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国内首例室外无电源式自动泄压装置（泄压口）试验

日期：2024-05-08 09:37
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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）

摘要：
文章揭示了国内首例室外无电源式自动泄压装置，在 IG541 混合气体灭火系统中的真实模拟试验。通过试验和性能特性参数，说明泄压口产品是气体灭火系统中的必备设备。使人们对泄压口产品设计、使用有更进一步认识。
关键词：
自动泄压装置、泄压口、必备设备、特性。
 
1 　概述
2006 年 5 月 1 日 实施的 GB50370- 2005 《气体灭火系统设计规范》国家标准中规定，自动泄压装置也叫气体灭火系统防护区泄压口，简称为泄压口（为便于表述，本文中统一简称该装置为泄压口）。它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防护区外墙或内墙的泄压孔上。当气体灭火系统中的灭火药剂喷放，防护区内的压力值达到规定值时，自动泄压装置将自动开启泄压，使防护区内的门、窗、墙体围护结构和设备不造成损坏，同时保证气体灭火系统能正常灭火。
按此规定要求，从 2007 年开始泄压口产品逐渐与气体灭火系统配套使用。但人们禁不住要问，早在 2007 年以前，我国就开始采用二氧化碳气体灭火系统、卤代烷气体灭火系统和卤代烷替代气体、七氟丙烷、 IG541 混合气体等气体灭火系统，为什么以前泄压口未得到推广使用呢？本人通过对相关规范、行业标准和地方标准进行认真研究分析，得出原因如下：（ 1 ）相关规范和标准中使用泄压口的规定表述模糊，用词模棱两可，致使相关设计和消防监督部门无法正确设计和监督泄压口的安装和使用情况；（ 2 ）我国现在开始高度重视人民生命、财产**，且对事故责任人将予追查到底；（ 3 ）以前气体产品使用较少，人们对气体产品了解相对不多，更加不清楚泄压口产品的作用。
本人通过从百度、谷歌等搜索网站检索和查阅大量消防资料、文献得知，国内、外暂时还没有关于泄压口产品模拟试验的文献介绍。而要证明泄压口装置是气体灭火系统的必备设备，我们不但要从理论上（本人已撰写和发表了《气体灭火系统防护区泄压口设计与安装使用》文章）对其必要性进行阐述，更有必通过对泄压口作真实模拟试验，用试验过程和参数来说明泄压口安装的重要性和必要性。近日，我公司进行了室外无电源式自动泄压装置在 IG541 混合气体灭火系统中的真实模拟试验，现将真实模拟试验过程和期间的性能特征参数为大家进行较详细的介绍，以其使国内同仁对泄压口产品有更为详尽的了解和高度重视，并使泄压口产品得到正确使用及发展，文章中不足和缺陷之处，本人真诚期待您给予批评指正。
•  试验目的及设备选择要求
泄压口产品在气体灭火系统中的真实模拟试验属国内**，在确保人身、财产**和试验成功的基础上，真实反映泄压口产品在*严酷的环境下，实验过程要求真实、可靠，参数准确。
2.1 　实验气体灭火系统选型
气体灭火系统有许多种类，目前使用量*大的有七氟丙烷气体灭火系统、 IG541 混合气体灭火系统和二氧化碳三种气体灭火系统。这三种气体灭火系统扑灭汽油液体火灾的灭火设计浓度和有效喷射时间及灭火剂钢瓶内 20 ° C 时的工作压力分别为 8 ％，≤ 10S ， 4.2MPa ； 37.5 ％，≤ 60 S ， 15MPa ； 34 ％，≤ 60 S ， 75MPa 。灭火设计浓度实际上就是气体灭火药剂释放到防护区内，防护区增加的体积比率，七氟丙烷灭火药剂主要是化学灭火，破坏燃烧链，所以灭火浓度较低。 IG541 和二氧化碳灭火药剂主要是物理灭火，通过降低保护区的氧气浓度到 12 ～ 14 ％，隔离氧气实现灭火。
