一种七氟丙烷气体灭火系统的设计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种七氟丙烷气体灭火系统的设计方法，灭火系统主要是由依次连接的高压灭火剂存储瓶组、灭火剂输送管网和喷嘴组成，所述灭火剂输送管网包括主管、与高压灭火剂存储瓶组连接的引升管和高压软管、连接主管与喷嘴的支管，高压软管通过集流管连接到主管，本发明专利技术采用动态的设计计算方法，将高压液体从高压灭火剂存储瓶组流经灭火剂输送管网喷放到各个防护区喷嘴的过程中，灭火剂输送管网内各点液体的压力和流速连续变化的过程离散化处理，将一个连续的过程离散成由无数个时间步长∆t的时间片段叠加而成，每个时间步长内压力和流速视作恒定不变，分别计算每个时间步长内管网中各个节点液体的压力和速度。

【技术实现步骤摘要】
一种七氟丙烷气体灭火系统的设计方法
本专利技术涉及一种气体灭火系统的设计方法，主要针对七氟丙烷气体灭火系统的设计方法。
技术介绍
七氟丙烷气体灭火剂，又称HFC-227ea、FM-200，在一定的压强下呈液态储存。是一种无色、无味、不导电、无二次污染的气体，具有清洁、低毒、电绝缘性好，灭火效率高的特点，特别是它对臭氧层无破坏，在大气中的残留时间比较短，其环保性能明显优于卤代烷，是目前为止研究开发比较成功的一种洁净气体灭火剂，被认为是替代卤代烷1301、1211的最理想的产品之一。七氟丙烷气体灭火系统为物理灭火和化学灭火共同作用，能实现快速灭火。七氟丙烷气体灭火剂是美国大湖公司研制生产的卤代烃灭火剂的一种，分子式为CF3CHFCF3。七氟丙烷气体灭火系统根据其使用环境要求的具体输送距离，其初始充装压力分为两个级别，当系统管网长、压力损失大的，可选取4.2MPa及5.6MPa增压级；管网短、压力损失小的，可选2.5MPa增压级。七氟丙烷的毒性较低，对人体产生不良影响的体积浓度临界值为9％，并允许在浓度为10.5％的情况下使用1min，一般采用8％、9％、10％这三个设计浓度，具体由保护区域的类型决定。对于一般的保护区灭火时间控制在8-10s的范围之内，有些特殊区域灭火时间要控制在8s以下，由具体防护区而定。通常情况下，若是固体表面火灾的预燃时间相对加长，则有可能发展成为深位火灾，这不利于FM-200灭火，同时气体与液体火灾的预燃时间一旦过长还有可能引起爆炸，这就要求灭火设计浓度应当增大为惰化设计浓度。由此可见，缩短灭火剂的喷放时间尤为重要。目前，国际上和一些发达国家的标准中，都将卤代烷的喷放时间规定为不大于10s。由于FM-200遇热时产生的主要成分为HF，其与空气中的水蒸气结合后会形成氢氟酸，其对一些精密的仪器和设备具有较强的侵蚀损害。按照有关试验结果表明，当卤代烷在火灾现场的喷放时间从10s缩短至5s时，分解产物约减少50％左右。故此，为了有效防止FM-200在灭火时对精密设备造成损害，应当将喷放时间缩短到8s，这一喷放时间的设定值经试验验证是可行的。虽然七氟丙烷灭火系统的设计计算可以依据国家相应气体灭火系统设计规范，可是规范中的计算理论并不全面，只能进行总体设计，得不到精确的设计结果，往往会造成理论计算和实际应用存在较大的误差。本设计方法在遵循设计规范的前提下，进一步细化设计理论，进而到精确的设计结果和几个重要的系统参数。本专利设计方法的重难点在于：由于七氟丙烷气体灭火剂自身的性质所决定，灭火剂的喷放时间得控制在10s之内，这一直是设计计算过程中的一个难点，也是必须保证的一点；还有对于喷嘴承受的最大的工作压力的计算也一直不是很明确，但这又是系统的一个重要参数；另外，初始液面到达喷嘴的时间长度也一直没有计算方法。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术提供了一种采用动态的设计计算的七氟丙烷气体灭火系统的设计方法。一种七氟丙烷气体灭火系统的设计方法，灭火系统主要是由依次连接的高压灭火剂存储瓶组、灭火剂输送管网和喷嘴组成，所述灭火剂输送管网包括主管、与高压灭火剂存储瓶组连接的引升管和高压软管、连接主管与喷嘴的支管，高压软管通过集流管连接到主管。其特征在于：采用动态的设计计算方法，将高压液体从高压灭火剂存储瓶组流经灭火剂输送管网喷放到各个防护区喷嘴的过程中，灭火剂输送管网内各点液体的压力和流速连续变化的过程离散化处理，将一个连续的过程离散成由无数个时间步长Δt的时间片段叠加而成，每个时间步长内压力和流速视作恒定不变，分别计算每个时间步长内管网中各个节点液体的压力和速度，以此为基础进行气体灭火系统的设计计算。