实务手册金盾外贮压式七氟丙烷灭火系统设计手册.docx
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实务手册金盾外贮压式七氟丙烷灭火系统设计手册
外贮压式七氟丙烷灭火系统
产品应用设计手册（V3.0）
上海金盾消防安全设备有限公司
2011.12
1.概述
1.1七氟丙烷灭火剂
七氟丙烷灭火剂是目前众多的哈龙1301替代物中应用最多、技术相对最成熟的洁净气体灭火剂之一，其灭火机理是物理方式和部分化学方式灭火。
七氟丙烷灭火剂具有优异灭火性能，对环境不造成破坏，可以说七氟丙烷是目前哈龙1301灭火剂的最理想替代物。
哈龙1301与七氟丙烷主要物理性质和化学性质参数对比（表1）
1
3
0
1
化学名称
分子结构式
分子量
沸点
（℃）
凝固点
（℃）
临界温度
（℃）
临界压力
（绝压）MPa
临界体积cm3/mol
三氟一溴甲烷
CF3Bｒ
148.9
-57.8
-168
67
4.04
200
临界密度kg/m3
饱和蒸汽压
（绝压）
（20℃）MPa
液体密度
（20℃）kg/m3
饱和蒸汽密度
（20℃）kg/m3
过热蒸汽比容
（20℃）
kg/m3
粘滞度
（20℃）CP
NOAEL
（V/V）
LOAEL
（V/V）
745
1.462
1570
115.6
0.159
0.15
5％
7.5％
七
氟
丙
烷
化学名称
分子结构式
分子量
沸点
（℃）
凝固点
（℃）
临界温度
（℃）
临界压力
（绝压）MPa
临界体积cm3/mol
HFC227ea
CF3CHFCF3
170
-16.4
-131.1
101.7
2.97
274
临界密度kg/m3
饱和蒸汽压
（绝压）
（20℃）MPa
液体密度
（20℃）kg/m3
饱和蒸汽密度（20℃）kg/m3
过热蒸汽比容（20℃）kg/m3
粘滞度
（20℃）CP
NOAEL
（V/V）
LOAEL
（V/V）
621
0.4
1407
31.176
0.1373
0.184
9％
10.5％
相似保护对象的灭火设计浓度对比
1
3
0
1
图书、档案和文物资料库等防护区设计灭火浓度宜采用7.5%
变配电室、通讯机房、电子计算机房等防护区设计灭火浓度宜采用5.0％
七
氟
丙
烷
图书、档案、票据和文物资料库等防护区灭火设计浓度宜采用10%
油浸变压器室、带油开关的配电室和自备发电机房等防护区灭火设计浓度宜采用9%
通讯机房和电子计算机房等防护区灭火设计浓度宜采用8%
1.2七氟丙烷灭火系统特点及适用范围
七氟丙烷气体灭火系统是以七氟丙烷为灭火剂，以氮气为动力气体，通过喷嘴喷放，能在极短的时间内汽化，实施灭火的固定式气体灭火系统。
该系统具有以下优点：
1具有物理和化学双重灭火机理，灭火浓度低，灭火效率高；
2灭火剂设计浓度低，用量少，并以液态贮存，瓶组占地面积小，节省建筑面积；
3灭火剂挥发性好，无残留物，对保护对象无残留物污染；
4在适当的灭火浓度下对人体无害，适合于经常有人的场所；
5泄压面积较小，易于布置。
七氟丙烷灭火系统适用于扑救下列火灾：
1电气火灾；
2固体表面火灾；
3液体火灾；
4灭火前能切断气源的气体火灾。
适合于在下列场所使用：
1经常有人的场所；
2药剂喷放后，要求不留痕迹或清洗残留物有困难的场所；
3保护区含贵重物品、珍贵档案以及软硬件等。
特别适合于：
控制机房、数据信息中心、文物档案、图书资料、计算机房等场合。
七氟丙烷灭火系统不适用于扑救下列火灾：
1硝酸纤维、硝酸钠等含氧化剂的化学制品火灾；
