七氟丙烷HFC227设计手册新版Word下载.docx

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二.七氟丙烷（HFC-227ea）灭火剂

HFC-227ea灭火剂分子式为CF3CHFCF3，是一种无色、无味、不导电、无二次污染的气体灭火剂，在一定的压强下呈液态储存。

1.环境特性：

HFC-227ea不含溴（Br）和氯（Cl），因此不会损害臭氧层，对臭氧层的损耗潜能值（ODP）为零，长期解决了环保要求。

2.安全性：

HFC-227ea比卤代烷1301毒性更低，在常用的8％的设计浓度下能安全地使用于任何场合。

此浓度对心脏产生之敏感度“无可观察不良影响水平”（NOAEL）为9％；

“最低可观察不良影响水平”（LOAEL）的10.5％。

同卤代烷1301一样，对HFC-227ea灭火剂安全性的理解，应考虑到其在极高热量条件下热分解所产生的具有剧烈辛辣气味的氟化氢（HF）。

3.适用性：

HFC-227ea灭火剂适用于扑救下列火灾：

●电气火灾；

●液体火灾或可熔化的固体火灾；

●固体表面火灾；

●灭火前能切断气源的气体火灾。

4.不适用性：

HFC-227ea灭火剂不适用于扑救下列火灾：

●含氧化剂的化学制品及混合物，如硝化纤维、硝酸钠等；

●活泼金属，如钾、镁、钛、皓、铀等；

●金属氢化物，如氢化钾、氢化钠等；

●能自行分解的化学物质，如过氧化氢、联胺等。

5.HFC-227ea灭火剂的环境数据及物理特性：

表2.5

特性

HFC-227ea

臭氧层损耗潜能值（ODP）

大气层停留时间（年）

31-42

系统设计浓度

8％

对心脏产生之敏感度：

无可观察不良影响水平（NOAEL）

最低可观察不良影响水平（LOAEL）

9％

10.5％

LC50或ALC*

>

80％

分子式

CF3CHFCF3

分子量

170.03

沸点（℃）

-16.36

冰点（℃）

-131

蒸气压力21℃（kg/cm2）

4.04

蒸气密度21℃（kg/m3）

32.2

液体密度21℃（kg/m3）

1407

最大建议充装密度（kg/m3）

1150

*LC50是一组试验白鼠在接受一次4小时的接触之后导致50％死亡的浓度，ALC是近似致命浓度。

三.HFC-227自动灭火系统的组成及其工作原理

1.HFC-227自动灭火系统的组成

HFC-227自动灭火系统主要由瓶头阀、电磁阀、选择阀、气流单向阀、自锁压力开关、高压金属软管、液流单向阀、安全阀、启动钢瓶、灭火剂储瓶、启动瓶框架、灭火剂储瓶框架、喷嘴和管接件等组成（不包含火灾探测与报警灭火控制部分）。

下图为灭火系统结构示意图：

1．灭火剂储瓶框架2.灭火剂储瓶3.集流管4.液流单向阀5.高压金属软管6.瓶头阀7.启动管道8.安全阀9.气流单向阀10.选择阀11.自锁压力开关12.电磁阀13.启动钢瓶14.启动瓶框架15.报警灭火控制器16.控制线路17.手动控制盒18.放气灯19.声光报警器20.喷嘴21.火灾探测器22.灭火剂输送管道

HFC-227自动灭火系统零部件的结构、主要性能参数和用途详见附录C。

2.HFC-227自动灭火系统动作程序方框图

组合分配系统

单元独立系统

单元独立系统不执行“选择阀开启”这一项程序。

该系统启动装置动

作后，直接开启瓶头阀，释放灭火剂，实施灭火。

3.HFC-227自动灭火系统工作原理

3.1自动控制：

将灭火控制器上控制方式选择键拨到“自动”位置时，灭火系统处于自动控制状态。

当防护区发生火情，火灾探测器发出信号，经报警控制器确认后，灭火控制器即发出声、光报警信号，同时发出联动指令，相关设备联动，并经过一段延时时间，发出灭火指令，打开电磁阀释放启动气体，启动气体通过启动管道打开相应的选择阀和瓶头阀，释放灭火剂，实施灭火。

3.2电气手动控制：

将灭火控制器上控制方式选择键拨到“手动”位置时，灭火系统处于手动控制状态。

当防护区发生火情，可按下手动控制盒或控制器上启动按钮，灭火控制器即发出声、光报警信号，同时发出联动指令，相关设备联动，并经过一段延时时间，发出灭火指令，打开电磁阀释放启动气体，启动气体通过启动管道打开相应的选择阀和瓶头阀，释放灭火剂，实施灭火。

