七氟丙烷灭火系统课程设计.docx
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七氟丙烷灭火系统课程设计
武汉科技大学
《防火防爆安全技术》
课程设计
课题名称:
某银行二三层七氟丙烷灭火消防系统设计
专业名称:
班级:
姓名:
学号:
指导教师:
一．前言
卤代烷灭火剂灭火效率高、用量省、易汽化、空间淹没性好、洁净、不导电，对对扑灭高压电火灾尤佳，对油类、有机溶剂、精密仪器、文件档案等火灾的火灾扑灭均有效。
但是由于卤代烷灭火剂灭火过程中要产生卤素原子，释放到大气中的卤代烷灭火剂，在太阳的紫外线辐射作用下，也能分离出卤素原子，对大气臭氧层有破坏作用，所以为了减少这一破坏作用，1987年，英美等国家签署了《蒙特利尔条约》，明确规定停止生产和使用卤代烷灭火剂，我国在1994年签署该条约。
常见的卤代烷灭火剂有七氟丙烷灭火剂。
二．某银行七氟丙烷灭火系统简介
1．本设计采用了外贮式七氟丙烷灭火系统即备压式七氟丙烷灭火系统。
其特点是将七氟丙烷灭火剂和作为动力气体的氮气分别贮存在不同的容器内。
系统启动时，高压贮存的动力气体经减压阀减压后进入灭火剂瓶组，使其内的压力迅速升高，并在灭火剂喷放期间维持一相对稳定的压力，推动灭火剂快速流向喷嘴，实施喷放灭火。
这种方式可根据管网的容积来确定氮气的贮存量，以保证灭火剂喷放期间喷头的喷放压力。
2．此方式可大大减少管道内气、液双相流现象的发生，使灭火剂大部分处于液相流动，改善了灭火剂的流动性能，能够是通径较小的管道输送较多的灭火剂。
以前的同类产品的孔板式减压仅具有静态减压的作用，灭火剂的输送距离一般在150m左右，本系统采用了具有缓慢开启功能的减压阀，灭火剂的输送距离可达200m左右。
3．本设计的保护区分为：
办公室1、办公室2、办公室3、办公室4、办公室5、办公室6、办公室7、办公区，设一套备压式七氟丙烷灭火系统。
系统采用自动、手动及机械应急启动三种控制方式。
保护区均设二路独立探测回路，当第一路探测器发出火灾信号时，发出警报，指示火灾发生的部位，提醒工作人员注意；当第二路探测器亦发出火灾信号后，自动灭火控制器开始进入延时阶段（0-30s可调），此阶段用于疏散人员（声光报警器等动作）和联动设备的动作（关闭通风空调、防火卷帘门等）；延时过后，向该保护区的驱动瓶发出灭火指令，电磁启动器动作打开启动瓶组，释放启动气体，通过启动管路打开相应的选择阀和灭火剂瓶组，释放灭火剂灭火。
当报警控制器处于手动状态时，报警控制器只发出报警信号，不输出动作信号，由值班人员确认火警后，按下报警控制面板上的应急启动按钮或保护区门口处的紧急启停按钮，即可启动系统喷放七氟丙烷灭火剂。
4．本设计采用全淹没管网备压系统，储瓶的增压压力（减压阀出口压力）为4.2MPa（表压）。
5．防护区围护结构及门窗的耐火极限不应低于0.5h，围护结构及门窗的允许压强不宜小于1200pa.储瓶间耐火等级不应低于二级，储瓶间应有单独的通道，通道应直接通向疏散通道。
6.设计中每个防护区的管道独立，连接至气瓶间，喷头布置尽量保证各喷头处的压力均衡，类似于游泳池进水管的布置。
7.本系统分有管网系统和柜式七氟丙烷灭火系统，对于办公室1-7和办公区用有管网七氟丙烷灭火系统。
对于剩下的3个办公区
三.该灭火系统的相关计算
1.房间概况
最大房间面积A=10.8*6=64.8m2
房间高度B=3.6m
房间容积V=A*B=232.28m3
房间维护允许内压
=1200Pa
海拔修正系数k=1
七氟丙烷过热蒸汽在101kpa大气压和防护区最低环境温度下比容s=0.1269+0.000513*T=0.1269+0.000513*20=0.13716m3/kg
T---防护区最低环境温度，这里取20℃
防护区灭火设计剂浓度
，考虑建筑物防火等级，参考《GB50370-2005》，该系统选用10%
2.防护区设计药剂用量
W=k*v*
/s（100-
）=188.9kg
对于柜式七氟丙烷灭火系统有：
办公区1：
w=k*v*
/s（100-
）=68.24kg
对于办公区2：
w=k*v*
/s（100-
）=148.7kg
对于办公区3：
w=k*v*
/s（100-
）=50.7kg
3.气瓶选型，七氟丙烷配置用量
参照广东胜捷消防公司气体灭火产品技术资料选用MJP-150（150L）型钢瓶3个，每个瓶子装70kg，每个瓶子药剂剩余量综合管网剩余量按5kg计算，故本系统灭火剂用量
W0=188.9+3*5=203.9kg
4.泄压口
泄压口面积Fx（m2）=0.15Qx/Pf1/2=0.15*18.89/12001/2=0.082m2
——
灭火剂在防护区的平均喷放速率（kg/s）；这里的Qx=188.9/10=18.89kg/s
