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控制七氟丙烷實(shí)際應(yīng)用濃度的方法

日期：2024-12-18 16:11
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摘要：
                                                                       王致新
（天津兆龍軟件公司）
 
七氟丙烷滅火系統(tǒng)近年來在我國得到廣泛應(yīng)用，包含七氟丙烷滅火系統(tǒng)在內(nèi)的我國氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范也已在2006年5月1日開始實(shí)施。
具體到某一個(gè)七氟丙烷滅火系統(tǒng)中的滅火劑都是以固定充裝比儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)瓶內(nèi)的，即每個(gè)儲(chǔ)瓶中充裝的滅火劑重量是一定的。防護(hù)區(qū)一旦發(fā)生火情，滅火系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)，實(shí)際噴放到防護(hù)區(qū)內(nèi)滅火劑的質(zhì)量是通過計(jì)算確定的若干個(gè)儲(chǔ)瓶中充裝的（除瓶中的剩余量外）全部滅火劑。因?yàn)闇缁饎┑膰姺胖荒苁莾?chǔ)瓶充裝量的整數(shù)倍，所以滅火劑在防護(hù)區(qū)內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用濃度通常會(huì)大于設(shè)計(jì)滅火濃度。特別是組合分配系統(tǒng)，由于各防護(hù)區(qū)的容積不同，防護(hù)區(qū)內(nèi)的可燃物也不盡相同，所以各防護(hù)區(qū)的設(shè)計(jì)滅火濃度及滅火劑的用量也不相同。但是，每個(gè)防護(hù)區(qū)滅火時(shí)動(dòng)作的儲(chǔ)瓶數(shù)只能是整數(shù)。因此，每個(gè)防護(hù)區(qū)內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用濃度與各自的設(shè)計(jì)滅火濃度之比通常都大于1。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，實(shí)際應(yīng)用濃度往往遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)滅火濃度，且比值的差別可能相當(dāng)大。
美國NFPA2001《潔凈氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第1-5.1.2.2條規(guī)定：“為了防止危害人體健康，防護(hù)區(qū)（海平面高度上）內(nèi)氧的濃度不得低于16%。在一般防護(hù)區(qū)內(nèi)任何鹵代氫滅火劑（包括七氟丙烷在內(nèi)）的實(shí)際應(yīng)用濃度不得大于標(biāo)準(zhǔn)中給定設(shè)計(jì)濃度的24%”。
這就是說，NFPA2001中規(guī)定：實(shí)際應(yīng)用濃度不得比設(shè)計(jì)滅火濃度大24%，否則會(huì)影響人體健康。其目的在于確保防護(hù)區(qū)內(nèi)氧的濃度不低于16%。
我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB50370 – 2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.3.6條規(guī)定：“防護(hù)區(qū)實(shí)際應(yīng)用的濃度不應(yīng)大于滅火設(shè)計(jì)濃度的1.1倍”，但未說明給出這一要求的原因。
我國規(guī)范對(duì)七氟丙烷滅火系統(tǒng)的此項(xiàng)嚴(yán)格要求對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是對(duì)組合分配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了很**煩。儲(chǔ)瓶容積及藥劑充裝量如果選定不當(dāng)就無法保證規(guī)范的上述規(guī)定，但確定這兩項(xiàng)參數(shù)卻有很大難度。
為了確保設(shè)計(jì)符合我國規(guī)范的要求，這一問題迫切需要加以解決。
 
1、七氟丙烷的實(shí)際用量和實(shí)際噴射濃度
規(guī)范規(guī)定：七氟丙烷在某一防護(hù)區(qū)的設(shè)計(jì)用量
         W=KVC/S(100-C)  ------------------------------------------  （1）
其中 W---滅火設(shè)計(jì)用量或惰化設(shè)計(jì)用量（kg） 
     V---防護(hù)區(qū)總?cè)莘e（m3）
     C--- 設(shè)計(jì)滅火或惰化濃度（%）
     S--- 比容（m3/kg）
K--- 海拔高度系數(shù)
   若該防護(hù)區(qū)不包括儲(chǔ)瓶剩余量的實(shí)際用量為W′,實(shí)際應(yīng)用濃度為C′
   則        W′= KVC′/ S(100-C′)   --------------------------------- （2）
   該防護(hù)區(qū)內(nèi)的實(shí)際用量與設(shè)計(jì)滅火或惰化用量之比
W′/ W=[KVC′/ S(100-C′)] /[KVC/S(100-C)] ------- （3）
  或該防護(hù)區(qū)內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用濃度與設(shè)計(jì)滅火或惰化濃度之比
       C′/ C = W′(100-C) /W(100-C′)   -------------------- （4）
   《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，獨(dú)立防護(hù)區(qū)或組合分配系統(tǒng)中任何一個(gè)防護(hù)區(qū)內(nèi)的C′/ C均不應(yīng)大于1.1。
   根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A的規(guī)定，七氟丙烷的設(shè)計(jì)滅火濃度和設(shè)計(jì)惰化濃度的*大值分別是：10.1%和13.6%，
 
  1.1 對(duì)于*大設(shè)計(jì)滅火濃度
C′max=1.1X10.1=11.11%
C′max/ C =(100-11.11) W′/(100-10.1) W
或    C′max/ C =0.999 W′/ W ------------------------------- （5）
 
  1.2 對(duì)于*大設(shè)計(jì)惰化濃度
C′max=1.1X13.6=14.96%
C′max/ C =(100-14.96) W′/(100-13.6) W
或    C′max/ C =0.984 W′/ W ------------------------------- （6）
 