从上述三组灭火设计浓度和有效喷射时间及灭火剂钢瓶内 20 ° C 时工作压力等参数来分析，在三种气体灭火系统保护的防护区容积和设备种类均相同的条件下， IG541 混合气体灭火系统释放到 20 ° C 、一个大气压下的体积量*多，二氧化碳气体灭火系统次之，七氟丙烷气体灭火系统*少。当防护区密封性很好时， IG541 、二氧化碳、七氟丙烷气体灭火系统释放到防护区内的压力可分别达到 52 、 11 ～ 31 、 2.1KPa 左右。
大多数人们不了解 IG541 混合气体灭火系统灭火气体释放到防护区内的压力和破坏力，但是人们都清楚台风所带来的破坏力。台风分 13 级： 0 ～ 12 级。 6 级为强风； 8 级为大风，风速 62 ～ 74Km/h 、 17.2 ～ 20 .7m /s 、风压 0.27KPa 。 24 小时内受 8 ～ 9 级台风影响时，为黄色报警，要求船只回港避风，停止高空作业，危房居民应立即转移； 10 级为狂风，风速 89 ～ 102 Km/h ， 24.5 ～ 28 .4 m /s ，风压为 0.5KPa 。这相当于每平方米广告牌承受约 51Kg 力作用，狂风所到之处可拔起树木，损坏建筑物； 12 级为飓风，风速≥ 117Km/h 、≥ 32.6m /s 、风压〉 0.66KPa ，陆地上极少见，摧毁力极大。 2006 年 8 月 10 日浙江省台州遭受了 1956 年以来罕见的超强台风“桑美”的正面袭击，当地疏散了 100 多万人。这是历史以来*大的一次台风，据气象部门统计，瞬时*大风速达 120 m /s ，瞬时*大风压达 19.86 KPa ，台风所到之处，对人民的生命财产均会造成重大损失。
综合上述分析，试验气体灭火系统采用 IG541 混合气体灭火系统，试验防护区和泄压口产品可接受*严酷的试验。
2.2 　实验泄压口选型
泄压口产品目前主要有室外无电源盖式、室内无电源叶片式、室内有电源叶片式三种类型。为了使国内首例泄压口产品**、可靠，并保证试验成功，根据这三种类型泄压口产品结构和试验参数综合分析，我们决定选用室外无电源盖式泄压口产品为主要测试产品。开启压力设定在 1.05 KPa 。为了确保试验室门、窗、墙体及其它试验室的围护结构不遭受 IG541 灭火气体释放压力的破坏，再选择两台泄压口产品作为备用，一台为 XWZ10/1.2 型室外无电源盖式泄压口，另一台为 XND13/1.2 室内有电源叶片式泄压口，这两台泄压口开启压力设定在 1.4 MPa 开启。这样能确保试验**、可靠。
2.3 　实验中泄压面积确定
根据 GB50370- 2005 《气体灭火系统设计规范》和 GB50193-93 《二氧化碳灭火系统设计规范》国家标准中防护区的泄压口面积公式计算， IG541 、高压二氧化碳、七氟丙烷三种气体灭火系统，在 108m 3 试验室灭 B 类汽油火灾的泄压口面积分别为 0.04 m 2 、 0 .03 m 2 、 0 .03 m 2 。三种气体灭火系统均采用 70 升 灭火剂钢瓶，这三种气体灭火系统所需钢瓶分别为 5 个、 3 个、 1 个。三种灭火剂钢瓶内 20 ° C 时的工作压力分别为 15 MPa 、 5.2 MPa 、 4.2 MPa 。
综合分析， IG541 混合气体灭火系统在 108m 3 试验室试验属国内**，泄压口面积选择应大于计算值 0.04 m 2 ，选择 XWZ15/1.2 型室外无电源盖式泄压口，泄压口面积为 0.15 m 2 ，是计算值的 2.7 倍，这样能再一次确保试验的**、可靠性。
