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气体灭火系统防护区泄压口（自动泄压装置）设计安装与使用（上）

日期：2024-04-19 14:45
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摘要：
文章来源于：朱劲武（北京利达海鑫灭火系统设备有限公司，北京　联系电话：13910793712）

                      气体灭火系统防护区泄压口（自动泄压装置）设计安装与使用

     文章针对在实践中存在的对自动泄压装置的认识误区进行了理论和实际上的说明，强调自动泄压装置，是与气体灭火系统配套的必备设备，它不是一个常开的孔，而是一种必须装置。作者对自动泄压装置如何正确设计、选择、安装、使用进行了详细阐述。使自动泄压装置在气体灭火中能正确发挥其实际功能和作用。
关键词：
自动泄压装置、必备装置、设计、结构、工作原理、选用依据、安装。
 
1　概述
气体灭火系统防护区泄压口，是指当气体灭火系统中的灭火剂喷放时，防护区内的压力值达到规定值时自动开启泄压的装置，简称泄压口，也称自动泄压装置，是与气体灭火系统配套的必备设备，一般安装在气体灭火系统保护区外墙或内墙的泄压孔上。（为便于表述，本文中统一简称泄压口）。
气体灭火系统灭火具有洁净、绝缘性能好、灭火速度快等特点，在灭火中和灭火后对保护对象及环境没有二次污染。因而被广泛应用于电子计算机房、电讯中心、通讯机房、图书馆、档案馆、珍品库、博物馆、配电室等洁净场所。2006年来，随着GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》国家标准的颁布，消防监督部门加大了灭火设备的检查力度，2007年后市场对自动泄压口的需求也明显增多。因泄压口产品是新产品，目前国家、行业尚无统一标准。大多数生产泄压口产品的厂家或公司都只生产某一种类型的泄压口。而通过从百度、谷歌等搜索网站检索来看，**介绍泄压口应用、设计、安装与使用的资料和文章少之又少，给企业正确选择、设计、安装、使用泄压口带来了许多问题，不利于泄压口在气体灭火中正确发挥其实际功能和作用。两年多来，本人对国内外各厂家泄压口资料、样品进行了系统的收集，对该产品进行研发，进行了大量的试验。为使国内自动泄压口产品得到正确的使用和发展，现特写此篇文章。在本篇文章中难免会存在一些不足和缺陷之处，本人真诚的期待广大同仁给予指正。
2　设置泄压口的必要性
2.1相关标准中使用泄压口规定表述不清，造成歧义。
l GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》国家标准颁布之前，原有的国家标准和规范对灭火系统必须使用泄压口的规定表述模糊，用词模棱两可，致使在气体灭火系统的实际应用中相关设计和监督部门无法正确设计和监督泄压口的安装和使用。
GB50193-93《二氧化碳灭火系统设计规范》国家标准条文说明第3.2.6条中阐述：“采用全淹没灭火系统保护的大多数防护区，都不是完全封闭的，有门、窗的防护区一般都有缝隙存在；通过门窗四周缝隙所泄漏的二氧化碳，可防止空间内压力过量升高，这种防护区一般不需要再开泄压口。”
DBJ15-23-1999《七氟丙烷（HFC-227ea）洁净气体灭火系统设计规范》广东地方标准第3.0.6条中Pf符号解释：“Pf—围护结构承受内压的允许压强（Pa）。当设有外开门弹性闭门器或弹簧门的防护区，其开口面积不小于泄压口计算面积的，不须另设泄压口。”
DG/TJ08-306-2001《惰性气体IG-541灭火系统技术规程》上海地方标准条文说明书3.1.2条解释：“对于密封性较好的防护区，规定安装泄压口。”也就是说防护区密封性较差的可不安装泄压口。
l 2006年3月GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》国家标准发布，
由于该标准的宣传、贯彻和印刷的滞后，各设计院和消防监督部门实际上到2008年才开始按此标准对相关气体灭火系统项目进行设计和监督。但由于该标准中第3.2.7和第3.2.9条用词模糊，给部分设计人员和用户带来误解。规定第3.2.7条“防护区应设置泄压口，七氟丙烷灭火系统的泄压口应位于防护区净高的2/3以上。”如此表述，导致部分人认为泄压口就是在离地三分之二的净高处开一个泄压孔，而不是一种泄压装置，规定第3.2.9条“喷放灭火剂前，防护区内除泄压口外的开口应能自动关闭。”这再一次说明泄压口就是一个常开的孔，加深了部分设计人员的误解。
2.2　设置泄压口的实际必要性