  1.3 如果控制C′max/ C≦ 1.1
       則對(duì)于滅火 W′/W≦1.1/0.999 =1.1179   -----------------   （7）
       對(duì)于惰化  W′/W≦1.1/0.984=1.1011   -----------------  （8）
從（6）和（7）式可見：只要控制任何一個(gè)防護(hù)區(qū)內(nèi)的實(shí)際用量（不包括儲(chǔ)瓶剩余量）與設(shè)計(jì)用量之比 W′/ W≦1.1，就能確保所有防護(hù)區(qū)中的實(shí)際應(yīng)用濃度與設(shè)計(jì)濃度之比不大于1.1.。
 
2．如何選定儲(chǔ)瓶容積和充裝量
 基本原理
假定第i個(gè)防護(hù)區(qū)的設(shè)計(jì)用量為Wi，單個(gè)儲(chǔ)瓶的充裝量為g
則該防護(hù)區(qū)所需的儲(chǔ)瓶數(shù)為Ni= Wi/g 
Ni的值只能是向上取整數(shù)，且一般情況下每個(gè)防護(hù)區(qū)所需的瓶組數(shù)是不同
的。但是，通過用級(jí)差為1的一系列級(jí)數(shù)g進(jìn)行試算，找出能同時(shí)滿足各個(gè)防護(hù)區(qū)內(nèi) C′max / C≦1.1 要求的若干個(gè)g 值。
因此，對(duì)于只有一個(gè)防護(hù)區(qū)的七氟丙烷滅火系統(tǒng)只要從可滿足該防護(hù)區(qū)上述
條件的一組g 值（這組數(shù)值的數(shù)量會(huì)比較多）；根據(jù)較大值確定儲(chǔ)瓶容積即可。但是，對(duì)于組合分配系統(tǒng)，則必須尋找能同時(shí)滿足所有防護(hù)區(qū)內(nèi)C′max /C≦1.1的所有g值（這組數(shù)值的數(shù)量相對(duì)較少），再盡量根據(jù)g 值序列中的較大者作為充裝量來選定儲(chǔ)瓶容積。但g的值應(yīng)以儲(chǔ)瓶產(chǎn)品系列中容積規(guī)格*大的儲(chǔ)瓶所允許的*大充裝量為極限。g的值一旦確定，儲(chǔ)瓶中的充裝量即確定，在對(duì)任何防護(hù)區(qū)進(jìn)行計(jì)算時(shí)儲(chǔ)瓶規(guī)格和充裝量都維持不變。
  
要做到這一點(diǎn)，必須從g=1 （kg）開始，以1為級(jí)差遞增依次遞增對(duì)所有
防護(hù)區(qū)進(jìn)行試算，找出能同時(shí)滿足上述要求的g的系列數(shù)據(jù)。規(guī)范規(guī)定：七氟丙烷組合分配系統(tǒng)的*大防護(hù)區(qū)數(shù)量不得大于8個(gè)。因此，這種試算就要找出可同時(shí)滿足*多為8個(gè)防護(hù)區(qū)的g值的系列數(shù)據(jù)，然后盡可能根據(jù)較大的g值找到當(dāng)前市場(chǎng)上可提供的適當(dāng)容積的儲(chǔ)瓶。這一方法能*經(jīng)濟(jì)、合理地選定儲(chǔ)瓶容積和確定每個(gè)儲(chǔ)瓶的充裝量。
    顯然，這一過程用手工操作極為困難，必須通過計(jì)算機(jī)來完成。但是，如果
組合分配系統(tǒng)中各防護(hù)區(qū)的容積差別很大，特別是其中如果包含體積較小的防護(hù)區(qū)時(shí)，因其所需的儲(chǔ)瓶數(shù)很少，常常無法得到合理的結(jié)果。這種情況又該如何處理呢？通過以下實(shí)際例題可以更加清楚地了解這一過程
 
3.       FM-200的實(shí)際應(yīng)用濃度和實(shí)際噴放時(shí)間
根據(jù)（2）式，實(shí)際應(yīng)用濃度
       C′= SW′(100-C′) /KV
或     C′ = 100SW′/（KV+SW′）   ---------------------------- （9）
實(shí)際噴射放時(shí)間
       t′=60 W′/Q    (s)    ----------------------------------------- （10）
 
W′--- 防護(hù)區(qū)七氟丙烷的實(shí)際噴放用量（kg）
Q --- 集流管中七氟丙烷的質(zhì)量流量（kg/min）
 
4.       結(jié)論
   《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.3.6條規(guī)定：“防護(hù)區(qū)實(shí)際應(yīng)用的濃度不應(yīng)大于滅火設(shè)計(jì)濃度的1.1倍”，這一要求為七氟丙烷滅火系統(tǒng)，特別是組合分配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來很大困難。若儲(chǔ)瓶選擇或單瓶充裝量確定不當(dāng)，就無法滿足規(guī)范的這一強(qiáng)制性要求。
   本文提出了解決這一問題的方法。兆龍軟件公司根據(jù)這一方法已成功地開發(fā)了一種軟件。它可非常方便地根據(jù)各防護(hù)區(qū)的容積和設(shè)計(jì)滅火濃度經(jīng)濟(jì)合理地確定儲(chǔ)瓶容積和單瓶充裝率，以及是否存在不適合進(jìn)入組合分配系統(tǒng)的防護(hù)區(qū)，并可確保每個(gè)防護(hù)區(qū)的實(shí)際應(yīng)用濃度與設(shè)計(jì)滅火濃度之比不大于1.1。
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