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浅谈气体灭火系统的设计浓度和安全系数

日期:2019-11-20 19:20
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摘要:
    文章来源于 路景志   南京理工大学    

     随着我国建筑消防事业的飞速发展,近年来气体自动灭火系统到了越来越广泛的应用。特别是在许多防火重点部位,多数都采用了技术先进、自动化程度高的气体灭火系统。这就大大地提高了防火重点部位的安全可靠性。与此同时,随着气体灭火系统的发展,国内的设备制造厂家和施工单位如雨后春笋般的不断增多,为了使得重点防火部位的气体灭火设备质量得到保证,一旦发生火灾能迅速灭火,就必须做到:a.该系统具有满足灭火需要的足够的灭火剂;b.具有符合设计要求并及时准确发现火情和正确控制灭火装置的报警控制系统;c.能使灭火剂安全准确地喷放到发生火灾的防护区的灭火设备和管网系统;d.符合要求的防护区围护结构等。这其中具有足够数量的灭火剂是*为重要的。
  气体灭火系统中灭火剂的数量是根据该防护区的容积和灭火剂的设计浓度及所保护的可燃物质的特性计算得来的。对于同一种灭火剂,由于其扑灭可燃物质不同,其所选用的设计浓度也不相同,同样,对于同一种可燃物质,采用的灭火剂种类不同,其设计浓度也不同。下面我们就有关设计浓度问题进行分析。
  在国际标I8014520-1《气体灭火系统的物理性质和系统设计》之3.6.1中指出:“系统设计浓度包含了灭火剂的灭火浓度和安全系数”。3.6.3中指出“灭火浓度是指在规定的试验条件下,扑灭某种可燃物所需的灭火剂的*小浓度”。7.5.1.2中指出:“每种灭火剂扑灭B类火的*小设计浓度必须是该种B类可燃物的试验灭火浓度乘以1.3倍的安全系数”。同样,7.5.1.3中指出:“每种灭火剂扑灭A类火的*小设计浓度必须是扑灭该A类可燃物的试验灭火浓度乘以1.3倍的安全系数”。由此可见,设计浓度是该灭火浓度和安全系数的乘积。即设计浓度是由灭火浓度和安全系数两部分组成的。
  扑灭某种可燃物的灭火浓度是在所规定的试验条件下,进行三次成功的灭火试验所测定而得到的。显然,由于可燃物成分和批次的差异,试验取样和实际工程中同类可燃物的差异,使得扑灭同类型可燃物灭火浓度是有差异的,虽然可能差异不大,但毕竟是一个范围而不是某一不变的定值,所以,在国际标I8014520-1的附录C之C.6.1.3.2中这样规定:“试验室灭火剂的灭火浓度是在连续三次试验中实现令人满意的灭火的浓度设计浓度是试验室灭火浓度与合适的安全系数之乘积”。
  由于灭火浓度本身是试验值,是代表某种类型的可燃物质火灾被扑灭时所用灭火剂的浓度,对于每一种确定的可燃物其灭火浓度就是在某一范围内的不确定值。为了确保能够可靠的灭火而又不至于浪费过多的灭火剂,选择合适的安全系数就显得特别重要。
  下面表中给出的几种灭火剂的灭火浓度数据是美国的几个不同的研究单位的试验数据,从中不难看出国家标准中给定的数据是综合了各种试验结果而较为合理的选出的,但毕竟有所差异。
 
杯型燃烧器正庚烷灭火浓度燃烧值
            灭火剂种类
试验单位
HFC-227ea
HFC-23
IG-541
HFC-236fa
1301
美国海军研究试验室
NRL
6.6
12
 
 
3.1
美国3M公司
Fenwal
 
 
 
 
3.9
美国大湖化学公司
GLCC
5.9
12.7
 
 
3.5
研究人员
Fewwal
5.8
12
 
5.3
3
国家标准和技术研究
NIST
6.2
12
 
6.5
3.1
安苏尔消防公司
Ansul
 
 
29.1
 
 
新墨西哥工程研究院
NMERI
6.3
12.6
 
5.6
2.9
 
  安全系数也称裕度系数,即在原灭火浓度的基础上,额外增加一定数量的灭火剂用来作为设计浓度,使得灭火更加可靠、工程设计更加安全。
包含在设计浓度中的安全系数大致用来弥补如下内容:
A.工程中的防护区不可能是优良密封的,在灭火的过程中,
由于防护区的泄漏使得灭火剂的有效灭火浓度减少,尤其是灭火剂流量大,压力高时,泄漏显得更为严重,这部分损失有时可达到10%。
B.由于实际工程中的灭火环境温度与试验室的试验温度的差
异引起的灭火剂设计用量的误差。例如:设计温度通常用200C,而实际灭火时可能是从-200C到+500C之间变化的某一温度值,这就造就了灭火剂用量的不确定性。
C.当火场上的可燃物表面温度过高时,使得灭火剂的灭火效率局部下降,出现灭火剂设计用量的不足而影响灭火效果。
D.由于可燃物种类繁多,不可能对每种物质都进行灭火试验,而只能按照类型来确定灭火浓度,当在同类物质中的各种物质之间的燃烧性能、燃烧生成物、热值等是有差异的,每种物质的准确的灭火浓度是不同的。
  因此,适当的合理地选择安全系数是很重要的。在前几年,我国的设计规范中取1.2倍的安全系数同样在美国标准NFPA2001中也取安全系数1.2倍。现在为了与国际标统一,在GA400-2002中取规定为1.3倍。安全系数是设计浓度的重要组成部分,它是用来弥补诸多不确定因素对灭火效果造成的影响,它直接关系到灭火系统中灭火剂的数量,直接影响到消防工程的安全可靠性。所以安全系数是规范中的法定计量,是不能任意增大或减少的。
  目前我国标准GA400-2002中对各类灭火剂扑灭正庚烷和A类表面火的灭火浓度和*小设计浓度进行了规定:
灭火剂名称
B类正庚烷火
A类木垛表面火
灭火浓度%
*低设计浓度%
灭火浓度%
*低设计浓度%
HFC-227
6.6
8.6
5.8
7.5
HFC-23
12
15.6
15
19.5
IG-541
33.8
43.9
28.1
36.5
 
  由于同一类可燃物之间的差异,各种可燃物的*低设计浓度也不同,但到目前为止,试验数据还很少,在使用过程中,通常按如下数据分类。