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控制七氟丙烷实际应用浓度的方法

日期：2024-05-06 00:52
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摘要：
                                                                       王致新
（天津兆龙软件公司）
 
七氟丙烷灭火系统近年来在我国得到广泛应用，包含七氟丙烷灭火系统在内的我国气体灭火系统设计规范也已在2006年5月1日开始实施。
具体到某一个七氟丙烷灭火系统中的灭火剂都是以固定充装比储存在高压储瓶内的，即每个储瓶中充装的灭火剂重量是一定的。防护区一旦发生火情，灭火系统动作时，实际喷放到防护区内灭火剂的质量是通过计算确定的若干个储瓶中充装的（除瓶中的剩余量外）全部灭火剂。因为灭火剂的喷放只能是储瓶充装量的整数倍，所以灭火剂在防护区内的实际应用浓度通常会大于设计灭火浓度。特别是组合分配系统，由于各防护区的容积不同，防护区内的可燃物也不尽相同，所以各防护区的设计灭火浓度及灭火剂的用量也不相同。但是，每个防护区灭火时动作的储瓶数只能是整数。因此，每个防护区内的实际应用浓度与各自的设计灭火浓度之比通常都大于1。如果设计不当，实际应用浓度往往远大于设计灭火浓度，且比值的差别可能相当大。
美国NFPA2001《洁净气体灭火系统设计标准》第1-5.1.2.2条规定：“为了防止危害人体健康，防护区（海平面高度上）内氧的浓度不得低于16%。在一般防护区内任何卤代氢灭火剂（包括七氟丙烷在内）的实际应用浓度不得大于标准中给定设计浓度的24%”。
这就是说，NFPA2001中规定：实际应用浓度不得比设计灭火浓度大24%，否则会影响人体健康。其目的在于确保防护区内氧的浓度不低于16%。
我国国家标准GB50370 – 2005《气体灭火系统设计规范》第3.3.6条规定：“防护区实际应用的浓度不应大于灭火设计浓度的1.1倍”，但未说明给出这一要求的原因。
我国规范对七氟丙烷灭火系统的此项严格要求对于系统设计，特别是对组合分配系统的设计带来了很**烦。储瓶容积及药剂充装量如果选定不当就无法保证规范的上述规定，但确定这两项参数却有很大难度。
为了确保设计符合我国规范的要求，这一问题迫切需要加以解决。
 
1、七氟丙烷的实际用量和实际喷射浓度
规范规定：七氟丙烷在某一防护区的设计用量
         W=KVC/S(100-C)  ------------------------------------------  （1）
其中 W---灭火设计用量或惰化设计用量（kg） 
     V---防护区总容积（m3）
     C--- 设计灭火或惰化浓度（%）
     S--- 比容（m3/kg）
K--- 海拔高度系数
   若该防护区不包括储瓶剩余量的实际用量为W′,实际应用浓度为C′
   则        W′= KVC′/ S(100-C′)   --------------------------------- （2）
   该防护区内的实际用量与设计灭火或惰化用量之比
W′/ W=[KVC′/ S(100-C′)] /[KVC/S(100-C)] ------- （3）
  或该防护区内的实际应用浓度与设计灭火或惰化浓度之比
       C′/ C = W′(100-C) /W(100-C′)   -------------------- （4）
   《气体灭火系统设计规范》中规定，独立防护区或组合分配系统中任何一个防护区内的C′/ C均不应大于1.1。
   根据《气体灭火系统设计规范》附录A的规定，七氟丙烷的设计灭火浓度和设计惰化浓度的*大值分别是：10.1%和13.6%，
 
  1.1 对于*大设计灭火浓度
C′max=1.1X10.1=11.11%
C′max/ C =(100-11.11) W′/(100-10.1) W
或    C′max/ C =0.999 W′/ W ------------------------------- （5）
 
  1.2 对于*大设计惰化浓度
C′max=1.1X13.6=14.96%
C′max/ C =(100-14.96) W′/(100-13.6) W
或    C′max/ C =0.984 W′/ W ------------------------------- （6）
 
  1.3 如果控制C′max/ C≦ 1.1
       则对于灭火 W′/W≦1.1/0.999 =1.1179   -----------------   （7）
       对于惰化  W′/W≦1.1/0.984=1.1011   -----------------  （8）
从（6）和（7）式可见：只要控制任何一个防护区内的实际用量（不包括储瓶剩余量）与设计用量之比 W′/ W≦1.1，就能确保所有防护区中的实际应用浓度与设计浓度之比不大于1.1.。
 
2．如何选定储瓶容积和充装量
 基本原理
假定第i个防护区的设计用量为Wi，单个储瓶的充装量为g
则该防护区所需的储瓶数为Ni= Wi/g 
Ni的值只能是向上取整数，且一般情况下每个防护区所需的瓶组数是不同
的。但是，通过用级差为1的一系列级数g进行试算，找出能同时满足各个防护区内 C′max / C≦1.1 要求的若干个g 值。
因此，对于只有一个防护区的七氟丙烷灭火系统只要从可满足该防护区上述
条件的一组g 值（这组数值的数量会比较多）；根据较大值确定储瓶容积即可。但是，对于组合分配系统，则必须寻找能同时满足所有防护区内C′max /C≦1.1的所有g值（这组数值的数量相对较少），再尽量根据g 值序列中的较大者作为充装量来选定储瓶容积。但g的值应以储瓶产品系列中容积规格*大的储瓶所允许的*大充装量为极限。g的值一旦确定，储瓶中的充装量即确定，在对任何防护区进行计算时储瓶规格和充装量都维持不变。
  
要做到这一点，必须从g=1 （kg）开始，以1为级差递增依次递增对所有
防护区进行试算，找出能同时满足上述要求的g的系列数据。规范规定：七氟丙烷组合分配系统的*大防护区数量不得大于8个。因此，这种试算就要找出可同时满足*多为8个防护区的g值的系列数据，然后尽可能根据较大的g值找到当前市场上可提供的适当容积的储瓶。这一方法能*经济、合理地选定储瓶容积和确定每个储瓶的充装量。
    显然，这一过程用手工操作极为困难，必须通过计算机来完成。但是，如果
组合分配系统中各防护区的容积差别很大，特别是其中如果包含体积较小的防护区时，因其所需的储瓶数很少，常常无法得到合理的结果。这种情况又该如何处理呢？通过以下实际例题可以更加清楚地了解这一过程
 
3.       FM-200的实际应用浓度和实际喷放时间
根据（2）式，实际应用浓度
       C′= SW′(100-C′) /KV
或     C′ = 100SW′/（KV+SW′）   ---------------------------- （9）
实际喷射放时间
       t′=60 W′/Q    (s)    ----------------------------------------- （10）
 
W′--- 防护区七氟丙烷的实际喷放用量（kg）
Q --- 集流管中七氟丙烷的质量流量（kg/min）
 
4.       结论
   《气体灭火系统设计规范》第3.3.6条规定：“防护区实际应用的浓度不应大于灭火设计浓度的1.1倍”，这一要求为七氟丙烷灭火系统，特别是组合分配系统的设计带来很大困难。若储瓶选择或单瓶充装量确定不当，就无法满足规范的这一强制性要求。
   本文提出了解决这一问题的方法。兆龙软件公司根据这一方法已成功地开发了一种软件。它可非常方便地根据各防护区的容积和设计灭火浓度经济合理地确定储瓶容积和单瓶充装率，以及是否存在不适合进入组合分配系统的防护区，并可确保每个防护区的实际应用浓度与设计灭火浓度之比不大于1.1。
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