该方法的设计计算过程如下：(12)根据防护区的实际情况确定设计浓度和充装压力；(13)计算并修正所需要的七氟丙烷气体需求量；(14)确定灭火剂的喷放时间；(15)根据设计用量和总的喷放时间，计算各个管段的平均流量；(16)根据平均流量初选各个管段的管径；(17)计算并验证喷嘴的中期工作压力，如果不符合修改管道直径，直到中期工作压力符合要求；(18)根据喷嘴的中期工作压力初选喷嘴等效开口直径；(19)以时间步长为一个确定过程，计算时间步长内的压力和流速，进而计算出时间步长内喷嘴喷放的药剂量，叠加计算得出灭火剂全部喷放完的总时间；(20)判断计算的喷放时间和设计时间之间的误差，如果误差过大则修改喷嘴的等效开口直径，直到误差在可接受的范围内，得到喷嘴的最终等效开口直径和喷嘴的最大工作压力以及初始液面到达喷嘴的时间；(21)根据计算得到的喷嘴最大工作压力，判断其值是否符合要求，如果其值太小，则要修改灭火剂的充装率，重复上述计算直到得到合理的喷嘴最大工作压力值；(22)计算防护区泄压口的面积；其中，主要计算公式如下：(5)确定灭火剂的设计浓度七氟丙烷的毒性较低，对人体产生不良影响的体积浓度临界值为9％，并允许在浓度为10.5％的情况下使用1min，由规范可知：一般电气房间、通用机房、电子计算机房等宜用8％的设计浓度；油浸变压器室、带油开关的配电室、自备发电机的机房应该用9％的设计浓度；图书、档案、票据和文物资料库等宜用10％的设计浓度；(6)计算防护区灭火剂设计用量其中，k一大气压力校正系数，k＝5.3788x10-9H2-10197510-4H+1(H表示海拔高度(m))；V一防护区总容积(m^3)；c1一灭火剂设计浓度乘以100所得的值；s-灭火剂过热蒸汽在101kPa大气压和防护区最低温度下的质量体积(m^3/kg)，s＝0.1269+0.0005131t(t为防护区工作环境温度)；(7)确定设计灭火剂的喷放时间t0；喷放时间的选取一般在8-10s之间，特殊环境要求喷放时间小于8s，具体根据实际情况而定。(4)根据设计用量和总的喷放时间，计算各个管段的平均流量；1)确定灭火剂钢瓶个数不同的七氟丙烷气体灭火系统其选用的钢瓶种类也不同，七氟丙烷气体灭火系统钢瓶类型根据容积不同主要有70L、90L、100L、120L、150L和180L六种。不同的钢瓶容积不同，其外形尺寸也不同，同时其配套使用的容器阀、引升管和高压软管的规格也不同。另外七氟丙烷灭火剂的最大充装率在规范中也有严格要求。如下：一级增压储存容器，不应大于1120kg/m^3；二级增压焊接结构储存容器，不应大于950kg/m^3；二级增压无缝结构储存容器，不应大于1120kg/m^3；三级增压储存容器，不应大于1080kg/m^3；所以选用不同规格的灭火剂存储钢瓶，其初始计算的充装率也不相同。在组合分配问题中，选择的充装率需同时满足每个防护区的灭火剂浓度都不小于设计值，同时还应该满足每个防扩区的灭火剂浓度都不大于设计值的1.1倍。由灭火剂的设计用量和灭火剂存储钢瓶的充装率，可以计算灭火剂存储钢瓶的个数，其计算公式为：其中n1一为钢瓶的个数；ceil()一为向上取整的函数；W一为灭火剂的设计用量；Vb一为所选钢瓶的容积(m^3)；nc0一为初选钢瓶药剂的充装率(kg/m^3)；在组合分配问题中，考虑到多个防护区共用一套瓶组及集流管装置，为了满足所有防护区的要求，最终选择的钢瓶个数为所有防护区中钢瓶数量最大的防护区所对应的钢瓶的个数，这样可以保证所有单个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种七氟丙烷气体灭火系统的设计方法，灭火系统管网主要是由依次连接的高压灭火剂存储瓶组、灭火剂输送管网和喷嘴组成，所述灭火剂输送管网包括主管、与高压灭火剂存储瓶组连接的引升管和高压软管、连接主管与喷嘴的支管，高压软管通过集流管连接到主管，其特征在于：采用动态的设计计算方法，将高压液体从高压灭火剂存储瓶组流经灭火剂输送管网喷放到各个防护区喷嘴的过程中，灭火剂输送管网内各点液体的压力和流速连续变化的过程离散化处理，将一个连续的过程离散成由无数个时间步长Δt的时间片段叠加而成，每个时间步长内压力和流速视作恒定不变，分别计算每个时间步长内管网中各个节点液体的压力和速度，以此为基础进行气体灭火系统的设计计算。

