8kg酸碱灭火器课程设计.docx
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8kg酸碱灭火器课程设计
中北大学
课程设计说明书
学生姓名:
学号：
学院:
化工与环境学院
专业:
安全工程
题目:
8kg酸碱灭火器课程设计
指导教师：
职称:
2014年1月2日
中北大学
课程设计任务书
2013/2014学年第1学期
学院：
化工与环境学院
专业：
安全工程
学生姓名：
学号：
课程设计题目：
8kg酸碱灭火器设计
起迄日期:
课程设计地点:
指导教师:
负责人：
下达任务书日期:
2013年12月23日
课程设计任务书
1．设计目的：
灭火器是灭火使用的主要消防器材，防火、灭火是防火防爆课程的主要研究内容之一。
通过本设计，进一步理解防火防爆课程的知识外，更好地掌握酸碱灭火器的工作原理、性能参数以及使用方法等。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
1.了解设计目的以及灭火器的种类
2.设计8kg酸碱灭火器，包括：
结构、材料、使用
3.设计中性能指标的计算
4.说明该灭火器的使用原理
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
1.方案设计包括结构图设计、材料设计、强度设计
2.使用药剂的种类及配方
3.灭火效率的计算
4.撰写课程设计说明书1份
课程设计任务书
4．主要参考文献：
● 要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写
5．设计成果形式及要求：
课程设计说明书1份。
CAD结构图纸1份
6．工作计划及进度：
2013年12月23日~12月25日布置题目，查阅资料，巩固理论知识
12月26日~12月31日计算和分析，初步方案设计
1月1日~1月2日详细方案设计
1月3日~1月4日可行性分析，撰写课程设计说明书
1月5日答辩或成绩考核
负责人审查意见：
签字：
年月日
引言
在和平年代的社会经济活动中，最大的安全问题是预防各类事故的发生。
而在各类事故中，火灾爆炸事故发生的频率居于各类灾害之首，造成的后果也最为惨重，不但造成人员伤亡，而且导致设备毁坏，生产停顿。
所以在各级各类事故中，防火防爆是安全工作的重中之重。
因此防火灭火技术已成为防火防爆课程的主要研究内容之一。
灭火剂是能够有效地破坏燃烧条件，中止燃烧的物质。
因此对灭火剂的合理设计和有效利用至关重要。
根据灭火的基本理论知识：
即一切灭火方法都是为了破坏已经产生的燃烧条件,只要失去其中任何一个条件，燃烧就会停止。
根据物质燃烧原理及与火灾斗争的实践经验，灭火的基本方法有：
减少空气中氧含量的窒息灭火法；降低燃烧物质温度的冷却灭火法；隔离与火源相近可燃物质的隔离灭火法；消除燃烧过程中自由基的化学抑制灭火法。
常用的灭火剂种类很多，常用的有水、泡沫、惰性气体、不燃易气化的液体、卤代烷灭火剂等十几种。
结合以上方法和材料可设计出各种不同类型的灭火器和灭火设备。
本文主要针对酸碱灭火器的设计展开详细论述。
1设计目的..................................................................................................................................1
2设计内容和基本要求..............................................................................................................2
2.1灭火器的种类....................................................................................................................2
2.2灭火原理、工作原理及使用方法....................................................................................2
2.3酸碱灭火器的基本参数....................................................................................................3
2.4技术要求............................................................................................................................3
2.4.1机械强度.......................................................................................................................3
2.4.2结构...............................................................................................................................4