依据GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》要求，七氟丙烷灭火系统灭火设计浓度一般为8％～10％。当七氟丙烷灭火剂释放到一个完全密封的防护区，驱动气体（氮气）的释放和七氟丙烷灭火剂在20°C标准大气压下，气化使防护区压强随之升高，药剂吸收一部分的热量，使防护区温度降低，这造成压强降低值很小。压强的升高主要与防护区的密闭程度和灭火设计浓度以及泄压口（自动泄压装置）的密封性有关。压力升高值基本上等于防护区灭火设计体积浓度比，升高值为8～10KPa，这个压强值将超过轻型、高层建筑和普通建筑1.2 KPa的6～8倍。
我们在密封性好的108m3试验室做泄压口开启动作试验，开启动作压力设为1.1+0.1 KPa，理论计算试验氮气压力值为1.45MPa，实际试验压力值为3.8 MPa，则高出2.62倍。这说明灭火设计浓度小的七氟丙烷灭火系统，若防护区密封性较好时，气体释放后防护区压力值仍能超过1.2 KPa，这将会给防护区内围护结构造成损坏，导致系统不能正常灭火。
在IG-541混合气体灭火系统中，灭火设计浓度为37.5％～43％；二氧化碳气体灭火系统中，灭火设计浓度在34％～62％之间。也就是说当这两种灭火剂释放到完全封闭的防护区内，防护区内的气体体积迅速膨胀，防护区内的压强值将超过允许压强1.2 KPa的25倍以上，足可以摧毁防护区内整个围护结构。某公司在长6m,宽6m，高4m的试验室做IG-541混合气体试验，防护区内开有直径Φ200mm的通风口，通风口上的排风扇正常工作，当向试验室喷入7瓶组70升IG-541混合气体时，试验室的门被弹开，排风扇严重变形。
在我公司100m3以上试验室中，做IG-541混合气体灭火系统实际灭火试验时，几名有丰富气体灭火系统模拟试验经验的泄压口研发设计和试验人员，深刻了解超压气体释放时的威力和破坏力，在要求确保灭火试验成功和试验室内设备、墙体、门框及窗户不受到破坏，人们又只能挑选一种类型和规格的泄压口进行安装时，这几名人员不约而同的均提出以下两套方案：
**套方案：若只能安装一台时，选用无电源式泄压口。无电源式结构中优先选用室外壁挂无电源盖式泄压口。理由是：（1）无电源式泄压口现场检测合格后，再做试验则****无故障；有电源式泄压口现场检测合格后，由于它的结构比较复杂仍不能****确保无故障率，如：突然断电、线路接触**、无器件性能不稳定等等原因。（2）室内壁挂无电源式泄压口装置，理论计算的开启压力值与实验参数值一致，这是由它的结构而决定的。当防护区内压力值达到装置设定的压力值时，同时开启，无开启滞后时间。有电源式比无电源式泄压口大约滞后0.3秒钟左右。而其它无电源式泄压口装置，阀门的开启受控于驱动执行机构控制，理论计算的开启压力值与实际试验参数值相差较大。所以，无电源式泄压口开启压力值必须以实际气体喷放模拟试验参数值为准。
**套方案：安装两台，**台为无电源式泄压口，开启压力值设定为1.1KPa以下正常开启；另一台为无电源式或有电源式泄压口，开启压力值设定在1.3KPa，这样能确保试验成功和**可靠。
2.3　新规范中明确规定气体灭火系统防护区应采用泄压口
2006年3月2日发布的GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》中，从设计要求条款和防护区的泄压口面积计算公式条款用词来看，无论防护区门窗密封性好与差和防护区门安装的是否为外开弹簧门或弹性闭门器，如采用气体灭火系统，则防护区内都必须安装泄压口。泄压口不是一个开口，而是一种泄压装置。此装置平时常闭，当达到或接近防护区允许压强值时自动开启泄压，低于设定压力值时自动关闭，以避免灭火药剂流失，影响正常灭火效果。
近几年来，采用泄压口的多为一些重点工程和项目，对防护区内温度和湿度的精度要求很高，因此对防护区的密封性要求也很高。所以GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》国家标准中规定，采用气体灭火系统的防护区内均应设计安装泄压口。修改后的新标准对旧的标准和规范中模棱两可的用词给予了修正。据各消防工程公司和本公司售后服务人员反馈，在各级消防检查中，消防验收和监督部门都均严格按新标准执行，若消防项目中安装了气体灭火系统，首先要检查各防护区是否安装了泄压口（自动泄压装置）。
3　泄压口面积设计依据与计算
3.1　防护区内围护结构*高允许压强
防护区内门、窗上的玻璃允许压强不应低于建筑物的允许压强。目前国内各设计部门防护区内围护结构承受内压的允许压强，无论建筑物是轻型和高层建筑，还是标准建筑及地下建筑，均设定为1.2KPa，该值的设定是依据GB50370-2005标准中3.2.6条款，参照美国NFDA12B-1980标准中给出的，若设计部门和用户需提高防护区内围护结构承受的允许压强，应由建筑设计部门试验给出。
 
