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七氟丙烷設計中防護區開瀉壓口的必要性

日期：2024-12-19 18:32
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摘要：

 

來源：**資訊網
摘要：通過對《某單位危險品倉庫七氟丙烷氣體滅火系統設計的幾點體會》及《對七氟丙烷氣體消防防護區泄壓口計算的商榷》兩文中存在問題的分析，并通過較詳細的計算，得出對實際應用具有參考價值的結論。
    關鍵詞：七氟丙烷滅火系統；泄壓口；理想氣體狀態方程；道爾頓定律
    先前看到《消防技術與產品信息》2003年第3期一篇題為《某單位危險品倉庫七氟丙烷氣體滅火系統設計的幾點體會》的文章，我認為其中的防護區壓強的計算方法不妥；后又看到第9期也有一篇題為《對七氟丙烷氣體消防防護區泄壓口計算的商榷》文章對其提出質疑，但我覺得前者還有一些根本性的錯誤后者沒有提到，而且后者有一些觀點我認為也值得商榷，故認為有必要對此問題再深入分析計算，希望對大家在具體工程設計中能夠起到參考作用。
    1氣瓶里七氟丙烷不是以氣態儲存的
    從第3期作者把滅火劑總量W＝560ke除以氣瓶充裝密度P＝614.7kg/m3，得出氣瓶內氣相容積Vt＝0.911m3并直接代人后面的計算公式中可看出，作者誤以為七氟丙烷在氣瓶里是氣態儲存的，從而導致計算結果出現嚴重偏差(這一點第9期作者并未提到)。
    由于七氟丙烷在20℃時的蒸氣壓僅為0.391MPa(絕壓)，因此它充裝到氣瓶里只需很低的壓力就可保持液態，但由于它的蒸氣壓太低，靠它自身的蒸氣壓不可能使它快速地從系統中輸送到防護區，為此在氣瓶中充裝足夠重量的七氟丙烷滅火劑后，另外充進干燥的氮氣加壓到2.5MPa或4.2MPa。因此在氣瓶里儲存的主要是液相的七氟丙烷和氣相的氮氣，另有少量溶解于七氟丙烷中的氮氣和揮發在氮氣中的七氟丙烷蒸氣(后兩者基本可忽略)。
    2采用理想氣體狀態方程定溫狀態下的簡化式P·V＝C對混合氣體進行計算
    在計算方法上，第9期作者在“存在的問題”中3．1“V氣的容積是對應儲存氣壓2580kPa時的容積，而不是噴口壓力1151kPa的容積”的這個觀點是正確的，但對3．3條提到的“P·V＝C是理想氣體狀態方程P·V/T·R＝C在定溫狀態下的簡化式，由于不同氣體的氣體常數R不同，防護區是氣體滅火劑與空氣的混合氣體，故不應套用該簡化公式計算”這一觀點我認為值得商榷。
    其實P·V/T·R＝C這一公式首先是由P·V／T·Rm＝C為涉及氣體質量計算而推導出來的，后者才是原本的理想氣體狀態方程。前者中R＝Rm/M，為每kg理想氣體的氣體常數，隨氣體的分子量變化而變化，M為每千摩爾氣體質量，而Rm是每千摩爾理想氣體的氣體常數，稱為通用氣體常數，也稱普適氣體恒量，不會隨氣體的分子量變化而改變。也就是說，只要不需用該方程計算涉及氣體質量的問題，都可用后者的簡化式P·V＝C來計算各種氣體包括混合氣體壓力和體積的變化。
    3要求出防護區內壓，只需計算新增氣體的分壓
    至于第9期作者在“存在的問題”中3．2條“理想氣體狀態方程的計算壓力應以**壓力計算，但所得結果應大于一個標準大氣壓”中的前半點我是認同的(但無證據顯示第3期作者不是采用絕壓來計算)，但對后半點我認為應看具體計算方式而定。
按作者的本意應該是認為在理想氣體狀態方程中，應把原防護區中空氣的量加上噴放后增加的氣體的量，求出混合后防護區的**壓力且其數值應大于一個標準大氣壓。這計算方法本沒有錯誤，但在該條件下會使計算過程復雜化。
    由于理想氣體混合物各組成分子間沒有內聚力作用且分子體積可以不計，各組成氣體的分子間互相不影響各自行為。根據道爾頓定律：“理想氣體混合物的壓力等于各組成氣體分壓力的總和”。因為防護區原來的表壓為零，因此只需計算出氮氣和藥劑噴放到防護區分散、氣化后的氣體分壓之和即為全封閉條件下防護區受的內壓壓強，從而大大簡化了計算過程。
    4藥劑噴放后防護區理論內壓壓強的合理計算
    藥劑噴放后對防護區的增壓應主要計算氣態的氮氣膨脹和液態的七氟丙烷氣化兩方面。
    仍以第3期的油漆庫為例：
    氣瓶總容積V瓶＝0.911m3；氣瓶表壓Pt＝2500kPa(原Pt＝2580kPa可能是絕壓，現取20C時的標準充裝壓力)；藥劑量Ⅳ＝560kg；防護區體積V防＝835.2m3。
    4．1計算防護區中氮氣的分壓
    4．1．1先算出氣瓶內液相容積和氣相容積
    DBJ15—23—1999中已給出七氟丙烷20C時的液體密度r＝1407kg/m3
    V液＝W/r＝560/1407＝0.398m3
    Vt＝V瓶一V液＝0.911-0.398＝0.513m3
    4．1．2用理想氣體狀態方程在定溫狀態下的簡化式計算防護區中新增的氮氣分壓
    由于氣瓶中還留有1bar絕壓的氮氣，原液相部分容積可近似認為是被七氟丙烷蒸氣填充，故噴放到防護區那部分氮氣的絕壓基本等于原氣瓶表壓。