2.4.3材料...............................................................................................................................4
2.4.4制作工艺.......................................................................................................................4
2.4.5外观质量.......................................................................................................................5
2.5检验规则............................................................................................................................5
2.6标志与包装........................................................................................................................6
2.7维修与保养........................................................................................................................6
3设计任务...................................................................................................................................................7
3.1酸碱灭火器的药剂设计....................................................................................................7
3.2酸碱灭火器的强度设计....................................................................................................7
3.3酸碱灭火器的尺寸设计....................................................................................................8
3.4灭火剂的性能指标............................................................................................................9
3.5灭火效率的测定..............................................................................................................10
4设计总结...............................................................................................................................11
5参考文献...............................................................................................................................12
1设计目的
防火、灭火技术是防火防爆课程的主要研究内容之一，通过本设计，进一步学习防火、灭火的基本理论知识，掌握各类灭火器的工作原理、规格、用途、效能以及使用方法。
灭火器是由筒体、器头、喷嘴等部件组成，借助驱动压力可将所充装的灭火剂喷出，达到灭火的目的。
灭火器由于结构简单、操作方便、轻便灵活、使用广泛，是扑救各类初期火灾的重要消防器材。
灭火器的种类很多，按其移动方式可分为：
手提式和推车式；按驱动灭火剂的动力来源可分为：
储气瓶式、储压式、化学反应式；按所充装的灭火剂划分有：
泡沫灭火器、干粉灭火器、卤代烷灭火器、二氧化碳灭火器、酸碱灭火器、清水灭火器等。
手提式灭火器的结构虽然简单，但它们都是带压容器。
为了确保使用安全可靠，我们不仅要了解它的性能，还要掌握使用方法。
同时，对物质燃烧的本质和灭火原理等，也应有所了解，才能正确安全地使用灭火器，更好地发挥灭火器的作用。
本设计主要针对酸碱灭火器。
酸碱灭火器利用两种药剂混合后发生化学反应，产生压力使药剂喷出，从而扑灭火灾。
它适用于扑救木、棉、麻、毛、纸等一般固体物质火灾，不宜用于油类和忌水、忌酸物质及电气设备的火灾。
这种灭火器由于灭火速度快、灭火效率高，被广泛应用。
2设计内容和基本要求
2.1灭火器的种类
灭火器按其充装的灭火剂分类：
