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怎么设计七氟丙烷灭火系统

3.3 七氟丙烷灭火系统
3.3.1 灭火设计浓度不应小于灭火浓度1.3倍及惰化设计浓度不应小于惰化浓度1.1倍的规定,是等同采用《气体灭火系统—物理性能和系统设计》ISO 14520及《洁净气体灭火剂灭火设计规范》NFPA 2001标准的规定。
有关可燃物的灭火浓度数据及惰化浓度数据,也是采用了《气体灭火系统—物理性能和系统设计》ISO 14520及《洁净气体灭火剂灭火设计规范》NFPA 2001标准的数据。
采用惰化设计浓度的,只是对有爆炸危险的气体和液体类的防护区火灾而言。即是说,无爆炸危险的气体、液体类的防护区,仍采用灭火设计浓度进行消防设计。
那么,如何认定有无爆炸危险呢?
首先,应从温度方面去检查。以防护区内存放的可燃、易燃液体或气体的闪点(闭口杯法)温度为标准,检查防护区的最高环境温度及这些物料储存(或工作)温度,不高过闪点温度的,且防护区灭火后不存在永久性火源、而防护区又经常保持通风良好的,则认为无爆炸危险,可按灭火设计浓度进行设计。还需提请注意的是:对于扑救气体火灾,灭火前应做到切断气源。
当防护区最高环境温度或可燃、易燃液体的储存(或工作)温度高过其闪点(闭口杯法)温度时,可进一步再做检查:如果在该温度下,液体挥发形成的最大蒸气浓度小于它的燃烧下限浓度值的50%时,仍可考虑按无爆炸危险的灭火设计浓度进行设计。
如何在设计时确定被保护对象(可燃、易燃液体)的最大蒸气浓度是否会小于其燃烧下限浓度值的50%呢?这可转换为计算防护区内被保护对象的允许最大储存量,并可参考下式进行计算:

 