2.4 　实验中泄压口主要参数设定
2.4.1 开启工作压力： 1.1 + 0.1 KPa
指泄压口达到设定的*大工作压力值时，自动开启的压力值。目的是为了确保防护区内各围护结构的**性。
2.4.2 关闭工作压力： 0.95 + 0.05 KPa
指泄压口低于设定的*小工作压力值时，自动关闭的压力值。目的是为了确保防护区内的围护结构**基础上，防止气体灭火药剂不必要的流失，避免造成灭火时间延长，甚至不能扑救火灾的严重后果。
•  启闭滞后时间：≤ 2S
指从泄压口达到设定的启闭工作压力值时算起，至泄压口完全启闭或达到相应启闭状态的时间。是反映泄压口工作灵敏度性能参数指标，也是确保防护区**性能和减少气体灭火药剂流失的一个性能指标。
室外无电源盖式泄压口与室内无电源叶片式和室内有电源叶片式泄压口对比，室外无电源盖式泄压口开启滞后时间小于 0.5S ，关闭滞后时间为 1.0S 左右，比另外两种类型泄压口启闭时间大约快 0.5S 左右。本试验采用室外无电源盖式泄压口产品，有利于试验的**性。
•  漏风量：≤ 700 m 3 / m 2 · h
当泄压口前后压力差为 300Pa + 50KPa 时，其单位面积在标准状态下的漏风量不应大于 700 m 3 / m 2 · h 。漏风量性能参数是确保防护区内气体灭火药剂从泄压口不流失或少流失的一个重要指标，可促使防护区内瞬间达到灭火浓度，将火灾迅速扑灭。若泄压口漏风量过大，在喷射过程中，防护区内刚刚达到或尚未达到灭火浓度。这将延长灭火时间，甚至会加大火势，不能扑救火灾。
室外无电源盖式泄压口经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检测，漏风量为 1.35 m 3 / m 2 · h ，另两种类型泄压口漏风量为 274 m 3 / m 2 · h 。目前国内许多生产泄压口产品的厂家，对该漏风量指标不重视，很难达到该性能参数指标。本试验采用室外无电源盖式泄压口产品，有利于检测防护区在密封性很好的“严酷”环境下，它的**性和动作的真实性。
3 　试验方法及相关要求
•  试验环境
环境温度： 24 ° C ～ 28 ° C ；
相对湿度： 55 ％；
大气压力： 102 KPa （ 1 个大气压）
•  试验室与设备
3.2.1 试验空间
试验室容积为 108m 3 ，长 8.45m ，宽 4 m ，高 3.2 m 。试验室门一张，高 2.15m ，
宽 0.8 m 。窗户两个，高 1.06 m ，宽 0.7 m ，玻璃厚度为 3 mm 。在试验室 2/3 净高 2.2 m 处安装泄压口产品。
试验室处于相对密封状态。也就是说本试验采用 90 升 钢瓶一个，内充装 1.44 MPa 氮气，释放到防护区内，当试验室处于**密封状态时，压力值应显示为 1.2 KPa ，而检测压力值为 0.1 ～ 0.2 KPa 。说明试验室的密封性不是很好。目前大多数气体灭火系统防护区的密封性能不会比试验室的密封性差，许多防护区要求恒温恒湿的环境，因此对密封性的要求就更高。
•  输气管道与喷嘴
试验室内安装 DN32 的管道和两个喷嘴，均布于试验室顶部。
•  B 类火试验油盘及燃料罐
试验室中心放置 B 类火灾试验油盘，直径为 500 mm ，内盛装 40 mm 高度的 93 号汽油，下部垫 20 mm 高度水。试验室四角对角线处，各放置燃料罐两个，两个放在地面上，另两个离地面 1.8m 高处，内盛装 93 号汽油。
•  压力测量
试验室安装压力变送器和膜合压力表。
3.4 　气体灭火系统设备