（1）清水灭火器
（2）酸碱灭火器
（3）强化液灭火器
2.2灭火原理、工作原理及使用方法
2.2.1冷却作用
当水溶液被施加到燃烧着的物质表面时，由于燃烧表面的热作用，水溶液被气化，从而吸收了接触部分的燃烧表面的热量。
随着水溶液的不断气化，在被冷却了的燃料表面上不断聚集，最终将整个表面覆盖。
火焰即被熄灭。
2.2.2窒息作用
窒息作用主要表现在可以降低燃料表面的氧浓度，直到使燃料与大气中的氧完全隔开。
水分在燃料表面汽化，所产生的水蒸气使燃料表面附近的氧浓度降低，削弱了火焰的燃烧强度。
当水蒸气层的厚度增加到足够厚时，它把燃料与空气完全隔离开来。
2.2.3遮断作用
在灭火过程中，水溶液可使已被覆盖的燃料表面与尚未被覆盖的燃料表面的火焰隔离开来，既可防止火焰与已被泡沫遮盖的燃料表面直接接触，又可遮断火焰对这部分燃料表面的热辐射，这既有助于冷却作用的发挥，又有助于窒息作用的加强。
2.2.4工作原理
酸碱灭火器内有两个容器，分别盛放两种液体，它们是浓硫酸和碳酸氢钠溶液，两种溶液互不接触，不发生任何化学反应。
当需要灭火器时，把灭火器倒立，两种溶液混合在一起，就会产生大量的二氧化碳气体：
H2SO4+2NaHCO3=Na2SO4+2H2O+2CO2↑
2.2.5使用范围
它主要适用于扑救木、棉、麻、毛、纸等一般固体物质火灾，不宜用于油类和忌水、忌酸物质及电气设备的火灾。
2.2.6使用方法
使用灭火器时，颠倒筒体，上下摇晃几次，不能将简盖或筒底部分对向人体，以防爆破伤人。
在液体喷完前，切记不可旋转筒盖，以免伤人。
2.3酸碱灭火器的基本参数
（1）灭火器在20±5℃时，其性能参数应符合表1的规定。
表1酸碱灭火器的性能参数
规格
参数
内容
MS7
MS9
灭火剂
灌装量
酸液
硫酸
数量/ml
100±5
110±5
纯度（％）
60-65
60-65
碱液
碳酸
氢钠
数量/g
430±10
4600±10
纯度（％）
85-92
85-92
水量/L
67±0.1
8.7±0.1
有效喷射时间s
≥40
≥50
有效喷射距离m
≥6
喷射滞后时间s
≤5
喷射剩余率％
≤10
（2）灭火器的使用温度范围应符合GB4351—2005《手提式灭火器通用技术条件》中第6．4．1款的规定。
本标准推荐使用温度范围为4～55℃。
2.4技术要求
2.4.1机械强度
（1）灭火器应按GB4351-2005中第7.5.2款进行振动试验。
用于车辆的灭火器应按GB4351-2005第7.5.3款进行振动试验，试验合格才可用于车辆。
试验后灭火器不应产生脱落、开裂及明显变形，并能正常喷射，其最小有效喷射时间、喷射滞后时间及喷射剩余率应符合GB4351-2005第6.2.1和6.4.2的规定。
（2）灭火器应按GB4351-2005第7.6款进行冲击试验。
试验时灭火器不应出现灭火剂释放现象，试验后按GB4351-2005第7.8.1款进行水压试验，应无泄漏、破裂等现象。
（3）设计压力为灭火器在60℃时内部灭火剂完全反应的平衡压力。
灭火器的筒体受内压的器头及筒体与器头的连接零件等，其水压强度应符合GB4351—2005中第6．10．1.1款的规定。
灭火器的爆破强度应符合GB4351—2005中第6．10．1.2款的规定。
灭火器的抗振动性能应符合GB4351—2005中第6．10．1.3和6．10.1.4款的规定。
灭火器的抗冲击性能应符合GB4351—2005中第6.10.1.5款的规定。
2.4.2结构
（1）灭火器筒体与器头的连接应可靠，使用时不得渗漏。
其连接结构应采用下列其中之一。
a．M85×2螺纹连接，连接长度不小于16毫米；
b．在φ105毫米圆周线上均布3只M8螺栓连接；
（2）灭火器应设有过滤装置，滤网的网孔直径应小于通道的最小截面的直径，滤网的总有效流通面积不得小于通道截面的5倍。
2.4.3材料
（1）灭火器钢制简体的材料应用镇静钢制造，其化学成分和机械性能应符合国家有关标准规定。
（2）灭火器的器头材料应为镇静钢或其他金属材料制造，其化学成分和机械性能应符合国家有关标准规定。
（3）灭火剂中碳酸氢钠的要求应符合化学泡沫灭火器用灭火剂中碳酸氢钠标准的规定。
灭火剂中硫酸的要求应符合GB534—82《工业硫酸》的规定。
2.4.4制造工艺
（1）灭火器的焊缝应均匀，不得有裂纹、烧穿、咬边及未焊透等缺陷。
受压零件的焊缝探伤检查应按GB3323—82《钢焊缝射线照相及底片等级分类法》执行，其质量应符合3级要求。
（2）金属零件的加工未注公差尺寸的公差等级应符合GB1804—79《公差与配合未注公差尺寸的极限偏差》中ITl4级的规定。
非金属零件加工未注公差尺寸的公差等级应符合GB1804-IT16级的规定。
（3）零件的螺纹公差应符合GB197—81《普通螺纹公差与配合》中内螺纹7H级，外螺纹8g级的规定。
（4）钣金、冲压零件表面应无重皮，皱纹及明显的机械损伤等缺陷。
（5）喷嘴孔应光滑，无毛刺、凹坑等影响喷射性能的缺陷。
2.4.5外观质量
（1）灭火器的油漆件应漆膜色泽均匀，无龟裂，无明显流痕、气泡、划痕、碰伤等缺陷。
（2）电镀件等表面应光洁，无气泡，无明显划痕、碰伤等缺陷。
（3）贴花应端正、平服，不缺边少字，无明显皱褶、气泡等缺陷，且经外部腐蚀试验后，应不脱落。
2.5检验规则
（1）产品出厂应经制造厂技术检验部门检验，保证产品质量符合本标准规定。
（2）试验取样方法及结果的评定，应按GB2828—81《逐批检查计数抽样程序及抽样表》或GB2829—81《周期检查计数抽样程序及抽样表》的规定。
