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氣體滅火系統防護區泄壓口（自動泄壓裝置）設計安裝與使用（上）

日期：2024-12-18 18:54
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摘要：
文章來源于：朱勁武（北京利達海鑫滅火系統設備有限公司，北京　聯系電話：13910793712）

                      氣體滅火系統防護區泄壓口（自動泄壓裝置）設計安裝與使用

     文章針對在實踐中存在的對自動泄壓裝置的認識誤區進行了理論和實際上的說明，強調自動泄壓裝置，是與氣體滅火系統配套的必備設備，它不是一個常開的孔，而是一種必須裝置。作者對自動泄壓裝置如何正確設計、選擇、安裝、使用進行了詳細闡述。使自動泄壓裝置在氣體滅火中能正確發揮其實際功能和作用。
關鍵詞：
自動泄壓裝置、必備裝置、設計、結構、工作原理、選用依據、安裝。
 
1　概述
氣體滅火系統防護區泄壓口，是指當氣體滅火系統中的滅火劑噴放時，防護區內的壓力值達到規定值時自動開啟泄壓的裝置，簡稱泄壓口，也稱自動泄壓裝置，是與氣體滅火系統配套的必備設備，一般安裝在氣體滅火系統保護區外墻或內墻的泄壓孔上。（為便于表述，本文中統一簡稱泄壓口）。
氣體滅火系統滅火具有潔凈、絕緣性能好、滅火速度快等特點，在滅火中和滅火后對保護對象及環境沒有二次污染。因而被廣泛應用于電子計算機房、電訊中心、通訊機房、圖書館、檔案館、珍品庫、博物館、配電室等潔凈場所。2006年來，隨著GB50370-2005《氣體滅火系統設計規范》國家標準的頒布，消防監督部門加大了滅火設備的檢查力度，2007年后市場對自動泄壓口的需求也明顯增多。因泄壓口產品是新產品，目前國家、行業尚無統一標準。大多數生產泄壓口產品的廠家或公司都只生產某一種類型的泄壓口。而通過從百度、谷歌等搜索網站檢索來看，**介紹泄壓口應用、設計、安裝與使用的資料和文章少之又少，給企業正確選擇、設計、安裝、使用泄壓口帶來了許多問題，不利于泄壓口在氣體滅火中正確發揮其實際功能和作用。兩年多來，本人對國內外各廠家泄壓口資料、樣品進行了系統的收集，對該產品進行研發，進行了大量的試驗。為使國內自動泄壓口產品得到正確的使用和發展，現特寫此篇文章。在本篇文章中難免會存在一些不足和缺陷之處，本人真誠的期待廣大同仁給予指正。
2　設置泄壓口的必要性
2.1相關標準中使用泄壓口規定表述不清，造成歧義。
l GB50370-2005《氣體滅火系統設計規范》國家標準頒布之前，原有的國家標準和規范對滅火系統必須使用泄壓口的規定表述模糊，用詞模棱兩可，致使在氣體滅火系統的實際應用中相關設計和監督部門無法正確設計和監督泄壓口的安裝和使用。
GB50193-93《二氧化碳滅火系統設計規范》國家標準條文說明第3.2.6條中闡述：“采用全淹沒滅火系統保護的大多數防護區，都不是完全封閉的，有門、窗的防護區一般都有縫隙存在；通過門窗四周縫隙所泄漏的二氧化碳，可防止空間內壓力過量升高，這種防護區一般不需要再開泄壓口。”
DBJ15-23-1999《七氟丙烷（HFC-227ea）潔凈氣體滅火系統設計規范》廣東地方標準第3.0.6條中Pf符號解釋：“Pf—圍護結構承受內壓的允許壓強（Pa）。當設有外開門彈性閉門器或彈簧門的防護區，其開口面積不小于泄壓口計算面積的，不須另設泄壓口。”
DG/TJ08-306-2001《惰性氣體IG-541滅火系統技術規程》上海地方標準條文說明書3.1.2條解釋：“對于密封性較好的防護區，規定安裝泄壓口。”也就是說防護區密封性較差的可不安裝泄壓口。
l 2006年3月GB50370-2005《氣體滅火系統設計規范》國家標準發布，
由于該標準的宣傳、貫徹和印刷的滯后，各設計院和消防監督部門實際上到2008年才開始按此標準對相關氣體滅火系統項目進行設計和監督。但由于該標準中第3.2.7和第3.2.9條用詞模糊，給部分設計人員和用戶帶來誤解。規定第3.2.7條“防護區應設置泄壓口，七氟丙烷滅火系統的泄壓口應位于防護區凈高的2/3以上。”如此表述，導致部分人認為泄壓口就是在離地三分之二的凈高處開一個泄壓孔，而不是一種泄壓裝置，規定第3.2.9條“噴放滅火劑前，防護區內除泄壓口外的開口應能自動關閉。”這再一次說明泄壓口就是一個常開的孔，加深了部分設計人員的誤解。
2.2　設置泄壓口的實際必要性