式中 Wm—允许的最大储存量(kg);
  Cf—该液体(保护对象)蒸气在空气中燃烧下限浓度(%,体积比);
  M—该液体的分子量;
  K—防护区最高环境温度或该液体工作温度(按其中最大值,绝对温度);
V—防护区的容积(m³)。
3.3.3 本条规定了图书、档案、票据及文物资料等防护区的灭火设计浓度宜采用10%。首先应该说明,依据本规范3.2.1条,七氟丙烷只适用于扑救固体表面火灾,因此上述规定的灭火设计浓度,是扑救表面火灾的灭火设计浓度,不可用该设计浓度去扑救这些防护区的深位火灾。
固体类可燃物大都有从表面火灾发展为深位火灾的危险;并且,在燃烧过程中表面火灾与深位火灾之间无明显的界面可以划分,是一个渐变的过程。为此,在灭火设计上,立足于扑救表面火灾,并顾及到浅度的深位火灾的危险;这也是制定卤代烷灭火系统设计标准时国内外一贯的做法。
如果单纯依据《气体灭火系统—物理性能和系统设计》ISO 14520标准所给出的七氟丙烷灭固体表面火灾的灭火浓度为5.8%的数据,而规定上述防护区的最低灭火设计浓度为 7.5%,是不恰当的。因为那只是单纯的表面火灾灭火浓度,《气体灭火系统—物理性能和系统设计》ISO 14520标准所给出的这个数据,是以正庚烷为燃料的动态灭火试验为基础的,它当然是单纯的表面火灾,只能在热释放速率等方面某种程度上代表固体表面火灾,而对浅度的深位火灾的危险性,正庚烷火不可能准确体现。
本条规定了纸张类为主要可燃物防护区的灭火设计浓度,它们在固体类火灾中发生浅度深位火灾的危险,比之其他可能性更大。扑灭深位火灾的灭火浓度要远大于扑灭表面火灾的灭火浓度;且对于不同的灭火浸渍时间,它的灭火浓度会发生变化,浸渍时间长,则灭火浓度会低一些。
制定本条标准应以试验数据为基础,但七氟丙烷扑灭实际固体表面火灾的基本试验迄今未见国内外有相关报道,无法借鉴。所以只能借鉴以往国内外制定其它卤代烷灭火系统设计标准的有关数据,它们对上述保护对象,其灭火设计浓度约取灭火浓度的1.7~2.0倍,浸渍时间大都取10min。故本条规定七氟丙烷在上述防护区的灭火设计浓度为10%,是灭火浓度的1.72倍。
3.3.4 本条对油浸变压器室、带油开关的配电室和燃油发电机房的七氟丙烷灭火设计浓度规定宜采用9%,是依据《气体灭火系统—物理性能和系统设计》ISO14520标准提供的相关灭火浓度数据,取安全系数约为1.3确定的。
3.3.5 通讯机房、计算机房中的陈设、存放物,主要是电子电器设备、电缆导线和磁盘、纸卡之类,以及桌椅办公器具等,它们应属固体表面火灾的保护。依据《气体灭火系统—物理性能和系统设计》ISO14520标准的数据,固体表面火灾的七氟丙烷灭火浓度为5.8%,最低灭火设计浓度可取7.5%。但是,由于防护区内陈设、存放物多样,不能单纯按电子电器设备可燃物类考虑;即使同是电缆电线,也分塑胶与橡胶电缆电线,它们灭火难易不同。我国国家标准《卤代烷1301灭火系统设计规范》GB50163-92,对通讯机房、电子计算机房规定的卤代烷1301的灭火设计浓度为5%,而固体表面火灾的卤代烷1301的灭火浓度为3.8%,取的安全系数是1.32;国外的情况,像美国,计算机房用卤代烷1301保护,一般都取5.5%灭火设计浓度,安全系数为1.45。
从另外一个角度来说,七氟丙烷与卤代烷1301比较,在火场上它比卤代烷1301的分解产物多,其中主要成分是HF,HF对人体与精密设备是有伤害和浸蚀影响的,但据美国Fessisa的试验报告指出,提高七氟丙烷的灭火设计浓度,可以抑制分解产物的生成量,提高20%就可减少50%的生成量。
正是考虑上述情况,本规范确定七氟丙烷对通讯机房、电子计算机房的保护,采用灭火设计浓度为8%,安全系数取的是1.38。
3.3.6 本条所作规定,目的是限制随意增加灭火使用浓度,同时也为了保证应用时的人身安全和设备安全。
3.3.7 一般来说,采用卤代烷气体灭火的地方都是比较重要的场所,迅速扑灭火灾,减少火灾造成的损失,具有重要意义。因此,卤代烷灭火都规定灭初期火灾,这也正能发挥卤代烷灭火迅速的特点;否则,就会造成卤代烷灭火的困难。对于固体表面火灾,火灾预燃时间长了才实行灭火,有发展成深位火灾的危险,显然是很不利于卤代烷灭火的;对于液体、气体火灾,火灾预燃时间长了,有可能酿成爆炸的危险,卤代烷灭火可能要从灭火设计浓度改换为惰化设计浓度。由此可见,采用卤代烷灭初期火灾,缩短灭火剂的喷放时间是非常重要的。故国际标准及国外一些工业发达国家的标准,都将卤代烷的喷放时间规定不应大于10s。