表4 建筑物的内压允许压强
建筑物类型
允许压强（Pa）
轻型和高层建筑
1200
标准建筑
2400
重型或地下建筑
4800
 
3.2 泄压口面积计算公式
七氟丙烷和IG-541混合气体灭火系统的防护区的泄压口面积公式应分别依据GB50370-2005标准中3.3.13和3.4.6公式计算。二氧化碳气体灭火系统应依据GB50193-93中3.2.7公式计算该防护区的泄压口面积。
3.3 设计计算
3.3.1七氟丙烷气体灭火系统泄压面积电子表格计算表
注：（1）依据该表计算公式和说明栏中的各公式，分别将L、B、H、t、C可变化的参数代入公式中，可计算求得防护区的总泄压面积。
（2）若使用者经常设计计算气体灭火系统，则可编制一个电子表格，将字母上标有‘’符号的可变化的参数填入表中，电子表格自动快速准确的计算出各相关参数。
（3）电子表格中主要公式编制方法：（a）分区1格中的L、B、H、VV、AV、t、S、C、K、W、P t参数分别为E4、E5至E15位置。（b）公式VV=E4*E5*E6；公式W=1.05*E12*E7*E11/E10/（100-E11）；公式FX＝0.13*（E13/E14）/SQRT(E15)。
3.3.2 IG-541混合气体灭火系统泄压面积电子表格计算表
 
注：（1）IG541混合气体灭火系统防护区泄压口总泄压面积计算和电子表格编制方法与七氟丙烷灭火系统相同，这里不再赘述。
（2）IG51混合气体灭火系统灭火药剂剩余量公式为Ws≥2.7Vo+Vp，计算过程比较复杂，经大量设计计算，剩余量一般为防护区设计用量的2～5%之间，则取剩余量K=1.05。
3.4主要气体灭火系统在不同容积下的泄压面积
 
 
防护区泄压面积参数表
气 体 类 型
七氟丙烷气体灭火系统
IG541混合气体灭火系统
设计浓度（%）
8
10
37.5
42
喷放时间（S）
9
9
55
55
药剂剩余量（%）
0.05
0.05
0.05
0.05
防护区
泄压总面积（m2）
防
护
区
容
积
(m3)
100
0.03
0.04
0.04
0.04
200
0.06
0.08
0.08
0.08
300
0.10
0.12
0.12
0.13
400
0.13
0.16
0.15
0.17
500
0.16
0.20
0.19
0.21
600
0.19
0.25
0.23
0.25
700
0.22
0.29
0.27
0.29
800
0.26
0.33
0.31
0.33
900
0.29
0.37
0.35
0.38
1000
0.32
0.41
0.38
0.42
注：（1）防护区内围护结构承受内压为1200Pa。
　（2）将防护区容积和保护对象的灭火设计浓度带入本表中，便可快捷查得防护区的总泄压面积。
（3）选用某厂家型号、数量的泄压口的总面积不得小于防护区的总泄压面积。
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