三氟甲烷气体灭火系统设计探讨88消防网.doc

三氟甲烷气体灭火系统设计探讨南京理工大学路景志江苏省消防局唐晓亮摘要：本文论述了三氟甲烷（HFG-23）气体灭火系统设计中灭火剂用 量计算，管网压力损失计算及喷头型号的选择方法关键词：三氟甲烷气体灭火系统设计计算A ・.It ■ 刖 5三氟甲烷气体灭火系统是以三氟甲烷为灭火剂的自动灭火系统三氟甲烷 （HFG-23）是一种无色无味的气体，是洁净的气态化学灭火剂它不含漠元素和氯元 素，对大气中的臭氧层无破坏作用，（即CEM）,是哈龙产品优秀的替代物之一试验证明，三氟甲烷气体灭火系统可以用来扑灭固体表面火灾，可燃液体火灾、 可燃气体火灾和电气火灾三氟甲烷不导电，绝缘性好，特别是用来扑灭通讯机房、 电气设备、磁带和资料等保护区的火灾更为有利三氟甲烷气体是新型、高效、低毒灭火剂，远超过其灭火浓度，是哈 龙替代品中最安全的灭火剂，可以用在有人工作的场所三氟甲烷灭火剂是液态贮存，气态释放，贮瓶间占用空间少，工程造价低，是惰 性气体灭火系统（如TG541）不能比拟的三氟甲烷蒸气压力高，不需要氮气加压可自行喷放，该气体密度小，可适用于楼 层很高和管网很大的工程，这是七氟丙烷灭火系统不能相比的三氟甲烷不含固体粉尘油渍和腐蚀性胶状物，灭火后现场没有残留物，不会造成 对设备的污染或腐蚀。

是气溶胶灭火系统（如回 S2E等）难以做到的此外，三氟甲烷灭火系统使用温度范围广，环境温度为一20C〜50C,在我国北 方广大寒冷地区使用，更能发挥其优越性总之，三氟甲烷灭火系统具有优良的综合 性能，它使用方便，经济、合理，是哈龙替代品中最优者一、三氟甲烷的灭火原理及物理性能三氟甲烷灭火剂是一种化学灭火剂，它能在火焰的高温中分解产生活性游离基， 这些游离基参与物质燃烧过程中的化学反应，清除维持燃烧所必须的活性游离基CH H等，并生成稳定的分子，如耳Q CQ以及活性较低的游离基R等，从而对燃烧反 应起抑制作用，并使燃烧过程中的连锁反应链中断而灭火也就是说，这类灭火剂对 物质燃烧的化学反应历程实际上起着负催化剂的作用灭火作用主要是化学作用过 程三氟甲烷（HFJ23）灭火剂是一种无色无味的气体，是洁净的气态化学灭火剂 它不含漠元素和氯元素，对大气中的臭氧层无破坏作用，（即CUM）,是哈龙产品优 秀的替代物之一灭火药剂HFG-23产品名称F&-23开发者DUFCNT分子式CHF3分子量70. 01沸点C-82临界温度C25. 9蒸发潜热Kcal顶g57. 2灭焰浓度12. 40%设计浓度14. 9(%灭火剂量（*）0. 52设计的上限浓度23. 8(%氧气浓度16. 00%CEP值050ICAEL>501050>65最大工作压力（50C）137Kgf/cm喷射时间10秒充填比1. O. 5二、防护区的划分与管网布设1、防护区设置要求三氟甲烷的防护区为全淹没系统防护区。

所谓防护区是指能满足灭火系统要求的 有限封闭空间防护区的划分应根据封闭空间的结构特点、数量和位置来确定若相 邻的两个或两个以上封闭空间之间的隔断不能阻止灭火剂流失而影响灭火效果，或不 能阻止火灾蔓延，则应将这些封闭空间划分为一个防护区三氟甲烷由于沸点低，液 体密度和粘度小，输送压力高，所以传送距离远一般对保护区的大小、管网长度和 楼层高度无严格要求经过最远点喷头压力计算，只要满足设计要求即可对防护区环境温度要求，一般认为当防护区内温度低于灭火剂沸点时，施放的灭 火剂将以液态形式存在防护区的温度越低，灭火剂的汽化速度慢，这势必延长灭火 剂在防护区内均化分布时间，即影响了它和火焰接触、分解的时间，降低了灭火速度 同时，还会造成灭火剂的流失为了保证全淹没系统都能将建筑物内的火灾全部扑灭，防护区的建筑物构件应有 足够的耐火时间，以保证在完全灭火所需时间内，不致使初起火灾蔓延成大火完成 灭火所需要的时间，一般包括火灾探测时间、探测出火灾后到施放天火剂之前的延时 时间、施放灭火剂时间、保持灭火剂设计浓度的浸渍时间保持灭火剂设计浓度所需浸渍时间如下表所示若建筑物的耐火极限低于这一时 间，则有可能在火灾扑灭前被烧坏，使防护区的密闭性受到破坏，造成灭火剂流失而 导致灭火失败。

各种灭火剂保持设计浓度所需浸渍时间灭火剂名称火灾类别浸渍时间HFO227 HFO2313011211可燃固体表面火灾>10可燃气体及甲、乙、丙液体 火灾，电气火灾>1二氧化碳部分电气火灾>10固体深位火灾>20为了防止保护区外发生的火灾蔓延到防护区内，防护区的围护结构及门窗的耐火 极限不应低于o. 50h,吊顶内不低于0. 25K防护区应为密闭形式，如必须开口时， 应设置自动关闭装置，开口面积不应大于防护区总表面积的3%且开口不应设在底面在一个密闭的防护区内迅速施放入大量的气体灭火剂时，空间内的压强将会迅速 增加如果防护区建筑构件不能承受这个压强，则会被破坏，并造成灭火失败因此, 必须规定其最低耐压强度据美国提供的试验资料，建筑物最高允许压强，轻型建筑 为1200 Pa,标准建筑为2400 Pa,拱顶建筑为4800 Pa＞全密闭的防护区应设置泄压 口为防止灭火剂从泄压口流失，泄压口底部距室内地面高度不应小于室内净高的对三氟甲烷灭火系统，泄压口的面积按下式计算，即A = 0. 0872%式中：A为泄压口面积顶；P为防护区围护结构的允许压强，Pa; Q,为喷射速率, kg Kg/So大多数全淹没系统的防护区都不是完全密闭的。