2钾、镁、钠、钛、锆、铀等活泼金属火灾；
3氢化钾、氢化钠等金属氢化物火灾；
4过氧化氢、联胺等能自行分解的化学物质火灾。
1.3气体灭火系统组成及控制原理
气体灭火系统由探测、报警控制、分配释放、灭火剂贮存、管网、喷嘴和报警显示等几部分组成（见图1），其控制原理如图2所示。
1.探测、2.报警控制、3.分配释放、4.灭火剂贮存、5.管网、6.喷嘴、7.报警显示
图1气体灭火系统构成示意图
图2气体自动灭火系统控制原理图
1.4内贮压式七氟丙烷灭火系统
七氟丙烷灭火剂的饱和蒸汽压低，不能满足灭火剂输送和喷放汽化的要求，通常采用灭火剂储瓶充装氮气增压的方式。
内贮压式系统是将七氟丙烷灭火剂和氮气贮存于同一个容器内，其贮存压力有2.5MPa、4.2MPa和5.6MPa三种规格。
由于氮气和七氟丙烷灭火剂贮存在同一个容器内并加压，必然有一部分氮气会溶解到七氟丙烷液态灭火剂中。
当灭火剂在管道内输送过程中，随着压力不断降低，氮气将重新释放出来，在输送管道中形成气囊和双相流现象，直接影响了灭火剂的流动性能。
灭火剂和氮气贮存于同一容器内，氮气的贮存体积是有限的，贮存压力也不能太高，贮存压力越高氮气的溶解量越多，输送过程中的气囊和双相流现象越严重。
所以，内贮压式系统的灭火剂所获得的有效动力是有限的。
由于上述原因，内贮压式七氟丙烷灭火系统的输送距离将受到限制，一般2.5MPa系统，其输送距离在30m左右，4.2MPa系统在40m左右,5.6MPa系统在50m左右。
内贮压式七氟丙烷系统的灭火剂充装密度有限，因为氮气给灭火剂瓶组充压后，在一定的环境温度下，贮存压力会急剧上升，严重威胁容器的安全。
现行的国家规范规定了内贮压式七氟丙烷灭火系统的充装密度为：
2.5MPa系统不应大于1120kg/m3（钢制焊接气瓶）；4.2MPa系统不应大于950kg/m3（钢制焊接气瓶）；5.6MPa系统不应大于1080kg/m3（钢制无缝气瓶）。
1301灭火剂的设计灭火浓度只有5％左右，比七氟丙烷灭火剂的设计灭火浓度低；1301灭火剂的粘度为0.15CP（20℃），比七氟丙烷灭火剂的粘度低；1301灭火剂的密度为1.54kg/L，比七氟丙烷的密度大，对同一防护区所需灭火剂的体积小；1301系统的最大输送距离为70m左右，远大于内贮压式七氟丙烷系统的输送距离。
因此，内贮压式七氟丙烷系统不能直接利用原有1301系统的管网对工程进行改造。
1.5外贮压式七氟丙烷灭火系统
针对内贮压式七氟丙烷灭火系统所存在上述缺点，我公司从2003年开始策划筹备外贮压式七氟丙烷灭火系统的研发工作。
几年来，与国内知名科研机构和大专院校联手，聘请资深消防专家加盟，开展广泛深入的调查研究，并投入巨资进行了大量的试验验证，取得了一系列可靠的试验数据，在借鉴国外先进技术的基础上，成功的开发了外贮压式七氟丙烷灭火系统，填补了国内空白，其技术性能指标达到了国际先进水平。
外贮压式七氟丙烷灭火系统是将七氟丙烷灭火剂和动力气体分别贮存于不同的容器内，在喷放灭火剂时，把动力气充入灭火剂贮存钢瓶，使灭火剂容器内的压力迅速升高，推动灭火剂高速通过管网系统，实施喷放灭火。
由于灭火剂和氮气分别贮存于不同容器，不存在氮气溶解于灭火剂的现象，在输送过程中不会释放氮气，避免了气囊和双相流现象的发生，氮气推动液态七氟丙烷灭火剂在管路中能以单相流体流动，其灭火剂的流动性能得以优化，能够使用更细的管道输送更多的灭火剂。
平时灭火剂容器内的压力仅为灭火剂的饱和蒸汽压，容器的充装密度可大大提高；通过压力的调整和氮气量的配置，提高灭火剂喷嘴入口压力，可改善灭火剂的雾化效果，增强灭火剂的灭火效果。
