的换热几乎为零，所以是典型的绝热过程。这类气体灭火剂开始喷放后在储瓶中的膨胀过程因有气体灭火剂的流出所以属于热力学中的“开口系统”。各国IG-541灭火系统设计标准中都规定

5、：IG-541灭火剂的喷放时间是喷放至设计用量的95%时所用的时间。因此，IG-541灭火系统的起点计算压力若按“中期压力”计算应该是喷放灭火剂设计用量95%的一半（即47.5%）时储存容器内的压力。但是，我国《气体灭火系统设计规范》中IG-541灭火系统的起点计算压力采用的是“孔板前压力”。国家规范中IG-541灭火系统“孔板前压力”的计算公式为：Pm=P0[0.525V0/(V0+V1+0.4V2)]1.45------------------(1)从公式的形式看，它也是“中期压力”的概念，很像是灭火剂喷放设计用量47.5%时的“中期压力”与存储压力之间的绝热膨胀关系。(1)式中的系数0

6、.525是喷放灭火剂存储量95%的一半时储存容器内的体积，分母是包含储存容器内和孔板前管道内的容积再加上孔板后管道容积的40%。这40%是考虑到孔板后压力降低，气体体积膨胀的估算值。可是，分子用0.525V0表征喷放前容器内的容积显然是错误的。另一方面，(1)式并不是严格定义的管网计算中的起点计算压力。因为对于单相气体灭火系统，起点计算压力应该是储存容器内的压力，并非孔板前压力。因为容器出口到孔板前还有瓶头阀、软管以及具有一定长度的集流管等。对于不同系统，孔板前管道容积均不相同。即使孔板前管道容积相同，由于管长、管径不同，不同生产厂同规格管接件的当量管长不同，这些管件的压力损失也不相同。此外

7、，分母中V1并未加任何系数，这就表明该公式默认孔板前压力与储存容器内的压力相同，这显然是不正确的。因为喷放过程中气体通过瓶头阀和软管后的压力损失是不可忽略的。因此，即使孔板前管道容积相同的管网采用同一的孔板前压力作为起点计算压力也是不妥当的。1、孔板孔径的确定方法《气体灭火系统设计规范》中对IG-541灭火系统规定：减压孔板后的压力应按下式计算：P2=δP1---------------------(2)P1