另外,七氟丙烷遇热时比卤代烷1301的分解产物要多出很多,其中主要成分是HF,它对人体是有伤害的;与空气中的水蒸气结合形成氢氟酸,还会造成对精密设备的浸蚀损害。根据美国Fessisa的试验报告,缩短卤代烷在火场的喷放时间,从10s缩短为5s,分解产物减少将近一半。
为有效防止灭火时HF对通讯机房、电子计算机房等防护区的损害,宜将七氟丙烷的喷放时间从一般的10s缩短一些,故本条中规定为8s。这样的喷放时间经试验论证,一般是可以做到的,在一些工业发达国家里也是被提倡的。当然,这会增加系统设计和产品设计上的难度,尤其是对于那些离储瓶间远的防护区和组合分配系统中的个别防护区,它们的难度会大一些。故本规范采用了5.6MPa的增压(等级)条件供选用。
3.3.8 本条是对七氟丙烷灭火时在防护区的浸渍时间所做的规定,针对不同的保护对象提出不同要求。
对扑救木材、纸张、织物类固体表面火灾,规定灭火浸渍时间宜采用20min。这是借鉴以往卤代烷灭火试验的数据。例如,公安部天津消防研究所以小木楞垛(12mm×12mm×140mm,5排×7层)动态灭火试验,求测固体表面火灾的灭火数据(美国也曾做过这类试验)。他们的灭火数据中,以卤代烷1211为工质,达到3.5%的浓度,灭明火;欲继续将木楞垛中的阴燃火完全灭掉,需要提高到6~8%的浓度,并保持此浓度6~7min;若以3.5%~4%的浓度完全灭掉阴燃火,保持时间要增至30min以上。
在第3.3.3条中规定本类火灾的灭火设计浓度为10%,安全系数取1.72,按惯例该安全系数取的偏低点。鉴于七氟丙烷市场价较高,不宜将设计浓度取高,而是可以考虑将浸渍时间稍加长些,这样仍然可以达到安全应用的目的。故本条规定了扑救木材、纸张、织物类灭火的浸渍时间为20min。这样做符合本规范总则中“安全可靠”、“经济合理”的要求;在国外标准中,也有卤代烷灭火浸渍时间采用20min的规定。
至于其它类固体火灾,灭火一般要比木材、纸张类容易些(热固性塑料等除外),故灭火浸渍时间规定为宜采用10min。
通讯机房、电子计算机房的灭火浸渍时间,在本规范里不像其他类固体火灾规定的那么长,是出于以下两方面的考虑:
第一,尽管它们同属固体表面火灾保护,但电子、电器类不像木材、纸张那样容易趋近构成深位火灾,扑救起来要容易得多;同时,国内外对电子计算机房这样的典型应用场所,专门做过一些试验,试验表明,卤代烷灭火时间都是在1min内完成的,完成后无复燃现象。
第二,通讯机房、计算机房所采用的是精密设备,通导性和清洁性都要求非常高,应考虑到七氟丙烷在火场所产生的分解物可能会对它们造成危害。所以在保证灭火安全的前提下,尽量缩短浸渍时间是必要的。这有利于灭火之后尽快将七氟丙烷及其分解产物从防护区里清除出去。
但从灭火安全考虑,也不宜将灭火浸渍时间取得过短,故本规范规定,通讯机房、计算机房等防护区的灭火浸渍时间为5min。
气体、液体火灾都是单纯的表面火灾。所有气体、液体灭火试验表明,当气体灭火剂达到灭火浓度后都能立即灭火。考虑到一般的冷却要求,本规范规定它们的灭火浸渍时间不应小于1min。如果灭火前的燃烧时间较长,冷却不容易,浸渍时间应适当加长。
3.3.9 七氟丙烷20℃时的蒸气压为0.39MPa(绝对压力),七氟丙烷在环境温度下储存,其自身蒸气压不足以将灭火剂从灭火系统中输送喷放到防护区。为此,只有在储存容器中采用其他气体给灭火剂增压。规定采用的增压气体为氮气,并规定了它的允许含水量,以免影响灭火剂质量和保证露点要求。这都等同采用了《气体灭火系统—物理性能和系统设计》ISO14520及《洁净气体灭火剂灭火系统设计规范》NFPA2001标准的规定。
为什么要对增压压力作出规定,而不可随意选取呢?这其中的主要缘故是七氟丙烷储存的初始压力,是影响喷头流量的一个固有因素。喷头的流量曲线是按初始压力为条件预先决定的,这就要求初始充压压力不能随意选取。
为了设计方便,设定了三个级别:系统管网长、流损大的,可选用4.2MPa及5.6MPa增压级;管网短、流损小的,可选用2.5 MPa增压级。2.5MPa及4.2MPa是等同采用了ISO 14520及《洁净气体灭火剂灭火系统设计标准》NFPA 2001标准的规定;增加的5.6MPa增压级是为了满足我国最通常采用的组合分配系统的设计需要,即在一些距离储瓶间较远防护区也能达到喷射时间不大于8s的设计条件。
