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控制七氟丙烷實際應用濃度的方法

日期：2025-04-26 13:24
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摘要：
                                                                       王致新
（天津兆龍軟件公司）
 
七氟丙烷滅火系統近年來在我國得到廣泛應用，包含七氟丙烷滅火系統在內的我國氣體滅火系統設計規范也已在2006年5月1日開始實施。
具體到某一個七氟丙烷滅火系統中的滅火劑都是以固定充裝比儲存在高壓儲瓶內的，即每個儲瓶中充裝的滅火劑重量是一定的。防護區一旦發生火情，滅火系統動作時，實際噴放到防護區內滅火劑的質量是通過計算確定的若干個儲瓶中充裝的（除瓶中的剩余量外）全部滅火劑。因為滅火劑的噴放只能是儲瓶充裝量的整數倍，所以滅火劑在防護區內的實際應用濃度通常會大于設計滅火濃度。特別是組合分配系統，由于各防護區的容積不同，防護區內的可燃物也不盡相同，所以各防護區的設計滅火濃度及滅火劑的用量也不相同。但是，每個防護區滅火時動作的儲瓶數只能是整數。因此，每個防護區內的實際應用濃度與各自的設計滅火濃度之比通常都大于1。如果設計不當，實際應用濃度往往遠大于設計滅火濃度，且比值的差別可能相當大。
美國NFPA2001《潔凈氣體滅火系統設計標準》第1-5.1.2.2條規定：“為了防止危害人體健康，防護區（海平面高度上）內氧的濃度不得低于16%。在一般防護區內任何鹵代氫滅火劑（包括七氟丙烷在內）的實際應用濃度不得大于標準中給定設計濃度的24%”。
這就是說，NFPA2001中規定：實際應用濃度不得比設計滅火濃度大24%，否則會影響人體健康。其目的在于確保防護區內氧的濃度不低于16%。
我國國家標準GB50370 – 2005《氣體滅火系統設計規范》第3.3.6條規定：“防護區實際應用的濃度不應大于滅火設計濃度的1.1倍”，但未說明給出這一要求的原因。
我國規范對七氟丙烷滅火系統的此項嚴格要求對于系統設計，特別是對組合分配系統的設計帶來了很**煩。儲瓶容積及藥劑充裝量如果選定不當就無法保證規范的上述規定，但確定這兩項參數卻有很大難度。
為了確保設計符合我國規范的要求，這一問題迫切需要加以解決。
 
1、七氟丙烷的實際用量和實際噴射濃度
規范規定：七氟丙烷在某一防護區的設計用量
         W=KVC/S(100-C)  ------------------------------------------  （1）
其中 W---滅火設計用量或惰化設計用量（kg） 
     V---防護區總容積（m3）
     C--- 設計滅火或惰化濃度（%）
     S--- 比容（m3/kg）
K--- 海拔高度系數
   若該防護區不包括儲瓶剩余量的實際用量為W′,實際應用濃度為C′
   則        W′= KVC′/ S(100-C′)   --------------------------------- （2）
   該防護區內的實際用量與設計滅火或惰化用量之比
W′/ W=[KVC′/ S(100-C′)] /[KVC/S(100-C)] ------- （3）
  或該防護區內的實際應用濃度與設計滅火或惰化濃度之比
       C′/ C = W′(100-C) /W(100-C′)   -------------------- （4）
   《氣體滅火系統設計規范》中規定，獨立防護區或組合分配系統中任何一個防護區內的C′/ C均不應大于1.1。
   根據《氣體滅火系統設計規范》附錄A的規定，七氟丙烷的設計滅火濃度和設計惰化濃度的*大值分別是：10.1%和13.6%，
 
  1.1 對于*大設計滅火濃度
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 對于*大設計惰化濃度
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
       則對于滅火 W′/W≦1.1/0.999 =1.1179   -----------------   （7）
       對于惰化  W′/W≦1.1/0.984=1.1011   -----------------  （8）
從（6）和（7）式可見：只要控制任何一個防護區內的實際用量（不包括儲瓶剩余量）與設計用量之比 W′/ W≦1.1，就能確保所有防護區中的實際應用濃度與設計濃度之比不大于1.1.。
 
2．如何選定儲瓶容積和充裝量
 基本原理
假定第i個防護區的設計用量為Wi，單個儲瓶的充裝量為g
則該防護區所需的儲瓶數為Ni= Wi/g 
Ni的值只能是向上取整數，且一般情況下每個防護區所需的瓶組數是不同
的。但是，通過用級差為1的一系列級數g進行試算，找出能同時滿足各個防護區內 C′max / C≦1.1 要求的若干個g 值。
因此，對于只有一個防護區的七氟丙烷滅火系統只要從可滿足該防護區上述
條件的一組g 值（這組數值的數量會比較多）；根據較大值確定儲瓶容積即可。但是，對于組合分配系統，則必須尋找能同時滿足所有防護區內C′max /C≦1.1的所有g值（這組數值的數量相對較少），再盡量根據g 值序列中的較大者作為充裝量來選定儲瓶容積。但g的值應以儲瓶產品系列中容積規格*大的儲瓶所允許的*大充裝量為極限。g的值一旦確定，儲瓶中的充裝量即確定，在對任何防護區進行計算時儲瓶規格和充裝量都維持不變。
  
要做到這一點，必須從g=1 （kg）開始，以1為級差遞增依次遞增對所有
防護區進行試算，找出能同時滿足上述要求的g的系列數據。規范規定：七氟丙烷組合分配系統的*大防護區數量不得大于8個。因此，這種試算就要找出可同時滿足*多為8個防護區的g值的系列數據，然后盡可能根據較大的g值找到當前市場上可提供的適當容積的儲瓶。這一方法能*經濟、合理地選定儲瓶容積和確定每個儲瓶的充裝量。
    顯然，這一過程用手工操作極為困難，必須通過計算機來完成。但是，如果
組合分配系統中各防護區的容積差別很大，特別是其中如果包含體積較小的防護區時，因其所需的儲瓶數很少，常常無法得到合理的結果。這種情況又該如何處理呢？通過以下實際例題可以更加清楚地了解這一過程
 
3.       FM-200的實際應用濃度和實際噴放時間
根據（2）式，實際應用濃度
       C′= SW′(100-C′) /KV
或     C′ = 100SW′/（KV+SW′）   ---------------------------- （9）
實際噴射放時間
       t′=60 W′/Q    (s)    ----------------------------------------- （10）
 
W′--- 防護區七氟丙烷的實際噴放用量（kg）
Q --- 集流管中七氟丙烷的質量流量（kg/min）
 
4.       結論
   《氣體滅火系統設計規范》第3.3.6條規定：“防護區實際應用的濃度不應大于滅火設計濃度的1.1倍”，這一要求為七氟丙烷滅火系統，特別是組合分配系統的設計帶來很大困難。若儲瓶選擇或單瓶充裝量確定不當，就無法滿足規范的這一強制性要求。
   本文提出了解決這一問題的方法。兆龍軟件公司根據這一方法已成功地開發了一種軟件。它可非常方便地根據各防護區的容積和設計滅火濃度經濟合理地確定儲瓶容積和單瓶充裝率，以及是否存在不適合進入組合分配系統的防護區，并可確保每個防護區的實際應用濃度與設計滅火濃度之比不大于1.1。
轉載88消防