3.3机械应急手动控制：

当防护区发生火情，控制器不能发出灭火指令时，应通知有关人员撤离现场，打开或关闭联动设备，然后拔出相应电磁阀上的安全卡片，压下手柄即可打开电磁阀，释放启动气体，即可打开选择阀、瓶头阀，释放灭火剂，实施灭火。

如此时遇上电磁阀维修或启动钢瓶充换氮气不能工作时，可打开相应的选择阀手柄，敞开压臂，打开选择阀，然后，用瓶头阀上的手动手柄打开瓶头阀，释放灭火剂，实施灭火。

3.4当发出火灾警报，但确定没有火情而不需启动灭火系统进行灭火时，可按下手动控制盒或控制器上的紧急停止按钮，即可阻止灭火指令的发出。

四.HFC-227自动灭火系统的设计

HFC-227ea（七氟丙烷）灭火剂的灭火机理主要为物理灭火，兼有部分化学灭火。

作为气体灭火系统用的HFC-227ea灭火剂，其质量应符合下列技术指标。

HFC-227ea质量技术指标

性能

技术指标

纯度

≥99.6％（摩尔/摩尔）

酸度

≤3ppm

水含量

≤10ppm

不挥发残留物

≤0.01％

悬浮或沉淀物

不可见

1.设计浓度：

采用HFC-227灭火系统保护的防护区，其HFC-227ea灭火剂的设计用量应根据防护区内可燃物相应的灭火设计浓度或惰化设计浓度经计算确定。

对于有爆炸危险的气体、液体类火灾的防护区，应采用惰化设计浓度，无爆炸危险的气体、液体类火灾和固体类火灾的防护区，应采用灭火设计浓度。

当几种可燃物共存或混合时，其灭火设计浓度或惰化设计浓度，应按其中最大的灭火浓度或惰化浓度确定。

某物的灭火设计浓度不应小于该物灭火浓度的1.2倍，某物的惰化设计浓度不应小于该物惰化浓度的1.1倍。

有关保护对象或可燃物的灭火浓度和惰化浓度以及灭火设计浓度和惰化设计浓度可按下表进行确定。

保护对象或可燃物的HFC-227ea设计灭火浓度表4.1-1

保护对象或可燃物

灭火浓度％

设计灭火浓度％

图书、档案票据和文物资料库等

－

10

油浸变压器室

8.3

带油开关的配电室

自备发电机房

通讯机房和电子计算机房等

8

丙酮

6.8

8.16

乙腈

3.7

4.44

AV汽油

6.7

8.04

丁醇

7.1

8.52

丁基醋酸脂

6.6

7.92

环戊酮

2号柴油

乙烷

7.5

9

乙醇

8.1

9.72

乙基醋酸脂

5.6

6.72

乙二醇

7.8

9.36

汽油（无铅，7.8％乙醇）

6.5

庚烷

5.8

6.96

1号水力流体

异丙醇

7.3

8.76

JP－4

JP－5

甲烷

6.2

7.44

甲醇

10.2

12.24

甲乙酮

甲基异丁酮

吗啉

硝基甲烷

10.1

12.12

丙烷

6.3

7.56

Pyrollidine

7.0

8.4

四氢呋喃

7.2

8.64

甲苯

变压器油

6.9

8.28

涡轮液压油23

5.1

6.12

二甲苯

5.3

6.36

A类危险物表面火灾的HFC-227ea设计灭火浓度表4.1-2

火灾

A类危险物表面火灾

可燃物的HFC-227ea设计惰化浓度表4.1-3

可燃物

惰化浓度％

设计惰化浓度％

1-丁烷

11.3

12.43

1-氯-1.1-二氟乙烷

2.6

2.86

1.1-二氟乙烷

8.6

9.46

二氯甲烷

3.5

3.85

乙烯氧化物

13.6

14.96

8.0

8.8

戊烷

11.6

12.76

2.浸渍时间：

HFC-227ea灭火时的浸渍时间，应符合下列规定：

●扑救木材、纸张、织物类等固体表面火灾时，宜采用20min；

●扑救通讯机房、电子计算机房等防护区火灾时，应采用3min；

●扑救其它固体表面火灾时，宜采用10min；

●扑救气体和液体火灾时，不应小于1min。

3.对防护区的要求：

3.1防护区的划分，应符合下列规定：

●防护区宜以固定的单个封闭空间划分，当同一区间的吊顶层和地板下需同时保护时，可合为一个防护区；

●当采用管网灭火系统时，一个防护区的面积不宜大于500m2；

容积不宜大于2000m3；

●当采用无管网灭火装置时，一个防护区的面积不应大于100m2；

容积不应大于300m3。

3.2防护区的最低环境温度不应低于-10℃。

3.3防护区围护结构及门窗的耐火极限均不应低于0.5h；

吊顶的耐火极限不应低于0.25h。

3.4防护区围护结构承受内压的允许压强,不宜低于1.2kPa。

3.5防护区灭火时应保持封闭条件，除泄压口以外的开口，以及用于该防护区的通风机和通风管道中的防火阀，在喷放七氟丙烷前，应做到关闭。