3.3.10 对单位容积充装量上限的规定,是从储存容器使用安全考虑的。因充装量过高时,当储存容器工作温度(即环境温度)上升到某一温度之后,其内压随温度的增加会由缓增变为陡增,这会危及储存容器的使用安全,故而应对单位容积充装量上限作出恰当而又明确的规定。充装量上限由实验得出,所对应的最高设计温度为50℃,各级的储存容器的设计压力应分别不小于:一级4.0MPa;二级5.6MPa(焊接容器)和6.7MPa(无缝容器);三级8.0MPa。
系统计算过程中初选充装量,建议采用800~900kg /m³左右。
3.3.11 本条所做的规定,是为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上的要求而设定的。我国国家标准《卤代烷1301灭火系统设计规范》GBJ 50163-92和美国标准《卤代烷1301灭火系统标准》NFPA 12A中都有相同的规定。
3.3.12 管网设计布置为均衡系统有三点好处:一是灭火剂在防护区里容易做到喷放均匀,利于灭火;二是可不考虑灭火剂在管网中的剩余量,做到节省;三是减少设计工作的计算量,可只选用一种规格的喷头,只要计算“最不利点”这一点的阻力损失就可以了。
均衡系统本应是管网中各喷头的实际流量相等,但实际系统大都达不到这一条件。因此,按照惯例,放宽条件,符合一定要求的,仍可按均衡系统设计。这种规定,其实质在于对各喷头间工作压力最大差值容许有多大。过去,对于可液化气体的灭火系统,国内外标准一般都按流程总损失的10%确定允许最大差值。如果本规范也采用这一规定,在按本规范设计的七氟丙烷灭火系统中,按第二级增压的条件计算,可能出现的最大的流程总损失为 1.5 MPa(4.2MPa/2-0.6MPa),允许的最大差值将是0.15MPa。即当“最不利点”喷头工作压力是0.6MPa时,“最利点”喷头工作压力可达0.75 MPa,由此计算得出喷头之间七氟丙烷流量差别接近20%(若按第三级增压条件计算其差别会更大)。差别这么大,对七氟丙烷灭火系统来说,要求喷射时间短、灭火快,仍将其认定是均衡系统,显然是不合理的。
上述制定允许最大差值的方法有值得商榷的地方。管网各喷头工作压力差别,是由系统管网进入防护区后的管网布置所产生的,与储存容器管网、汇流管和系统的主干管没有关系,不应该用它们来规定“允许最大差值”;更何况上述这些管网的损失占流程总损失的大部分,使最终结果误差较大。
本规范从另一个角度——相互间发生的差别用它们自身的长短去比较来考虑,故规定为:“管网的第1分流点至各喷头的管道阻力损失,其相互之间的最大差值不应大于20%”。虽然允许差值放大了,但喷头之间的流量差别却减小了。经测算,当第1分流点至各喷头的管道阻力损失最大差值为20%时,其喷头之间流量最大差别仅为10%左右。
3.3.14 灭火设计用量或惰化设计用量和系统灭火剂储存量的规定。
1 本款是等同采用了《气体灭火系统—物理性能和系统设计》ISO14520及《洁净气体灭火剂灭火系统设计规范》NFPA2001标准的规定。公式中C1值的取用,取百分数中的实数(不带百分号)。公式中K(海拔高度修正系数)值,对于在海拔高度0~1000m以内的防护区灭火设计,可取K=1.即可以不修正。对于采用了空调或冬季取暖设施的防护区,公式中的S值,可按20℃进行计算。
2 本款是等同采用了《气体灭火系统—物理性能和系统设计》ISO14520及《洁净气体灭火剂灭火系统设计规范》NFPA2001标准的规定。
3 一套七氟丙烷灭火系统需要储存七氟丙烷的量,就是本条规定系统的储存量。式(3.3.14-1)计算出来的“灭火设计用量”,是必须储存起来的,并且在灭火时要全部喷放到防护区里去,否则就难以实现灭火的目的。但是要把容器中的灭火剂全部从系统中喷放出去是不可能的,总会有一些剩留在容器里及部分非均衡管网的管道中。为了保证“灭火设计用量”都能从系统中喷放出去,在系统容器中预先多充装一部分,这多装的量正好等于在喷放时剩留的,即可保证“灭火设计用量” 全部喷放到防护区里去。
5 非均衡管网内剩余量的计算,参见下图1说明:
从管网第一分支点计算各支管的长度,分别取各长支管与最短支管长度的差值为计算剩余量的长度;各长支管在末段的该长度管道内容积量之和,等量于灭火剂在管网内剩余量的体积量。

