备压式七氟丙烷灭火系统应用中存在的问题和解决方案

尽管备压式七氟丙烷相对于储压式七氟丙烷具有很大优势, 但在具体应用中还是存在一些技术问题。
 

(1)系统的设计计算方法。管网沿程阻力计算方法对于备压式七氟丙烷系统的整体设计是至关重要的, 目前由于没有备压式七氟丙烷系统设计规范, 因此备压式七氟丙烷的管网沿程阻力计算方法没有统一的标准。《气体灭火系统设计规范》中储压式七氟丙烷的管网阻力计算公式是按单相流体阻力公式简化而来的, 备压式七氟丙烷系统由于灭火剂中无溶解的氮气, 因此灭火剂在管道中的流动为单相流体, 规范中给定的公式应能满足备压式七氟丙烷管网计算。通过与国外备压式七氟丙烷管网计算结果的对比, 按规范公式的计算结果与国外公司实际应用中的计算结果基本一致,也证明了这一点。
 

(2)如何确定喷头的最低工作压力。储压式七氟丙烷系统灭火剂平时以较高的压力储存在储存容器中, 随着灭火剂的喷出, 贮存容器内的压力不断下降, 必然引起喷嘴前的压力降低使喷嘴和管道内七氟丙烷的质量流量变小。此外, 氮气在七氟丙烷中有一定的溶解性, 溶解于液态七氟丙烷中的氮气随贮存容器内的压力而变化。当含有氮气的液态七氟丙烷压力降低时, 一部分氮气逸出,形成两相流动。当管网内的压力降到七氟丙烷饱和蒸气压以下时, 液态七氟丙烷还会迅速气化, 使流体中的含气量迅速增加。含气量的增加使流体在流动过程中的体积流量增加, 造成了管道中压力降的非线性变化。因此要求喷嘴的压力必须在饱和蒸气压之上, 但是规定的喷嘴压力过高, 必然造成总的有效阻力损失降低, 降低灭火剂输送距离。因此应确定一个合理的喷嘴最低工作压力。
 

(3)灭火剂开始喷放时间。《卤代烷1211 灭火系统设计规范》4 .1 .7 条规定, 灭火剂从容器阀流出到充满管道时间应小于10 s , 但《气体灭火系统设计规范》中并没有气体充满管道时间的要求, 这是因为储压式七氟丙烷系统的管道距离较短, 灭火剂充满管道时间既灭火剂开始喷放时间较小, 因此无需规定灭火剂充满管道时间。但从上面的数据可以看到, 备压式七氟丙烷的管道输送距离很长, 灭火剂管道的容积大于灭火剂的液态容积, 灭火剂从容器阀流出到开始喷放的时间较长, 超过灭火剂的喷放时间, 对灭火效果将产生影响。
 

(4)驱动气体的用量。备压式七氟丙烷系统之所以能输送灭火剂到更远的距离, 其本质就是驱动气体的用量是储压式七氟丙烷驱动气体用量的几倍。备压式七氟丙烷驱动气体用量计算是备压式七氟丙烷与储压式七氟丙烷系统在设计计算中的主要区别之一, 也是备压式七氟丙烷系统设计的关键参数。备压式七氟丙烷驱动气体的用量可根据气体状态方程导出, 驱动气体用量可用式

(1)计算:

式中:PZ 为减压阀后压力;PC 为驱动气体储存压力;Vp为管网总容积;Vr 为灭火剂储存容器总容积;VC 为驱动气体的总容积。
 

(5)组合分配系统中如何保证各防护区的实际喷放浓度达到规定要求。由于储压式七氟丙烷系统内压力随温度变化很大, 尤其是高充装密度时。当储存容器工作温度(即环境温度)上升到某一温度之后, 储瓶内压力随温度的增加会由缓增变为陡增, 会危及储存容器的使用安全, 因此储压式系统的最大充装密度为1 120 kg/m3 。而备压式七氟丙烷系统平时储瓶内无需氮气增压, 瓶内压力不会随温度的升高而大幅度增加, 充装量最大可达整个容器的90 %。充装量的提升无疑使得灭火剂储存容器的数量大为减少, 即节约了占地面积又减少了工程造价。然而对于组合分配系统, 由于各防护区的容积不同,灭火剂设计用量很难满足在高充装密度情况下均为N 个储瓶内的灭火剂总和, 灭火剂喷放瓶数只能向上圆整, 在此情况下, 尤其是小的防护区, 灭火剂的实际喷放浓度将超出安全范围, 危害人员生命安全,因此必须加以重视。
 

(1)采用降低充装密度的方法提高输送距离将造成工程投资的大幅增加, 因此备压式七氟丙烷的应用将会呈现爆发式的增加。另外《气体灭火系统设计规范》已经施行多年, 许多厂家对备压式七氟丙烷的管道流动特性做了大量工作, 积累了很多试验数据, 这些都为备压式七氟丙烷系统标准的编制提供了很好的技术条件。因此应尽快出台相关的设计标准。
 

(2)由于备压式七氟丙烷系统灭火剂在管道内的流动为单项流, 灭火剂中无溶解氮气, 因此灭火剂在流动过程中不会出现氮气随压力降低而出现的逐渐释放过程,相同喷嘴的喷放效率更高, 可参照卤代烷1211 设计规范, 喷头的最低喷放压力只需为饱和蒸气压加上一定的安全系数即可。
 

(3)初期火灾的控制是灭火的关键, 同时越早喷放灭火剂灭火, 灭火时火场中产生的HF 浓度越低, 因此有必要规定备压式七氟丙烷系统灭火剂从容器阀流出到喷嘴开始喷放灭火剂的时间, 如10 s 。或者规定灭火剂管道的最长输送距离来限制灭火剂从容器阀流出到喷嘴开始喷放灭火剂的时间。
 

(4)备压式七氟丙烷系统由于单个储存容器中储存的灭火剂较储压式七氟丙烷单个容器中储存的灭火剂增加很多, 对于较小的防护区造成喷放浓度过高, 防止对防护区内人员造成伤害, 同时喷放过高浓度的灭火剂也是一种浪费, 对于这种情况可考虑采用:第一, 组合分配系统中不再防护很小防护区, 这些小防护区使用预置灭火装置进行防护, 省去的启动装置、选择阀、管网及安装费

用与预置灭火装置的造价相当, 不会造成工程造价的提高;第二,选择合适的灭火剂储存容器, 将各防护区喷放的灭火剂浓度控制在规定的范围内;第三, 增加一个小的补偿瓶并单独引管进入需要的防护区, 将防护区的喷放的灭火剂浓度控制在规定的范围内。

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