与内贮压式七氟丙烷相比，外贮压式七氟丙烷灭火系统具有以下诸多的优点：
1）灭火剂输送距离将大大提高，最远可达220m，更适合于远距离输送和大空间防护区；
2）输送管路管径相对较小，可减少管道投资；
3）可沿用已有的哈龙1301管网系统和设备间，把1301系统仅更换贮瓶就改造成为外贮压式七氟丙烷灭火系统；
4）喷嘴入口压力较高，改善了灭火剂的雾化效果，缩短了灭火剂喷放时间，加速灭火，提高灭火效率。
外贮压式七氟丙烷灭火系统特别适合于：
1）对哈龙1301系统进行改造，而不需要对原有管路进行修改；
2）大面积和大空间的气体灭火防护区；
3）钢瓶间与防护区之间距离较远的工程。
外贮压式七氟丙烷灭火系统不是简单的将动力气贮存在另一个容器内或增加动力气体的贮存量，更重要的是如何在有效的时间内，充分利用动力气体的能量，使灭火剂得到更多的动力。
外贮压式七氟丙烷灭火系统采用了本公司的专利技术——具有缓慢开启功能的减压阀，既使动力气在一定的时间内恒压输出，其能量得到了充分利用，又能有效的避免了动力气体对灭火剂容器所构成的压力冲击。
2.系统构成和组件
2.1系统构成
2.1.1单元独立系统
1.声光报警器、2.火灾探测器、3.放气指示灯、4.紧急启停/手自动转换、5.气体灭火控制器、6.集流管、7.安全泄放阀、
8.压力信号发生器、9.动力气连接管、10.控制连接管、11.电磁启动器、12.灭火剂瓶组支架、13.动力气瓶组、14.灭火剂瓶组、15.灭火剂连接管、16.灭火剂单向阀、17.管网、18.喷头
图3单元独立系统示意图
2.1.2组合分配系统
1.声光报警器、2.火灾探测器、3.放气指示灯、4.紧急启停/手自动转换、5.气体灭火控制器、6.集流管、7.安全泄放阀、8.压力信号发生器、9.动力气连接管、10.控制连接管、11.电磁启动器、12.灭火剂瓶组支架、13.动力气瓶组、14.灭火剂瓶组、15.灭火剂连接管、16.灭火剂单向阀、17.喷头、18.管网、19.选择阀、20.启动气体单向阀、21.启动气瓶组、22.启动气瓶组支架
图4组合分配系统示意图
2.2系统组件
2.2.1灭火剂瓶组
◆用途
灭火剂瓶组是外贮压式七氟丙烷灭火系统中的关键组件，在系统中起到贮存和释放灭火剂的作用。
◆结构特点
灭火剂瓶组由灭火剂容器、灭火剂容器阀、减压阀和液面测量装置等部件组成（见图5），平时灭火剂以饱和蒸汽压力贮存于瓶组中，系统启动时在动力气的作用下，以系统额定工作压力释放灭火剂。
图5灭火剂瓶组
◆主要技术参数
灭火剂瓶组主要技术参数（表2）
瓶组型号
容积
设计压力（MPa）
额定工
作压力（MPa）
出口通径（mm）
灭火剂最大贮存量（kg）
灭火剂
剩余量（kg）
空瓶质量
（kg）
外形尺寸
（直径×高度）
BQRPZ90
90L
4.2
4.2
DN32
110.7
0.85/瓶
93
369×1385
BQRPZ180
180L
DN50
221.0
1.0/瓶
185
420×1895
◆注意事项
在运输过程中不得横卧，不得利用减压阀、容器阀或连接管路作为对瓶组的施力工具点或握持点。
在安装过程中不得利用瓶组及瓶组上的外凸部件作为攀登、垫脚的工具；亦应保护各连接管路的完好无损。
灭火剂瓶组贮存的环境温度必须在规定值的范围内。
2.2.1.1灭火剂容器
◆用途
灭火剂容器用于贮存灭火剂，是灭火剂瓶组的重要组成部分。
（图6a,图6b）
◆结构特点