依據GB50370-2005《氣體滅火系統設計規范》要求，七氟丙烷滅火系統滅火設計濃度一般為8％～10％。當七氟丙烷滅火劑釋放到一個完全密封的防護區，驅動氣體（氮氣）的釋放和七氟丙烷滅火劑在20°C標準大氣壓下，氣化使防護區壓強隨之升高，藥劑吸收一部分的熱量，使防護區溫度降低，這造成壓強降低值很小。壓強的升高主要與防護區的密閉程度和滅火設計濃度以及泄壓口（自動泄壓裝置）的密封性有關。壓力升高值基本上等于防護區滅火設計體積濃度比，升高值為8～10KPa，這個壓強值將超過輕型、高層建筑和普通建筑1.2 KPa的6～8倍。
我們在密封性好的108m3試驗室做泄壓口開啟動作試驗，開啟動作壓力設為1.1+0.1 KPa，理論計算試驗氮氣壓力值為1.45MPa，實際試驗壓力值為3.8 MPa，則高出2.62倍。這說明滅火設計濃度小的七氟丙烷滅火系統，若防護區密封性較好時，氣體釋放后防護區壓力值仍能超過1.2 KPa，這將會給防護區內圍護結構造成損壞，導致系統不能正常滅火。
在IG-541混合氣體滅火系統中，滅火設計濃度為37.5％～43％；二氧化碳氣體滅火系統中，滅火設計濃度在34％～62％之間。也就是說當這兩種滅火劑釋放到完全封閉的防護區內，防護區內的氣體體積迅速膨脹，防護區內的壓強值將超過允許壓強1.2 KPa的25倍以上，足可以摧毀防護區內整個圍護結構。某公司在長6m,寬6m，高4m的試驗室做IG-541混合氣體試驗，防護區內開有直徑Φ200mm的通風口，通風口上的排風扇正常工作，當向試驗室噴入7瓶組70升IG-541混合氣體時，試驗室的門被彈開，排風扇嚴重變形。
在我公司100m3以上試驗室中，做IG-541混合氣體滅火系統實際滅火試驗時，幾名有豐富氣體滅火系統模擬試驗經驗的泄壓口研發設計和試驗人員，深刻了解超壓氣體釋放時的威力和破壞力，在要求確保滅火試驗成功和試驗室內設備、墻體、門框及窗戶不受到破壞，人們又只能挑選一種類型和規格的泄壓口進行安裝時，這幾名人員不約而同的均提出以下兩套方案：
**套方案：若只能安裝一臺時，選用無電源式泄壓口。無電源式結構中優先選用室外壁掛無電源蓋式泄壓口。理由是：（1）無電源式泄壓口現場檢測合格后，再做試驗則****無故障；有電源式泄壓口現場檢測合格后，由于它的結構比較復雜仍不能****確保無故障率，如：突然斷電、線路接觸**、無器件性能不穩定等等原因。（2）室內壁掛無電源式泄壓口裝置，理論計算的開啟壓力值與實驗參數值一致，這是由它的結構而決定的。當防護區內壓力值達到裝置設定的壓力值時，同時開啟，無開啟滯后時間。有電源式比無電源式泄壓口大約滯后0.3秒鐘左右。而其它無電源式泄壓口裝置，閥門的開啟受控于驅動執行機構控制，理論計算的開啟壓力值與實際試驗參數值相差較大。所以，無電源式泄壓口開啟壓力值必須以實際氣體噴放模擬試驗參數值為準。
**套方案：安裝兩臺，**臺為無電源式泄壓口，開啟壓力值設定為1.1KPa以下正常開啟；另一臺為無電源式或有電源式泄壓口，開啟壓力值設定在1.3KPa，這樣能確保試驗成功和**可靠。
2.3　新規范中明確規定氣體滅火系統防護區應采用泄壓口
2006年3月2日發布的GB50370-2005《氣體滅火系統設計規范》中，從設計要求條款和防護區的泄壓口面積計算公式條款用詞來看，無論防護區門窗密封性好與差和防護區門安裝的是否為外開彈簧門或彈性閉門器，如采用氣體滅火系統，則防護區內都必須安裝泄壓口。泄壓口不是一個開口，而是一種泄壓裝置。此裝置平時常閉，當達到或接近防護區允許壓強值時自動開啟泄壓，低于設定壓力值時自動關閉，以避免滅火藥劑流失，影響正常滅火效果。
近幾年來，采用泄壓口的多為一些重點工程和項目，對防護區內溫度和濕度的精度要求很高，因此對防護區的密封性要求也很高。所以GB50370-2005《氣體滅火系統設計規范》國家標準中規定，采用氣體滅火系統的防護區內均應設計安裝泄壓口。修改后的新標準對舊的標準和規范中模棱兩可的用詞給予了修正。據各消防工程公司和本公司售后服務人員反饋，在各級消防檢查中，消防驗收和監督部門都均嚴格按新標準執行，若消防項目中安裝了氣體滅火系統，首先要檢查各防護區是否安裝了泄壓口（自動泄壓裝置）。
3　泄壓口面積設計依據與計算
3.1　防護區內圍護結構*高允許壓強
防護區內門、窗上的玻璃允許壓強不應低于建筑物的允許壓強。目前國內各設計部門防護區內圍護結構承受內壓的允許壓強，無論建筑物是輕型和高層建筑，還是標準建筑及地下建筑，均設定為1.2KPa，該值的設定是依據GB50370-2005標準中3.2.6條款，參照美國NFDA12B-1980標準中給出的，若設計部門和用戶需提高防護區內圍護結構承受的允許壓強，應由建筑設計部門試驗給出。
 