5.主干网的平均设计流量
Qw=w/t=188.9/10=18.89kg/s
t---灭火剂喷放时间，本系统按10s计算；w---防护区灭火设计药剂用量
6.设计参数汇总
表1设计主要参数
系统
防护区
面积（m2）
高度（m）
设计浓度%
设计喷放时间s
设计抑制时间min
七氟丙烷设计用量kg
七氟丙烷实际用量kg
使用的储瓶数（不含备用）个
每瓶充装量kg
储瓶容积L
泄压口面积m2
-
办公室7
43.2
3.6
10
10
20
126
210
3
70
150
0.065
办公室6
64.8
3.6
10
10
20
188.9
210
3
70
150
0.082
办公室3
64.8
3.6
10
10
20
188.9
210
3
70
150
0.082
办公室5
64.8
3.6
10
10
20
188.9
210
3
70
150
0.082
本公司2
64.8
3.6
10
10
20
188.9
210
3
70
150
0.082
办公室4
64.8
3.6
10
10
20
188.9
210
3
70
150
0.082
办公室1
64.8
3.6
10
10
20
188.9
210
3
70
150
0.082
办公区
43.2
3.6
10
10
20
126
210
3
7
150
0.065
7.管径初选
当
时，
；
当
时，
；
对于办公室7和办公区的支管，有Q=126/10=12.6kg/s,取D=40mm；
对于办公室1，2,3,4,5,6的支管有Q=188.9/10=18.89kg/s，取D=50mm;
8.校核管网
过程中点时储存容器内压力（绝对压力）
Pm=P0V0/（V0+W/2γ+Vp）
V0=nVb（1-η/γ）
V0—喷放前全部储存容器内的气相总容积m3
Vb---储存容器的容量m3=0.15
n---储存容器的个书n=3
η—充装量kg/m3η=70kg/150L=466.7kg/m3
γ---七氟丙烷液体密度200C时为1407kg/m3
V0=nVb（1-η/γ）=3*0.15*（1-466.7/1407）=0.3m3
P0—灭火剂储存容器增压压力（绝对压力）4.2+0.1=4.3MPa
Vp—管网的管道内容积：
L1=DN50，管道总长=（4.125+10.8+9+1.8+4+3）*6=196.35m
L2=DN40,管道总长=（1.8+4+3+9+10.8）*2=65.45m
故可以得出Vp=0.468m2；Pm=P0V0/（V0+W/2γ+Vp）=1.545MPa；
9.管网阻力损失计算
采用镀锌（无缝）钢管时有：
△P/L=5.75*105Q2/{[1.74+2*lg（D/0.12）]2*D5}
△P—计算管段阻力损失MPa
L---管道计算长度m为沿程长度与局部损失当量长度之和
Q—管道设计流量kg/s
D—管道内径mm
结合
表2局部阻力损失当量长度（m）
公称通径
（mm）
局部阻力损失当量长度
90°弯头
直通
三通
直路
90°分支路
20
1.5
0.2
0.5
1.7
25
1.8
0.2
0.6
2.0
32
2.2
0.3
0.7
2.5
40
2.8
0.3
0.9
3.2
50
3.5
0.4
1.1
4.0
65
4.5
0.5
1.4
5.0
80
5.2
0.6
1.7
5.8
100
6.4
0.7
2.1
7.3
高程压头
式中
——
过程中点时，喷头高度相对储存容器内液面的位差（单位：
m）
——
重力加速度（m/s2）
Ph=0.0455MPa
对于办公室7有：
△P=0.0194*（4+1.8+4+3+3*2.2）=0.380MPa
节点处喷头工作压力Pc=1.545-0.380-0.0455=1.120MPa
系统压力属于二级增压，即有Pc>0.7MPa，2Pc>Pm
故该管网管道选型满足规范要求
对于办公室3和办公室6有：
△P=0.0135*（4+9+4+2.8*3+3）=0.383MPa
节点处喷头工作压力Pc=1.545-0.383-0.0455=1.117MPa
系统压力属于二级增压，即有Pc>0.7MPa，2Pc>Pm
故该管网管道选型满足规范要求
对于办公室2和办公室5有：
△P=0.0135*（4+10.8+9+1.8+4+3+2.8*3）=0.554MPa
节点处喷头工作压力Pc=1.545-0.554-0.0455=0.946MPa
系统压力属于二级增压，即有Pc>0.7MPa，2Pc>Pm
故该管网管道选型满足规范要求
对于办公室1和办公室4有：
△P=0.0135*（4+10.8+10.8+9+1.8+4+3+2.8*3）=0.670MPa