【技术特征摘要】
1.一种七氟丙烷气体灭火系统的设计方法，灭火系统管网主要是由依次连接的高压灭火剂存储瓶组、灭火剂输送管网和喷嘴组成，所述灭火剂输送管网包括主管、与高压灭火剂存储瓶组连接的引升管和高压软管、连接主管与喷嘴的支管，高压软管通过集流管连接到主管，其特征在于：采用动态的设计计算方法，将高压液体从高压灭火剂存储瓶组流经灭火剂输送管网喷放到各个防护区喷嘴的过程中，灭火剂输送管网内各点液体的压力和流速连续变化的过程离散化处理，将一个连续的过程离散成由无数个时间步长Δt的时间片段叠加而成，每个时间步长内压力和流速视作恒定不变，分别计算每个时间步长内管网中各个节点液体的压力和速度，以此为基础进行气体灭火系统的设计计算。2.一种七氟丙烷气体灭火系统的设计方法，该方法包括如下步骤：(1)根据防护区的实际情况确定设计浓度和充装压力；(2)根据步骤(1)计算并修正所需要的七氟丙烷气体需求量；(3)确定灭火剂的喷放时间；(4)根据设计用量和总的喷放时间，计算各个管段的平均流量；(5)根据平均流量初选管网各个管段的管径；(6)计算并验证喷嘴处的中期工作压力，如果不符合修改管网管道直径，直到中期工作压力符合要求；(7)根据喷嘴的中期工作压力初选喷嘴等效开口直径；(8)以时间步长为一个确定过程，计算时间步长内流体的压力和流速，进而计算出时间步长内喷嘴喷放的药剂量，叠加计算得出灭火剂全部喷放完的总时间；(9)判断计算的喷放时间和设计时间之间的误差，如果误差过大则修改喷嘴等效开口直径，直到误差在可接受的范围内，得到喷嘴等效开口直径并计算喷嘴处的最大工作压力以及初始液面到达喷嘴的时间；(10)根据计算得到的喷嘴处最大工作压力，判断其值是否符合要求，如果其值太小，则要修改灭火剂的充装率，重复上述计算直到得到合理的喷嘴处最大工作压力值；(11)计算防护区泄压口的面积。3.根据权利要求2所述的七氟丙烷气体灭火系统的设计方法，其特征在于：(1)确定灭火剂的设计浓度一般电气房间、通用机房、电子计算机房采用8％的设计浓度；油浸变压器室、带油开关的配电室、自备发电机的机房采用9％的设计浓度；图书、档案、票据和文物资料库采用10％的设计浓度；(2)计算防护区灭火剂设计用量其中，k一大气压力校正系数，k＝5.3788x10-9H2-101975x10-4H+1(H表示海拔高度(m))；V一防护区总容积(m^3)；c1一灭火剂设计浓度乘以100所得的值；s-灭火剂过热蒸汽在101kPa大气压和防护区最低温度下的质量体积(m^3/kg)，s＝0.1269+0.0005131t(t为防护区工作环境温度)；(3)确定设计灭火剂的喷放时间t0；喷放时间的选取一般在8-10s之间，特殊环境要求喷放时间小于8s；(4)计算各个管段的平均流量选择钢瓶容积，根据药剂的发计总量和初始充装率确定钢瓶的个数n1，再计算各个管段的流量：引升管和高压软管的流量Q1＝W/(n1t0)集流管和主管道平均流量Qz＝W/t0各个支管平道均流量Qg＝W/(n3t0)喷嘴的平均出流量Qc＝W/(n2t0)其中，n1为存储瓶的数量，n2为喷嘴的个数，n3为各个支管后接的喷嘴的个数；(5)确定各个管段的管径其中引升管和高压软管的参数和钢瓶是配套的，其它各个管段的管径根据各管段的平均流量确定：当Q＜＝6.0kg/sd＝(12～20)sqrtQ当6＜Q＜160.0kg/sd＝(8～16)sqrtQ一般符合要求的会有2-4个管径的值，考虑到喷放时长和成本因素的双重上影响，优先选择偏中间的值；(6)计算过程中点压力其中P0一为钢瓶的充装压力；V0一为全部储存容器气相总容积；其中nc一为灭火剂的充装率；r一为七氟丙烷液体的密度；Vp一为管网的总容积；(7)计算液体的压力损失压力损失由管道压力损失和高程压力损失组成其中管道压力损失：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，李鑫，邓红，王江陵，钟允晖，
申请(专利权)人：浙江信达可恩消防实业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33