七氟丙烷滅火系統設計問題探討
七氟丙烷滅火系統是目前國內外較廣泛使用的哈龍滅火系統替代產品。由于國家設計規范尚未正式出臺，正在使用或參照使用的設計依據是廣東省標準DBJ15-23-1999《七氟丙烷(HFC-227ea)潔凈氣體滅火系統設計規范》(以下簡稱"規范")。現根據"規范"內容，結合實際設計和產品的情況，對部分設計中常見的技術問題進行探討。
1儲存容器內壓力、噴頭工作壓力、噴頭流量系數、系統管網的管道內容積
上述設計參數在實際設計時，由于部分設計人員對系統了解程度的問題或生產廠提供的產品參數問題，常出現下列情況：
(1)管網計算時，沒有把管道的初始部分--匯流管計算進去，導致末端壓力的計算值偏大；同時，忽略匯流管會使管網內容積計算值偏小。這兩種偏差都可能會直接導致設計的重大偏差。
末端壓力(即噴頭工作壓力)計算值偏大，導致設計時選用的噴頭孔徑偏小，實際噴放滅火劑時間比設計值要長，既影響滅火效果，又會造成滅火過程中分解的有害產物增多；同時，該計算值如果達到"規范"中對噴頭工作壓力要求的臨界值時，則說明該設計是不合理的，需要重新選擇設計方案。
管網內容積計算值偏小，不僅導致"過程中點"壓力計算值偏大，影響噴頭工作壓力的計算值，而且會影響另一個設計合理性的判斷因素--管網內容積與滅火劑儲存容積的比值。尤其在組合分配系統的計算時，較小防護區能否參加組合，有沒有計算匯流管容積，其結果可能完全不同(對于距離儲瓶間較近的小防護區，匯流管容積有可能占管網內容積的50％或更多)。
(2)噴頭的選擇，是由噴頭流量、噴頭工作壓力及噴頭流量系數來綜合確定的。七氟丙烷與哈龍滅火劑(如哈龍"1211")的一個*的不同點是對增壓氮氣的溶解度不同，七氟丙烷對氮氣的溶解度要大很多，而且儲存壓力越大溶解度越大。七氟丙烷滅火劑從儲存容器噴入管網，壓力逐步減小，溶解的氮氣也逐步析出，導致七氟丙烷的流量發生變化。其結果是--噴頭流量系數不是常數，而且即使噴頭工作壓力相同時，如果儲存壓力不同，噴頭流量系數也不同。公安部天津消防研究所在開發研制ZYJ系列七氟丙烷滅火系統時，通過大量試驗，繪制了JP系列噴頭流量曲線，解決了該產品在選擇噴頭時的問題。
需要注意的問題：部分生產廠提供的固定值的噴頭流量系數是不科學的，會誤導設計時的噴頭選擇。
2防護區內實際滅火劑體積分數
實際設計時，往往會忽略滅火劑噴入防護區后的實際體積分數。對于單元獨立系統來說，滅火設計體積分數與實際滅火劑應相當。但對于組合分配系統，由于滅火劑儲存量按照*防護區用量確定，如果儲瓶充裝率選擇不當，可能會造成個別小防護區的實際滅火劑體積分數過大。例如：滅火設計體積分數為8％的小防護區的滅火設計用量相當于1.1瓶儲瓶的滅火劑量時，只能噴放2瓶滅火劑，會導致實際滅火體積分數達15％左右。
ISO14520和NFPA2001均指出：七氟丙烷的"未見不良反應體積分數"(NOAEL)為9％，"可見不良反應體積分數"(LOAEL)為10.5％。也就是說，實際滅火劑體積分數超過10.5％時，會危害到防護區內的人員人身安全。這就要求設計人員在實際設計時必須充分考慮各種因素，以滿足既有效滅火，又保障防護區內人員的人身安全。
現以公安部天津消防研究所深圳因特安全技術有限公司開發的ZYJ系列七氟丙烷潔凈氣體滅火系統為例，進行一個工程設計實例的詳細計算。
防護區名稱：跟隨式變電所。
計算依據：DBJ15-23-1999。
基本設計參數(見表1)
| 防護區面積 m2 | 防護區高度 m2 | 防護區容積 m2 | 海拔高度修正系數 | 滅火設計體積分數% |
| 166.50 | 4.2 | 699.30 | 1 | 8.3 |
(2)滅火劑設計用量
經計算滅火劑設計用量為461.48
(3)設定滅火劑噴放時間t
取t＝10s。
(4)設定噴頭布置與數量
選用JP型噴頭，保護半徑R＝5.0m，按防護區平面均勻布置噴頭，見圖1。
(5)確定容器規格Vb
根據W＝461.48kg，初選Vb=100L的儲瓶5只(且n＝5)。
(6)計算管道平均流量
1)儲瓶出流管流量Qp＝W／(n×t)＝9.23kg
2)集流管流量Qs＝W／t＝46.15kg／s
3)主干管流量Qw＝W／t＝46.15kg／s
4)支管l流量Qgl=Qw／2＝23.075kg／s
5)支管2流量Qg2＝Qgl／2＝11.54kg／s
(7)選擇管道通徑，依DBJ15-23-1999。
(8)初選充裝率η
滅火劑儲存量Ws＝W+W1+ΔW1
管網內剩余量AW2＝0
儲存容器內剩余量ΔW1＝n×3.5＝17.5kg
滅火劑儲存量取479.0kg充裝率η＝Ws／(n×Vb)＝958.0kg／m3
(9)計算管網管道內容積Vp
Vp＝123.81dm3
(10)計算七氟丙烷儲存容積Vr
Vr＝Ws／γ＝340.45dm3(七氟丙烷密度γ=1.407kg／dm3)
Vp／Vr＝36.37％，符合規范要求，故選擇合理。
(11)選擇儲瓶增壓壓力Po。
因儲瓶充裝率較大，選用Po＝4．3MPa(絕壓)。
(12)計算全部儲瓶氣相總容積Vo
Vo＝n×Vb×(1一η／γ)＝0．160m3
(13)計算"過程中點"儲瓶內壓力Pm
Pm＝Po×Vo/[Vo+W／(2γ)+Vp]=1.534MPa(絕壓)
(14)計算管路損失
經計算，管路總損失P＝0．401MPa，其中包括儲瓶出流管、集流管的管路損失。
(15)計算高程壓頭Ph
噴頭高度相對"過程中點"儲瓶液面位差h＝3．2m
Ph＝10-6×γ×H×g＝0．044MPa
(16)噴頭工作壓力Pc及驗算
Pc＝Pm一(P士Ph)＝1．089MPa(絕壓)
Pc≥0．5MPa(絕壓)
Pc≥Pm／2(絕壓)
皆符合規范要求。
(17)核算噴頭計算面積及確定噴頭規格以Pc＝1．089MPa，查產品說明書。
噴頭計算單位面積流量qc＝2．05kg／(s·cm2)
噴頭平均流量Qc＝11．54kg／s
噴頭計算面積Fc＝Qc／qc＝5．63cm2
查產品說明書，選用JP-34型噴頭4只。
經上述計算驗證：本防護區儲瓶數為5只(100L)，充裝率為958kg／m3，滅火劑實際儲存量為479kg選用JP-34型噴頭4只。
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