该容器是属于钢制焊接气瓶，共有三个连接口，分别连接灭火剂容器阀、减压阀和液面测量装置，容器采用中强度合金结构钢制作。
◆主要技术参数
灭火剂容器主要技术参数（表3）
型号
容积（L）
设计压力（MPa）
钢瓶内径（mm）
高度（m）
BQRP90
90
4.2
350
1150
BQRP180
180
400
1650
图6aBQRP90型灭火剂容器图6bBQRP180型灭火剂容器
◆注意事项
容器瓶在每次充装灭火剂前均应进行清洁，去除内部的杂质、铁锈并烘干。
2.2.1.2灭火剂容器阀
◆用途
灭火剂容器阀是灭火剂瓶组中的关键部件，用来控制释放灭火剂。
◆结构特点
灭火剂容器阀由阀体、阀芯、安全阀、启动器及密封件等组成（见图7a、7b）。
阀的密封和启动原理是利用阀芯两端所产生的压差来进行的，其密封形式为软密封。
该阀能够随着环境温度和容器内灭火剂的饱和蒸汽压的变化，自动调整阀芯的作用力，有效地避免了由于密封材料的塑性变形而造成的泄漏。
该容器阀采用气启动方式，动力气体经专用减压阀减压后输入气启动器，气启动器戳破容器阀的工作膜片，使阀芯一端泄压失去平衡而开启。
◆主要技术参数
灭火剂容器阀主要技术参数（表4）
型号
公称通径
当量长度
设计压力
安全泄放压力
灭火剂充装
口连接螺纹
灭火剂出口连接螺纹
启动气入口
连接形式
BQRF32
32mm
2.8m
4.2MPa
6±0.3MPa
M10×1
M48×1.5
M14×1.5
BQRF50
50mm
2.98m
M70×2
扩口连接
图7aBQRF32型容器阀
图7b180L灭火剂瓶组容器阀
◆注意事项
容器阀每次动作后都应更换密封膜片，同时对阀芯、密封件和弹性元件进行检查后再安装，以确保容器阀的密封性。
2.2.1.3减压阀
◆用途
减压阀是灭火剂容器瓶组的关键部件之一，用于对动力气进行减压作用。
◆结构特点
该减压阀是一种将减压、稳压、单向止回等功能集中于一体的特种阀门（见图8），属本公司的专利技术。
该减压阀具有以下特点：
a、能将快速输入的高压动力气体经过减压后恒压输出至灭火剂瓶组内，既消除了通常的减压阀在快速高压气体输入时对下游连接设备所带来的超压冲击，又能以恒定压力推动灭火剂从容器内释放出来，使得灭火剂在有效时间内能获得更大动能，保持较高的流速，延长灭火剂的输送距离。
b、单向止回功能可防止灭火剂反向泄漏。
图8减压阀
◆主要技术参数
减压阀主要技术参数（表5）
减压阀型号
额定工作压力
额定输出压力
适用灭火剂瓶组
BQJF
12MPa
4.20-0.84
90L180L
◆注意事项
1）减压阀是外贮压式七氟丙烷灭火系统中的关键部件，为了保证其工作的正确性，禁止未受过培训的人员进行检修或分解；
2）分解或拆卸后重新组装的减压阀均应进行单向阀的反向密封性能试验；
3）减压阀体外的管路重接后应进行密封性试验。
2.2.1.4液面测量装置
◆用途
液面测量装置是用于检查灭火剂的液面高度的专用装置。
结构特点
液面测量装置由感应圈、液面探头、标尺、拉环、警示牌和护帽等零件组成（见图9）。
该装置是采用磁感应原理，直接通过浮在灭火剂液面上的感应圈的位置来判断灭火剂液面，具有快捷、准确、可靠等特点。
灭火剂瓶组的液面测量装置之标尺在出厂前均已进行标定，与装置上缘平齐处的标定值为100cm，若发现标尺下移则表明灭火剂可能发生损失，液面每下移1cm，对于90L瓶组灭火剂损失1.35kg，对于180L瓶组灭火剂损失1.77kg。
若灭火剂损失超过瓶组充装量的10%时应及时更换并补充灭火剂。
图10动力气瓶组