气体灭火系统中较常见的是用七氟丙烷作为灭火介质,该系统在实践工程中的运用远多于二氧化碳和IG541,同时,也是消防考试中反复出题的点。下面就对其系统设计方面常用的知识点做一个小结。

一、防护区的划分

防护区宜以单个封闭空间划分,同一区间的吊顶层和地板下需同时保护时,可合为一个防护区;采用管网灭火系统时,一个防护区的面积不宜大于800m2,且容积不宜大于3600m3;采用预制灭火系统时,一个防护区的面积不宜大于500m2,且容积不宜大于1600m3。

二、耐火性能

防护区围护结构及门窗的耐火极限均不宜低于0.5h,吊顶的耐火极限不宜低于 0.25h。

三 、耐压性能

防护区围护结构承受内压的允许压强,不宜低于1200Pa。

四、泄压能力

对于全封闭的防护区,应设置泄压口,七氟丙烷灭火系统的泄压口应位于防护区净高的2/3以上。防护区设置的泄压口,宜设在外墙上。

五、封闭性能

在防护区的围护构件上不宜设置敞开孔洞,当必须设置敞开孔洞时,应设置能手动和自动关闭的装置。在喷放灭火剂前,应自动关闭防护区内除泄压口外的开口。

六、环境温度

防护区的最低环境温度不应低于-10℃。

七、安全要求

1、设置气体灭火系统的防护区应设疏散通道和安全出口,保证防护区内所有人员能在30s内撤离完毕。

2、防护区内的疏散通道及出口,应设消防应急照明灯具和疏散指示标志灯。防护区内应设火灾声音报警器,必要时,可增设闪光报警器。防护区的入口处应设火灾声光报警器和灭火剂喷放指示灯,以及防护区采用的相应气体灭火系统的永久性标志牌。灭火剂喷放指示灯信号,应保持到防护区通风换气后,以手动方式解除。