3.6防护区的泄压口宜设在外墙上，应位于防护区净高的2/3以上。

泄压口面积，宜按下式计算：

（4.3.6）

式中Fx──泄压口面积（m2）

Q──HFC-227ea在防护区的平均喷放速率（kg/s）

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需另设泄压口。

3.7两个或两个以上邻近的防护区，宜采用组合分配系统。

4.对氮气增压的要求：

4.1氮气的含水量不应大于0.006％（体积比）

4.2氮气的增压压力分为两级，应符合下列规定：

一级2.5MPa（表压）；

二级4.2MPa（表压）；

5.设计用量

5.1防护区灭火设计用量或惰化设计用量应按下式计算：

（4.5.1）

式中W──防护区HFC-227ea灭火（或惰化）设计用量（kg）；

C──HFC-227ea灭火（或惰化）设计浓度（％）；

S──HFC-227ea过热蒸汽在101kPa和额定温度下的比容（m3/kg）；

V──防护区的净容积（m3）；

K──海拔高度修正系数，按下表规定采用。

海拔高度修正系数表4.5.1

海拔高度（m）

修正系数K

-1000

1.130

1.000

1000

0.885

1500

0.830

2000

0.785

2500

0.735

3000

0.690

3500

0.650

4000

0.610

4500

0.565

5.2HFC-227ea在不同温度条件下的过热蒸汽比容，应按下式计算：

S＝K1＋K2T（4.5.2）

式中T──温度（℃）；

K1──0.1269；

K2──0.000513。

对于系统设计的额定温度采用20℃，则过热蒸汽比容取定值为：

S＝0.13716

5.3系统的设置用量，应为防护区灭火设计用量（或惰化设计用量）与系统中喷放不尽的剩余量之和。

喷放不尽的剩余量，应包含储存容器内的剩余量和管网内的剩余量。

●储存容器内的剩余量，可按储存容器内引升管管口以下的容器容积量计算。

从安全考虑，按1.5kg选取（见附录C表9.2）。

●均衡管网和只含一个封闭空间的防护区的非均衡管网，其管网内的剩余量，均可不计。

5.4当系统为组合分配系统时，系统设置用量中有关防护区灭火设计用量的部分，应采用该组合中某个防护区设计用量最大者替代。

用于需不间断保护的防护区的灭火系统和超过8个防护区组合成的组合分配系统，应设备用量，备用量应按原设置用量的100％确定。

6.管网计算

6.1管网布置的要求

6.1.1管网管道应采用高压镀锌无缝钢管，并应符合GB8163《输送流体用无缝钢管》的要求。

管道的尺寸系列见表4.6.3

6.1.2系统管网的管道内容积，不宜大于该系统HFC-227ea储存容积量的80%。

6.1.3管网布置宜设计为均衡系统，均衡系统管网应符合下列规定：

●各个喷嘴，应取相等设计流量；

●

在管网上，从第1分流点至各喷嘴的管道阻力损失，其相互间的最大差值不应大于20％。

（4.6.1.3）

式中hmax──喷嘴装在“最不利点”的管道阻力损失；

hmin──喷嘴装在“最利点”的管道阻力损失。

6.1.4在管网上，不应采用四通管件进行分流。

6.2设计流量的确定

6.2.1管网中主干管的平均设计流量，应按下式计算：

（4.6.2.1）

式中Qw──主干管平均设计流量（kg/s）；

W──防护区HFC-227ea灭火（或惰化）设计用量（kg）；

t──HFC-227ea的喷放时间（s）。

对于一般防护区，其值不应大于10s，在通讯机房和计算机房等处，不宜大于8s。

6.2.2管网中支管的平均设计流量，应按下式计算：

（4.6.2.2）

式中Qg──支管平均设计流量（kg/s）；

Ng──安装在设计支管流程下游的喷嘴数量；

Qc──单个喷嘴的设计流量（kg/s）。

6.3管径选取

由于管网计算采用的是逐步迭代法，所以第一步就是初选管径。

管径的初选可以参照下表选取：

初选管径表4.6.3

平均设计流量（kg/s）

初选管径D（mm）

管道内容积（dm3/m）

<

1.6

DN20（φ27×

3.5）

0.31

1.6～2.9

DN25（φ34×

4.5）

0.49

2.9～5

DN32（φ42×

5.0）

0.80

5～9

DN40（φ48×

1.13

9～18

DN50（φ60×

1.96

18～29

DN65（φ76×

5.5）

3.32

29～54

DN80（φ89×

4.78