图9液面测量装置
◆主要技术参数
液面测量装置主要技术参数（表6）
型号
测量范围（mm）
适用的灭火剂瓶组
BQYC90
0～850
BQRPZ90
BQYC180
0～550
QBRPZ180
◆注意事项
液面探头是易碎的元件，应避免摔、打、挤压和磕碰。
在检查液面调试时，一旦发现灭火剂液面下降，应立即查明原因，并采取防止进一步泄漏的措施，及时补充灭火剂，防止因灭火剂泄漏而造成系统灭火失败的事故发生。
2.2.2动力气瓶组
◆用途
用于贮存动力气体，为灭火剂输送提供动力。
◆结构特点
动力气瓶组由动力气容器、动力气容器阀组成（见图10）。
◆主要技术参数
动力气瓶组主要技术参数（表7）
型号与规格
贮存压力
容积
使用温度
介质
启动方式
捡漏方式
BQDPZ70
12MPa
70L
0℃～50℃
N2
气（手）动
压力表显示
◆注意事项
1）定期检查动力气瓶组内的介质压力，当瓶组内的N2压力低于公称压力的10%时，应及时补充N2。
2）正确使用压力表阀，检查瓶组内介质压力。
a）关闭活套螺母（旋紧），卸下压力表，压力表指针应归零；
b）装上压力表，适度松开活套螺母（不超过1圈），读压力表，其值应在规定范围内；
c）关闭活套螺母。
2.2.2.1动力气容器
◆用途
在系统中用于贮存动力气体－N2。
◆结构特点
该容器为钢制无缝气瓶。
◆主要技术参数
动力气容器主要技术参数（表8）
型号与规格
设计压力
容积
使用温度
直径
高度
BQDP70
15MPa
70L
0℃～50℃
Φ267mm
1540mm
2.2.2.2动力气容器阀
◆用途
动力气容器阀是动力气瓶组中的关键部件，用来控制动力气体释放。
◆结构特点
动力气容器阀由阀体、安全泄放阀、活套螺母、压力表等组成（见图11）。
容器阀采用差压式密封消除了环境温度的变化对密封材料产生塑性变形的影响，从而具有更好的密封性。
该容器阀具有开启迅速、密封可靠等优点。
◆主要技术参数
动力气容器阀主要技术参数（表9）
型号与规格
设计压力
公称通径
安全泄放压力
启动方式
当量长度
连接螺纹
BQDF
15MPa
15mm
18.6±0.93MPa
气（手）动
1.86m
PZ39
图12启动气瓶组
图11动力气容器阀
2.2.3启动气瓶组
◆用途
提供开启选择阀和动力气容器阀的动力。
发生火警时,由火灾报警控制器输出直流信号启动电磁启动器，打开启动气容器阀，释放启动气体，经过控制连接管,将选择阀和动力气瓶组打开，释放动力气体推进灭火剂实施喷放灭火。
◆结构特点
启动气瓶组由启动气容器1、启动气容器阀2组成（见图12）。
◆主要技术参数
启动气瓶组主要技术参数（表10）
型号与规格
贮存压力
容积
使用温度
安全泄放压力
启动方式
检漏形式
低压报警
ZEQDP4
6MPa
4L
0℃～50℃
9±0.45MPa
电（手）动
压力表
可选
◆注意事项
启动气容器阀上的保险销是为了防止瓶组在运输或安装过程中产生误动作而设置的，启动气瓶组在安装调试完毕后,投入使用之前应拔出保险销。
拔出后应注意妥善保管，以便在检修过程中可以继续使用。
2.2.3.1启动气容器
◆用途
在系统中用于贮存启动气体－N2。
◆结构特点
该容器为钢制无缝气瓶。
◆主要技术参数
启动气容器主要技术参数（表11）
设计压力（Mpa）
容积（L）
使用温度（℃）
直径（mm）
高度（mm）
15
4
0～50
140
450
2.2.3.2启动气容器阀
◆用途
用于控制启动气体的控制阀。
◆结构特点
密封形式：
膜片；
启动方式：