在 108 m 3 试验室灭 B 类（汽油）火灾时，若采用 IG541 混合气体灭火系统，灭火设计浓度为 37.5 ％，理论计算 IG541 混合气体药剂量为 73.5Kg ，则应采用 70 升 钢瓶 5 个。
GB50370- 2005 《气体灭火系统设计规范》国家标准中 3.2.6 条规定，防护区围护结构承受内压的允许压强，不宜低于 1200 Pa 。一般设定泄压口产品的开启工作压力不超过 1200Pa ，才能确保防护区围护结构的**。当 70 升 5 个钢瓶内的 IG541 混合气体全部释放到 108m 3 试验室内，也就是说当采用的 IG541 混合气体灭火系统，气体喷射到设计的防护区容积内，当防护区**密封时，释放的气体压强将是 1200 Pa 的 43.6 倍以上；当防护区处于相对密封状态（指 108m 3 试验室密封状态）时，释放的气体压强是它的 21.8 倍以上。从这两组数据来看，泄压口产品在 IG541 混合气体灭火系统防护区做真实模拟试验是非常危险的，也是非常有必要的。这说明泄压口是气体灭火系统的必备重要设备。
3.5 　泄压口产品
采用 XWZ15/1.2 型室内无电源盖式泄压口（自动泄压装置）产品做本次试验，它的泄压面积为 0.15 m 2 。它具有结构简单、零部件少、无需电源、开启压力准确、漏风量小、工作可靠、无故障率、启闭灵活、单价低等特点。
 
4 　试验过程与参数
4.1 IG541 混合气体灭火系统减压特性和参数（见图一）
IG541混合气体灭火系统减压特性和参数

从图一中三条曲线，可以看出，IG541混合气体灭火系统从钢瓶中释放出来时，在单位时间内，减压孔板前和减压孔板后及喷嘴出口压力分别为：
（ 1 ）第 1S 时：分别为 14.68MPa 、 4.96MPa 、 3.52MPa ；
（ 2 ）第 2S 时：分别为 14.66MPa 、 6.7MPa 、 5.21MPa ；
（ 3 ）第 3S 时：分别为 14.55MPa 、 5.86MPa 、 4.58MPa ；
（ 4 ）第 5S 时：分别为 14.12MPa 、 4.64MPa 、 3.63MPa ；
（ 5 ）第 10S 时：分别为 11.98MPa 、 2.88MPa 、 2.26MPa ；
（ 6 ）第 15S 时：分别为 9.31MPa 、 2MPa 、 1.57MPa ；
（ 7 ）第 20S 时：分别为 6.89MPa 、 1.48MPa 、 1.16MPa ；
（ 8 ）第 30S 时：分别为 3.80MPa 、 0.76MPa 、 0.59MPa ；
（ 9 ）第 40S 时：分别为 2.13MPa 、 0.36MPa 、 0.28MPa ；
（ 10 ）第 50S 时：分别为 1.25MPa 、 0.15MPa 、 0.12MPa ；
（ 11 ）第 60S 时：分别为 0.77MPa 、 0.05MPa 、 0.04MPa 。
从图一减压特性曲线可以看出，减压孔板前的压力等于钢瓶内压力，它大于减压孔板后的压力，喷嘴压力*小。第 2S 时减压孔板后的压力和喷嘴出口压力达到*大值，分别为 6.7 MPa 和 5.21 MPa 。 IG541 气体灭火系统有效喷射时间大约为 48S 。
•  试验室内压力特性和参数　
试验室内压力特性和参数