3、防护区的门应向疏散方向开启,并能自行关闭;用于疏散的门必须能从防护区内打开。

4、灭火后的防护区应通风换气,地下防护区和无窗或设固定窗扇的地上防护区,应设置机械排风装置,排风口宜设在防护区的下部并应直通室外。

5、储瓶间的门应向外开启,储瓶间内应设应急照明;储瓶间应有良好的通风条件,地下储瓶间应设机械排风装置,排风口应设在下部,室内气体可通过排风管排至室外。

6、经过有爆炸危险和变电、配电场所的管网,以及布设在以上场所的金属箱体等,应设防静电接地。

7、防护区内设置的预制灭火系统的充压压力不应大于2.5MPa。

八、系统的设计

1、两个或两个以上的防护区采用组合分配系统时,一个组合分配系统所保护的防护区不应超过8个。

2、组合分配系统的灭火剂储存量,应按储存量最大的防护区确定 。

3、灭火系统的灭火剂储存量,应为防护区的灭火设计用量与储存容器内的灭火剂剩余量和管网内的灭火剂剩余量之和 。

4、灭火系统的储存装置72h内不能重新充装恢复工作的,应按系统原储存量的100%设置备用量。

5、灭火系统的设计温度,应采用20℃。

6、同一集流管上的储存容器,其规格、充压压力和充装量应相同。

7、同一防护区,当设计两套或三套管网时,集流管可分别设置,系统启动装置必须共用。

8、各管网上喷头流量均应按同一灭火设计浓度、同一喷放时间进行设计。

9、管网上不应采用四通管件进行分流。

10、喷头的保护高度和保护半径,应符合下列规定:最大保护高度不宜大于6.5m;最小保护高度不应小于0.3m;喷头安装高度小于1.5m时,保护半径不宜大于4.5m;喷头安装高度不小于1.5m时,保护半径不应大于7.5m。

喷头宜贴近防护区顶面安装,距顶面的最大距离不宜大于0.5m。

一个防护区设置的预制灭火系统,其装置数量不宜超过10台。

同一防护区内的预制灭火系统装置多于1台时,必须能同时启动,其动作响应时差不得大于2s。

九、灭火设计浓度

1、不应小于灭火浓度的1.3倍,惰化设计浓度不应小于惰化浓度的1.1倍。

2、固体表面火灾的灭火浓度为5.8%,设计规范中未列出的,应经试验确定。

3、图书、档案、票据和文物资料库等防护区,灭火设计浓度宜采用10%。

4、油浸变压器室、带油开关的配电室和自备发电机房等防护区,灭火设计浓度宜采用9%。

5、通信机房和电子计算机房等防护区,灭火设计浓度宜采用8% 。

6、防护区实际应用的浓度不应大于灭火设计浓度的1.1倍。

7、在通信机房和电子计算机房等防护区,设计喷放时间不应大于8 s;在其他防护区,设计喷放时间不应大于10s。

十、灭火浸渍时间

木材、纸张、织物等固体表面火灾,宜采用20min;通信机房、电子计算机房内的电气设备火灾,应采用5min;其他固体表面火灾,宜采用10 min;气体和液体火灾,不应小于1min。

十一、操作与控制

1、管网灭火系统应设自动控制、手动控制和机械应急操作三种启动方式。预制灭火系统应设自动控制和手动控制两种启动方式。

2、采用自动控制启动方式时,根据人员安全撤离防护区的需要,应有不大于30s 的可控延迟喷射;对于平时无人工作的防护区,可设置为无延迟喷射。

3、灭火设计浓度或实际使用浓度大于无毒性反应浓度浓度的防护区,应设手动与自动控制的转换装置。当人员进人防护区时,应能将灭火系统转换为手动控制方式;当人员离开时,应能恢复为自动控制方式。防护区内外应设手动、自动控制状态的显示装置。

4、自动控制装置应在接到两个独立的火灾信号后才能启动。手动控制装置和手动与自动转换装置应设在防护区疏散出口的门外便于操作的地方,安装高度为中心点距地面1.5m。机械应急操作装置应设在储瓶间内或防护区疏散出口门外便于操作的地方。

5、气体灭火系统的操作与控制,应包括对开口封闭装置、通风机械和防火阀等设备的联动操作与控制。设有消防控制室的场所,各防护区灭火控制系统的有关信息应传送给消防控制室。

6、气体灭火系统的电源,应符合现行国家有关消防技术标准的规定;采用气动力源时,应保证系统操作和控制需要的压力和气量。

7、组合分配系统启动时,选择阀应在容器阀开启前或同时打开。

关键词:

图书、档案、票据及文物资料 气体灭火系统 火灾声音报警器 灭火剂喷放指示灯 灭火剂储存量 气体灭火主机 气体灭火系统灭火机理

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