表4 建筑物的內壓允許壓強
建筑物類型
允許壓強（Pa）
輕型和高層建筑
1200
標準建筑
2400
重型或地下建筑
4800
 
3.2 泄壓口面積計算公式
七氟丙烷和IG-541混合氣體滅火系統的防護區的泄壓口面積公式應分別依據GB50370-2005標準中3.3.13和3.4.6公式計算。二氧化碳氣體滅火系統應依據GB50193-93中3.2.7公式計算該防護區的泄壓口面積。
3.3 設計計算
3.3.1七氟丙烷氣體滅火系統泄壓面積電子表格計算表
注：（1）依據該表計算公式和說明欄中的各公式，分別將L、B、H、t、C可變化的參數代入公式中，可計算求得防護區的總泄壓面積。
（2）若使用者經常設計計算氣體滅火系統，則可編制一個電子表格，將字母上標有‘’符號的可變化的參數填入表中，電子表格自動快速準確的計算出各相關參數。
（3）電子表格中主要公式編制方法：（a）分區1格中的L、B、H、VV、AV、t、S、C、K、W、P t參數分別為E4、E5至E15位置。（b）公式VV=E4*E5*E6；公式W=1.05*E12*E7*E11/E10/（100-E11）；公式FX＝0.13*（E13/E14）/SQRT(E15)。
3.3.2 IG-541混合氣體滅火系統泄壓面積電子表格計算表
 
注：（1）IG541混合氣體滅火系統防護區泄壓口總泄壓面積計算和電子表格編制方法與七氟丙烷滅火系統相同，這里不再贅述。
（2）IG51混合氣體滅火系統滅火藥劑剩余量公式為Ws≥2.7Vo+Vp，計算過程比較復雜，經大量設計計算，剩余量一般為防護區設計用量的2～5%之間，則取剩余量K=1.05。
3.4主要氣體滅火系統在不同容積下的泄壓面積
 
 
防護區泄壓面積參數表
氣 體 類 型
七氟丙烷氣體滅火系統
IG541混合氣體滅火系統
設計濃度（%）
8
10
37.5
42
噴放時間（S）
9
9
55
55
藥劑剩余量（%）
0.05
0.05
0.05
0.05
防護區
泄壓總面積（m2）
防
護
區
容
積
(m3)
100
0.03
0.04
0.04
0.04
200
0.06
0.08
0.08
0.08
300
0.10
0.12
0.12
0.13
400
0.13
0.16
0.15
0.17
500
0.16
0.20
0.19
0.21
600
0.19
0.25
0.23
0.25
700
0.22
0.29
0.27
0.29
800
0.26
0.33
0.31
0.33
900
0.29
0.37
0.35
0.38
1000
0.32
0.41
0.38
0.42
注：（1）防護區內圍護結構承受內壓為1200Pa。
　（2）將防護區容積和保護對象的滅火設計濃度帶入本表中，便可快捷查得防護區的總泄壓面積。
（3）選用某廠家型號、數量的泄壓口的總面積不得小于防護區的總泄壓面積。