从图二试验室内压力特性曲线可以看出， IG541 混合气体灭火系统中的灭火气体经管道和两个喷嘴释放到防护区内时，在单位时间内，试验室内的压力值急骤变化与 IG541 混合气体灭火系统释放的压力大小、速度和泄压口开启面积大小、开启次数紧密相关，试验参数如下：（ 1 ） XWZ15/1.2 型室外无电源式泄压口总计开启了四次，前三次开启的压力均为 1.05 ～ 1.10KPa ，第四次开启的压力大约为 1.0KPa 。其它两台备用泄压口均没有开启。（ 2 ）泄压口四次开启的时间分别为第 2S 、第 6S 、第 9S 、第 14S ，每次开启时间大约为 1S 左右。（ 3 ）泄压口在 14S 内连续开启四次后，第 17S 时第五次达到 0.8 KPa 的*高值，但泄压口没有开启。试验室内的压力值大约经过 16S 的时间缓慢降至 0.3 KPa 。（ 4 ）试验室内放置的五盘 93 号汽油火，大约在 8S 左右全部熄灭。查阅本公司 IG541 混合气体灭火系统送检国家检测中心， B 类火灾试验，灭火时间为 48S 。两者相比，灭火时间减少约 40S 。其主要原因是本试验室和泄压口密封性较好，灭火气体药剂量流失较少，短时间内使试验室能迅速达到灭火浓度。
5 　结论和建议
通过上述 XWZ15/1.2 型室外壁挂无电源盖式自动泄压装置（泄压口）产品，在 IG541 混合气体灭火系统试验室的真实模拟试验，得出如下结论：
（ 1 ）国内首例泄压口在相对密封的试验室内试验，开启和关闭压力值准确、可靠，能确保防护区的**，试验是成功的。试验室内的门、窗、玻璃及其它实物均完好无损。
（ 2 ） IG541 、高压二氧化碳、七氟丙烷气体灭火系统的灭火气体药剂，释放到相对密封的防护区内，防护区内的*大压力值将超过 10 级狂风的风压（ 0.5 KPa ）。台风风压不大，但风力持续时间长，所以破坏力大。而气体灭火系统喷射的气体是瞬时释放，破坏力是瞬间的。所以，我们应充分认识到这一点。建议防护区设在高层建筑、玻璃幕墙的、防护区具有相对密封状态的区域，若采用 IG541 和高压二氧化碳气体灭火系统，配套的泄压口产品应通过国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检测中心检测并获得检验报告；并建议实际采用的泄压口面积应大于理论计算的泄压面积一倍左右。
（ 3 ）通过理论研究和试验，证明泄压口产品是气体灭火系统中的必备重要部件。合格的泄压口产品既能起到防护区内超压气体释放的作用，又能避免防护区内灭火气体药剂量的不必要的流失，确保防护区内火灾以*短时间扑救，将火灾损失降低到*小。
（ 4 ）目前有小部分消防工程商和用户用与泄压口配套的辅助设备 —— 固定格栅，也称风口部件来代替泄压口产品，欺骗检查方，蒙混通过消防监督部门的验收。一旦发生火灾，气体灭火药剂将通过风口部件大量泄漏，严重影响防护区内灭火药剂浓度，将直接导致火灾不能扑救，给人民生命、财产带来巨大损失。通过此次真实模拟试验，我们应清楚的知道泄压口产品的用途和实际作用。切不可用固定格栅，也称风口部件来代替泄压口产品。
（ 5 ）本次试验向本人和同仁揭示了在安装有泄压口装置的防护区，它的压力变化特性和泄压口的运行过程。通过本次试验参数，使本人对泄压口设计、计算、使用有了更进一步认识。本人将通过对其它种类、规格产品进行试验后，在后续的文章中进行阐述。
 
*后感谢您阅读本篇文章，同时诚挚欢迎您光临本公司（北京利达海鑫）网站（ www.leaderhaixin.com ），使用本公司产品，真诚期待您的宝贵意见。
参考文献：
〔 1 〕 GB50370- 2005 《气体灭火系统设计规范》
〔 2 〕 GB50193-93 《二氧化碳灭火系统设计规范》
收稿日期： 2009 -07-20 ；　　　　　修订日期： 2009 -08-28
作者地址：北京市北京经济技术开发区荣京东街 17 号北京利达海鑫公司
作者邮编： 100176 　　　　　　　　电话： 010-69508067
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