（3）检验项目按表2规定。
表2检验抽样表
序号
检验项目
方法
1
水压试验
全检
2
外观检查
全检
3
焊缝探伤检查
全检或抽检
4
喷射性能试验
季检
5
爆破试验
季检
6
使用温度喷射性能试验
年检
7
橡胶、塑料件
性能试验
材料、工艺变更时检验
8
腐蚀试验
材料、工艺变更时检验
9
振动试验
结构、材料变更时检验
10
冲击试验
结构、材料变更时检验
11
灭火试验
结构变更时检验
2.6标志、包装
（1）灭火器标志应符合GB4351—2005中第9章的规定。
（2）灭火器包装应符合运输和贮存的要求，出口包装应按出口包装的规定执行。
包装箱外面应有下列内容：
a．产品型号（名称）及规格；
b．内装数量（具），
c．包装箱外形尺寸；长X宽X高（毫米）：
d．整体重量（公斤）：
e．产品出厂时间或序号：
f．制造厂名称、地址：
g．“小心轻放”，“注意防潮”，“严禁烈日曝晒”等字样或标记。
2.7维修、保养
（1）灭火器应按制造厂规定的方法使用。
冬季应注意防冻。
（2）灭火器的灭火剂应按规定方法配制和灌装。
（3）灭火器应每年定期检查。
若灭火剂变质应予以更换，每次更换时应清洗灭火器内部，并进行检查，不允许有明显的锈蚀。
每次更换灭火剂后应在灭火器上标明日期。
（4）出厂充装灭火剂二年后，每年应进行水压试验，试验压力为设计压力的1.5倍，合格后方可再充装灭火剂继续使用。
每次水压试验后应在灭火器上标明日期。
（5）灭火器的维修应由专业单位承担，其性能要求应符合本标准的规定。
3设计任务:
8kg手提式酸碱灭火器
3.1酸碱灭火器的药剂设计
酸碱灭火器内胆呈硫酸（浓度为60%-65%），筒体内盛碳酸氢钠的水溶液，灭火时产生化学反应H2SO4+2NaHCO3=Na2SO4+2H2O+2CO2↑。
依据方程式，发生反应的H2SO4质量与NaHCO3质量之比为
因此可取硫酸3.4kg，碳酸氢钠4.6kg，灭火器容积取12L。
具体参数见表3。
表3酸碱溶液参数表
酸液
硫酸
数量/L
2.2
纯度（%）
60-65
碱液
碳酸氢钠
数量/g
4600
纯度（%）
85-92
水
数量/L
8.7
3.2酸碱灭火器的强度设计
灭火器强度有三个指标，即工作压力、试验压力和爆破压力。
为了灭火器有一个安全而经济的强度，应了解工作压力、试验压力和爆破压力三者的特征和相互关系。
设计压力为灭火器在60℃时内部灭火剂完全反应的平衡压力。
灭火器的筒体受内压的器头及筒体与器头的连接零件等，其水压强度应符合GB4351—2005中第6．10．1.1款的规定。
灭火器的爆破强度应符合GB4351—2005中第6．10．1.2款的规定。
试验和实践说明，采用下列公式确定灭火器的设计工作压力是可行的。
式中：
Ph——水压试验压力，MPa；
P工——工作压力，MPa；
P爆——爆破压力，MPa；
为安全起见，国外有人推荐采用下面公式进行计算。
也就是说，灭火器壁或零件的设计强度计算时，其安全不宜小于3～3.75。
当P工取2.5MPa，Ph取3.75MPa，P爆取7.5MPa。
3.3酸碱灭火器的尺寸设计
3.3.1最小壁厚的选取
灭火器筒体的最小壁厚的设计应符合GB4351—2005中第6．10．1.8款的规定。
对于工作压力小于或等于2.5MPa的灭火器器壁的最小厚度可按以下公式计算，并且不应小于0.7mm。
式中S——最小壁厚，单位为毫米（mm）；
D0——筒体外径，对于非圆柱体形筒体，为灭火器筒体的最大外缘对角线，单位为毫米（mm）；
K——系数，当D0≤80时，取0.45mm；
当80≤D0≤100时，取0.50mm;
当D0≥100时，取0.7mm。
根据GB5099-94钢瓶的公称容积和外径相关规定。
当灭火器容积选择12L（小容积）时，外径D0可选择180mm。
因此K取0.7。
最小壁厚计算值为1.3mm，设计灭火器筒体厚度为1.5mm。
3.3.2筒身高度的选取
根据GB4351-2005相关规定，7L和9L酸碱灭火器的规格如表4。
表4酸碱灭火器参数表
型号
灭火
剂量/L
有效喷射
灭火性能级别代号
外形尺寸/mm
总重量/kg
≈
时间/s
距离/m
长
宽
高
MS7
7
≥40
≥6
5A
165
188
550
12
MS9
9
≥50
≥6
8A
173
199
588
14
7L酸碱灭火器高度为550mm，9L酸碱灭火器高度为588mm。
当灭火剂量为11L，筒身高度可取620mm。
3.3.3筒体底部结构的设计
筒体底部结构的设计应符合GB5099-94第5.2.6款的规定。
底部结构可分为凹形底和带底座凸形底。
凸形底有三种样式：
（1）半球形
（2）碟形（3）H形。
筒体底部设计为碟形凸形底。
碟形底结构应满足下列要求：
因此，
r取14mm，H取40mm，S1取2.5mm。
底座厚度的设计应符合GB4351-2005第6.10.1.7款规定，底部的厚度不应小于筒身部分最小厚度的1.5倍。
因此t可取3mm。
3.4灭火剂的性能指标
有效喷射时间：
在喷射控制阀完全开启状态下，自灭火剂从喷嘴开始喷出纸喷射流的气态点出现的这段时间。
有效喷射距离：
灭火器喷射了50%的灭火剂量时，喷射流的最远点至灭火器喷嘴之间的距离。
喷射滞后时间：
灭火器的控制阀门开启或达到相应的开启状态时起，至灭火剂从喷嘴开始喷出的时间。
喷射剩余率：
额定充装的灭火器在完全喷射后，内部剩余的灭火剂量相对于喷射
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