有门、窗缝隙的防护区，一般都 不需要开泄压口，因灭火剂能通过门、窗缝隙泄压，从而不致于使室内压力过高此 外，巳设有防爆泄压口的防护区，也不需要再开泄压口2.管网布置三氟甲烷灭火系统，按其管网布置形式可分为均衡管网系统和非均衡管网系统 均衡管网系统具备以下条件：(1)从储存容器到每个喷头的管道长度应大于最长管道 长度的9必(2)从储存容器到每个喷头的管道长度应大于管道计算长度的9此(管 道计算长度濒际管长僧件当量长度)；(3)每个喷头的平均质量流量相等不具备 上述条件的管网系统为非均衡管网系统对于气体灭火系统，管道宜布置成均衡系统均衡系统特点是：(1) 有利于灭火剂释放后的均化，使防护区各部分空间能迅速达到浓度要求2) 管网对称布置能简化管网流体计算和管道剩余量的计算，但这并不意味着 不能采用非均衡系统在非均衡系统中，准确计算和选择喷头孔径是很重要的在美国和英国的规范 中均提出：在非均衡系统中，重要的是每个喷头应选用合适的孔径，以利于在计算确 定的最终端压力下，产生出规定的流量速率三、系统的设计与计算全淹没系统包括三个部分：贮存容器、管道及喷头系统设计计算的任务是：确定贮存容器的个数、充装比，各管段、管径和喷头的孔口面积。

系统设计计算必须达到的目标是：整个系统应在规定的时间内，将需要的灭火剂用量施放到防护区，并使之在防护区内均匀分布系统设计的总原则是：管道直径应满足输送设计流量的要求，同时，管道最终 压力也应满足喷头入口压力不低于最低工作压力要求喷头的入口压力，一般不宜低 于2. 最小不应小于1. 4知&设计计算步骤如下：(1) 根据灭火剂总用量和单个贮存容器的容积，及其充装比，求出贮存器个数2) 根据管路布置，确定管段计算长度管段计算长度为管段沿程长度和管道 附件当量长度之和管道附件当量长度如下表所示：管道附件的当量长度管道公称直径(nn)螺纹连接焊 接4?弯头(1)9弯头0)三通的 直通部 分(d三通的 侧通部 分W4丁弯头0)9(?弯头0)三通的 直通部 分W三通的 侧通部 分150. 20. 50. 30. 90. 10. 20. 20. 7200. 30. 70. 41. 30. 20. 40. 31. 0250. 41. 00. 61. 80. 20. 50. 41. 4320. 61. 40. 82 50. 30. 70. 61. 9400. 71. 60. 93. 10. 40. 80. 72 3501. 02 21. 34. 20. 51. 11. 03. 2651. 33. 01. 75. 50. 61. 51. 34 2801. 63. 72. 16. 80. 81. 81. 65. 2100—1. 12 52 27. 3125————1. 43. 32 89. 5150—1. 84. 13. 511. 7(3) 计算输送干管平均质量流量。

4) 初定管径5) 计算管路终端压力根据每个喷头流量和入口压力，算出喷头等效孔口面积根据等效孔口面积，选定喷头产品的规格1、HFA23气体灭火剂设计用量计算（1）请按下面的公式计算气体所需量G = K1X V + K2X SG气体所需量（KK1:设计系数V防护区划的体积（吊）K2:开口部系数（=3. 9 Kg布）S开口部面积（吊）设计浓度（为与设计系数（K1 =" 的关系如下：1 / C ）K=WA^=- x s Uoo-cJG设计浓度（％S 容积比（=0. 3403 Kg HFG-23的 Latm 21. 1C 时的数值）F面是设计浓度（0与设计系数（K1）的曲线图L管网计算（1）管径确定在初选输送管道内径时，可根据管道设计流量按下表选定: 主配管管径的选定表（单位：Kg^ec）32rrm4. 52. 540rrm6. 54. 550mn11. 57. 565mn1& 013. 080nm29. 022. 0100rrm51. 038 0125rrm76. 060. 0150rm100. 082. 0管网计算时，宜采用平均设计流量，管网中主干管的平均设计流量，应按下列计 算：q=t式中Q,一主干管平均设计流量（5;时防护区三氟甲烷的灭火（或惰化）设计用量（昭；t-三氟甲烷的喷放时间（s）。

通常不应大于10秒；管网中支管的平均设计流量，应按下式计算：Q我0I式中Q一支管平均设计流量（B;攻一安装在计算支管流程下游的喷头数量（个）；Q一单个喷头的设计流量（S；Q）三氟甲烷的中期容器压力应根据下表计算：中期容器压力R （KgE）充装比（I/陶1. 201. 301. 401. 50R (Kg/cri)31. 532. 333. 033. 7充装密度（Kg/D0. 8330. 7690. 7140. 67（3）管道压力降计算三氟甲烷灭火剂沿管网流动压力降计算比较复杂，这里提供两种计算方法供参 考气液两相流进行逐次计算；（11）按液相流动叠加计算这里首先介绍三氟甲烷在管道中的流动呈气液两相流管道压力损失计算方法。