节点处喷头工作压力Pc=1.545-0.670-0.0455=0.830MPa
系统压力属于二级增压，即有Pc>0.7MPa，2Pc>Pm
故该管网管道选型满足规范要求
对于办公区有：
△P=0.0194*（4+9*2+10.8*2+2.2*3+1.8+4+3）=0.714MPa
节点处喷头工作压力Pc=1.545-0.714-0.0455=0.786MPa
系统压力属于二级增压，即有Pc>0.7MPa，2Pc>Pm
故该管网管道选型满足规范要求
10.喷头等效空口面积计算
喷头等效孔口面积应按下式计算：
（3.3.17）
式中
——
喷头等效孔口面积（cm2）；
——
等效孔口单位面积喷射率[（kg/s）/cm2]，可按本规范附录C采用。
根据GB50370-2005有喷头保护高度不宜大于6.5m，最大保护高度不宜小于0.3m；安装高度小于1.5m时，保护半径不宜大于4.5m，安装高度不小于1.5m时，保护半径不宜大于7.5m，本工程安装高度定位3.3m
故对于办公室7：
查附录表C-2，增压压力为4.2MPa时，
=4.85（kg/s）/cm2
Qc=126/10=12.6kg/s，
=12.6/4.85=2.60cm2
根据附录D《喷头规格和等效孔口面积》应选择喷头规格代号为24，数量1个
对于办公室3,6有：
查附录表C-2，增压压力为4.2MPa时，
=4.25（kg/s）/cm2
Qc=188.9/10=18.89kg/s，
=18.89/4.25=4.44cm2
根据附录D《喷头规格和等效孔口面积》应选择喷头规格代号为22，数量2个
对于办公室2,5有：
查附录表C-2，增压压力为4.2MPa时，
=3.5（kg/s）/cm2
Qc=188.9/10=18.89kg/s，
=18.89/3.5=5.39cm2
根据附录D《喷头规格和等效孔口面积》应选择喷头规格代号为22，数量2个
对于办公室1,4有：
查附录表C-2，增压压力为4.2MPa时，
=3.05（kg/s）/cm2
Qc=188.9/10=18.84kg/s，
=18.84/3.05=6.18cm2
根据附录D《喷头规格和等效孔口面积》应选择喷头规格代号为26，数量2个
对于办公区有：
查附录表C-2，增压压力为4.2MPa时，
=3.5（kg/s）/cm2、
Qc=126/10=12.6kg/s，
=12.6/3.5=3.6cm2
根据附录D《喷头规格和等效孔口面积》应选择喷头规格代号为28，数量1个
11.设备材料清单汇总
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
1
150L储存装置
MRJ-150-6
瓶数
3
2
N2启动瓶
MQP-8
瓶数
1
3
电磁起动器
SDF
个
1
4
灭火药剂
HFC-227ea
Kg
471.54
5
高压释放软管
MRG-50
条
3
6
液流单向阀
MYD-50
个
3
7
低压泄漏阀
个
1
8
集流管
ZEJG-80/3
根
1
9
控制气管
QKG
瓶数
3
10
压力信号器
MYQ
个
1
11
安全阀
GFA
个
1
12
储存瓶架
MRJ-150-6
套
1
13
喷头
22
个
6
14
喷头
24
个
1
15
喷头
26
个
2
16
喷头
28
个
1
17
管道
DN40
m
65.45
18
管道
DN50
m
196.35
19
90°弯头
r/d=1，r=40
个
6
20
90°弯头
r/d=1，r=50
个
18
21
90°三通
40×40×100
个
6
22
90°三通
50×50×100
个
2
23
柜式气体灭火器
ZMX-100
个
2
24
柜式气体灭火器
ZMX-150
个
1
四．小结
七氟丙烷灭火系统的设计计算过程较复杂，设计过程中要注意结合相关标准和公式，对于每一个管网应注意各个管网的阻力损失及高程损失，计算出喷头压力，参照国家标准，验算校核压力是否符合国家标准，设计过程中还应注意各个管网平衡，本设计采用独立管道，所以基本可以认为各管道平衡。
通过这次七氟丙烷灭火系统的设计，我对灭火系统的相关设计计算有了一定的了解，灭火系统设计计算应始终严谨求实，不能弄虚作假，否则一旦系统投入运行很可能会发生重大损失，所以设计计算过程一定要仔细严谨。
最后，感谢吴老师和张老师的指导，老师们辛苦了！
五．参考文献
【1】.公安部天津消防研究所.气体灭火系统设计规范GB50370-2005.北京：
中华人民共和国，2006
【2】.程远平，李增华主编.消防工程学.第一版.江苏：
中国矿业大学出版社，2002
【3】.七氟丙烷灭火系统设计说明书
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