54～140

DN100（φ114×

7.0）

7.85

140

DN125或更大

15.39或更大

6.4管网压力计算

6.4.1管网计算起点的压力和流量采用喷放HFC-227ea设计用量50％时的“过程中点”容器压力和平均设计流量。

喷放“过程中点”容器压力，宜按下式计算：

（4.6.4.1.1）

式中Pm──喷放“过程中点”储存容器内压力（绝压，MPa），

（绝压＝表压＋0.101MPa）；

P0──储存容器额定增压压力（绝压，MPa），

（P0＝2.601MPa或P0＝4.301MPa）；

V0──喷放前，全部储存容器内的气相总容积（m3）；

W──防护区HFC-227ea灭火（或惰化）设计用量（kg）；

γ──HFC-227ea液体密度（kg/m3），

（取20℃时的γ＝1407kg/m3）；

Vp──管网管道的内容积（m3）。

其中

（4.6.4.1.2）

式中n──储存容器的数量；

Vb──储存容器的容量（m3）；

η──HFC-227ea充装率（kg/m3）。

6.4.2HFC-227ea在管道中的阻力损失，可按下式计算:

（4.6.4.2）

式中△P──计算管段的阻力损失（MPa）；

L──计算管段的计算长度（m）；

Qp──管段实际流量（kg/s）；

D──管段内径（mm）。

6.4.3高程压头，应按下式计算：

（4.6.4.3）

式中Ph──高层压头（MPa）；

H──喷嘴高度相对“过程中点”时储存容器液面的位差；

g──重力加速度（m/s2），

（取g＝9.8m/s2，若有海拔高度，则取相应的海拔高度上的重力加速度）。

6.4.4喷嘴工作压力，应按下式计算：

（4.6.4.4）

式中Pc──喷嘴工作压力（绝压，MPa）；

Pm──喷放“过程中点”储存容器内压力（绝压，MPa）；

──系统流程阻力总损失（MPa）；

Nd──管网计算管段的数量；

Ph──高层压头（MPa）；

6.4.5喷嘴工作压力的计算结果，应同时符合下列规定：

●一般，Pc≥0.8（绝压，MPa），最小，Pc≥0.5（绝压，MPa）；

Pc≥（绝压，MPa）。

6.5喷嘴的选择

根据喷嘴出口压力Pc和附录A的“HFC-227系统喷嘴流量曲线”确定喷嘴单位面积的流量Q，通过下列公式计算喷嘴孔口面积：

（4.6.5）

式中Fc──喷嘴孔口面积（cm2）；

Qc──单个喷嘴的设计流量（kg/s）；

Q──喷嘴单位面积的流量（kg/s*cm2）

根据喷嘴孔口面积和喷嘴段的管径查阅附录B“喷嘴性能参数表”选取相应类型的喷嘴。

设计计算示例

有一间计算机房，净高4m，长6m，宽6m，现采用HFC-227灭火系统进行保护。

瓶站设在防护区旁边，如下图所示：

计算过程如下：

1、确定灭火设计浓度：

根据表4.1-1取设计浓度C=8%

2、计算防护区容积：

V=4×

6×

6=144（m3）

3、计算灭火剂设计用量：

根据公式（4.5.1）

其中K=1S=0.13716

V=144C=8

经过计算所得W=91.30（kg）

4、设定灭火剂喷放时间：

取灭火剂喷放时间t=8（s）

5、确定喷嘴数量及布置：

选择ZTQF型喷嘴，确定喷嘴数量为4只，按防护区平面均匀布置。

6、选定灭火剂储瓶规格及数量：

根据W=91.30kg，选定ZQR70L储瓶n=2只。

7、绘制系统管网计算图：

（见上图）

8、计算管道平均设计流量：

1）0～1段：

储瓶出流管段Q0～1=91.30/2/8=5.71（kg/s）

2）1～2段：

储瓶管段Q1～2=Q0～1=5.71（kg/s）

3）2～3段：

集流管管段Q2～3=91.30/8=11.41（kg/s）

4）3～4段：

主干管管段Q3～4=Qw=91.30/8=11.41（kg/s）

5）4～5段：

支管管段Q4～5=Q3～4/2=11.41/2=5.71（kg/s）

6）5～6段：

喷嘴管段Q5～6=Q4～5/2=5.71/2=2.85（kg/s）

9、选择管网管道通径：

以管道平均设计流量，依据表4.6.3选取，其结果，标在图上。

10、计算充装率：

系统设置用量：

Ws=W+△W1+△W2

管网内剩余量：

△W2=0

储瓶内剩余量：

△W1=n×

1.5=2×

1.5=3（kg）

充装率：

η=Ws/（n×

Vb）=（91.3+3）/（2×

0.07）=673.57（kg/m3）

11、计算管网管道内容积：

Vp=8.14×

1.96+3×

1.13+6.8×

0.80=24.78（dm3）

V