电动或手动方式戳刀刺破膜片，释放启动气体。
◆主要技术参数
启动气容器阀主要技术参数（表12）
设计压力（Mpa）
安全泄放压力（Mpa）
启动方式
公称通径（mm）
连接螺纹
6.6
9±0.45
电、手启动
DN6
PZ19.2
图13启动气容器阀
◆注意事项
1）启动气容器阀上的保险销是为了防止瓶组在运输或安装过程中产生误动作而设置的，启动气瓶组在安装调试完毕后,投入使用之前应拔出保险销。
拔出后应注意妥善保管，以便在检修过程中可以继续使用。
2）启动气容器阀内的密封膜为专用件，必需使用生产厂提供的备件。
为了保证膜片的安全质量，应使用生产厂提供的专用工具安装。
3）正确使用压力表阀，检查瓶组内介质压力。
1关闭活套螺母（旋紧），卸下压力表，压力表指针应归零；
2装上压力表，适度松开活套螺母（不超过1圈），读压力表，其值应在规定范围内；
3关闭活套螺母。
2.2.4喷头
喷头主要技术参数（表13）
用途：
喷头是安装在防护区内用来喷放灭火剂的部件，其作用是在喷放压力的作用下使灭火剂雾化，并在短时间内达到汽化实施灭火。
喷口
计算
面积
（mm²）
6孔
均布
直径
（mm）
3孔
均布
直径
（mm）
2孔
均布
直径
（mm）
结构特点：
喷头由本体、撞击盘、装饰盘和紧固件组成。
应用方式为全淹没方式，装饰盘应根据实际情况决定选用与否，对于没有吊顶的防护区可以不配装饰盘。
BQPT25-4.5
BQPT20-4.5
15.10
3.1
BQPT25-5
BQPT20-5
15.10
3.1
BQPT25-5.5
BQPT20-5.5
16.08
3.2
BQPT32-6
BQPT25-6
BQPT20-6
19.24
3.5
BQPT32-6.5
BQPT25-6.5
BQPT20-6.5
24.13
3.2
BQPT32-7
BQPT25-7
BQPT20-7
25.66
3.3
BQPT32-7.5
BQPT25-7.5
BQPT20-7.5
30.54
3.6
BQPT32-8
BQPT25-8
BQPT20-8
35.84
3.9
BQPT32-8.5
BQPT25-8.5
BQPT20-8.5
37.70
4
BQPT40-9
BQPT32-9
BQPT25-9
BQPT20-9
43.57
4.3
BQPT40-9.5
BQPT32-9.5
BQPT25-9.5
BQPT20-9.5
45.29
3.1
BQPT40-10
BQPT32-10
BQPT25-10
BQPT20-10
51.32
3.3
BQPT40-11
BQPT32-11
BQPT25-11
BQPT20-11
61.07
3.6
BQPT40-12
BQPT32-12
BQPT25-12
BQPT20-12
71.68
3.9
BQPT40-13
BQPT32-13
BQPT25-13
BQPT20-13
83.13
4.2
BQPT50-14
BQPT40-14
BQPT32-14
BQPT25-14
BQPT20-14
99.71
4.6
BQPT50-15
BQPT40-15
BQPT32-15
BQPT25-15
BQPT20-15
113.14
4.9
BQPT50-16
BQPT40-16
BQPT32-16
BQPT25-16
BQPT20-16
132.37
5.3
BQPT50-18
BQPT40-18
BQPT32-18
BQ
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