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七氟丙烷灭火剂在地铁建设中的运用研究论文
摘要:
论述了七氟丙烷灭火剂的基本性质、系统的设计,包括保护场所的选择,灭火剂设计浓度,影响保护区内灭火剂浓度的因素,管网设计和系统选择等,最后以深圳地铁一号线会展中心站为例,介绍了采用七氟丙烷气体灭火系统在地铁建设工程中的运用。
关键词:
灭火系统七氟丙烷灭火剂系统设计哈龙灭火剂地铁运用
20世纪80年代,固定气体灭火系统的首选为哈龙100灭火剂,因为它具有不导电、挥发快、无残留物、灭火效率高、扑灭火灾类型较广等优势而被广泛采用。上海地铁一号线地下车站无人值班的重要电器用房内,即采用了哈龙100固定气体灭火系统。但根据联合国环境规划署(UNE)的规定,为了保护大气臭氧层,停止生产哈龙灭火剂,我国自2000年起停止生产和逐步淘汰哈龙灭火剂。目前在固定灭火系统中,七氟丙烷、烟络尽、自动喷水、二氧化碳等灭火系统均可作为哈龙气体的主要替代灭火系统。在地铁建设中,新加坡、香港、广州、深圳等城市均选用了七氟丙烷固定灭火系统,作为保护地铁地下车站内重要电器设备的主要灭火设施。
1七氟丙烷灭火剂的基本性质
七氟丙烷灭火剂灭火后无固体和液体的残留物,灭火效能高,设计灭火浓度低,喷射到防护区内能立即闪发成蒸气态,并在封闭空间内各向分布迅速均匀。作为全淹没灭火剂,属于可液化储存的气体,不导电、不击穿电子电器设备,具有无色、无味、热稳定性和化学性能良好等特性,是一种清洁气体灭火剂。
七氟丙烷的灭火机理主要为冷却灭火和化学灭火共同作用。七氟丙烷在气化过程中要吸收大量的热量;同时它由大分子组成,在火焰高温中一些化学键断裂,需要能量,导致冷却。
2七氟丙烷灭火系统的设计
该气体灭火系统,设计的基本要求为:系统具有可靠的火灾自动报警系统;管网、喷嘴的布置应经济合理,能确保灭火剂在尽可能短的时间内喷放到保护区内,并迅速均匀分布,达到灭火浓度,迅速控制火灾;保护区应封闭良好,必须确保灭火剂在规定的时间内保持灭火浓度;要有充分的条件,使灭火后尽可能快地通风换气,以减少设备与灭火剂分解产物的接触时间。
2.1地铁工程中保护场所的选择
七氟丙烷灭火剂可用于扑救可燃液和可熔化固体的火灾、可燃固体的表面火灾、电气火灾。由于地铁车站处于地下空间,且具有完善的环境控制系统,常年的温度变化不大,重要的电器设备用房的温度基本保持在1~2℃之间,是选用全淹没七氟丙烷灭火系统的理想场所。故应严格按照现行《地铁设计规范》所规定要求设置的场所,设置气体灭火系统。
2.2灭火剂的设计浓度
七氟丙烷气体灭火系统设计时有灭火浓度、设计灭火浓度、最大灭火浓度。灭火浓度是由试验测得的实际灭火浓度;设计灭火浓度是在灭火浓度的基础上考虑了一定安全系数后确定的设计灭火浓度;最大设计灭火浓度是在保护区最高环境温度下,扣除被保护区内的设备体积后,实际可能形成的最大浓度。保护区内的设计浓度是随着保护区的环境温度、海拔高度和被保护可燃物不同而异。
2.3影响保护区内灭火剂浓度的因素
灭火剂实际喷放到保护区内所形成的浓度,可能会出现比实际设计灭火浓度高或低的情况。这一浓度的变化对人员的安全、设备的影响及灭火效果的成败关系极大,应引起足够重视。
导致保护区内实际灭火浓度比设计灭火浓度高的主要因素有:灭火剂用量计算时保守,没有考虑到封闭空间内非固定材料(或物体)的存在及对气体泄漏量估计过高而造成的。事实上在地铁地下车站无人值班的重要电器用房,只要在施工完成后注意检查进出保护区的门、窗是否密封;进出电缆孔封堵是否符合防火隔断的要求;风阀关闭是否密封等,只要达到设计要求,泄漏量就很少。此外,如果计算环境温度低,而实际喷放时环境温度高,浓度也将升高。
导致保护区内实际灭火剂浓度比设计灭火浓度低的因素主要有:灭火剂喷放后在容器和管网内残留有部分灭火剂蒸汽;实际喷放时有溶解氮气喷出;封闭空间内的障碍物影响气体混合;封闭空间的几何形状导致灭火剂分布不均匀等。这些都有可能使火源周围灭火剂的浓度低于实际灭火浓度,而影响灭火效果。故在喷嘴的设计和施工安装时一定要按规范避开结构梁、柱,同时按所选喷嘴的特性,结合封闭空间的几何形状合理布置,使影响灭火剂浓度降低的因素减少到最小。
2.4系统的管网设计
气体管网部分主要由气体钢瓶及容器阀、电磁阀启动器、高压软管、集流管、安全泄压装置、单向阀、选择阀、压力开关、喷嘴和气体输送管道等组成。
由于七氟丙烷喷放过程中,其压力迅速降低,在前面的流体呈现瞬时状态的二相流区,随后为液相流区(含密集小气泡)和二相流区(密度变化无规律),最后是尾气(氮气和七氟丙烷的蒸汽)。
目前国内主要按液相流的计算方法,计算简便,能满足工程应用的需求,但应注意相关条件的控制,如喷嘴之前的压力等。由于管道阻力损失的试验数据,较理论计算值小,在理论计算时还需要考虑其某些二相流特征。
实际上这是对简单管网系统而言,而对较复杂的管网,应考虑流体在三通处的分流影响,如仍按单一的液相流计算方法设计,则可能产生较大的误差。现在七氟丙烷灭火系统生产商所提供的设计计算软件均采用二相流计算方法,该计算方法较适合工程实际。
2.5系统的选择
在工程设计中,可根据所保护设备用房的位置和空间大小来选择不同的系统布置。
如设备用房布置较分散,系统的管道超出规定长度3m,就应采用独立单元系统。该系统控制简单,便于操作,但增加气瓶间,投资相对较高。
如设备用房布置较集中,系统管道不超出规定长度,即可采用组合分配系统。该系统占地面积小,从而节约投资,在地铁工程设计中应尽量采用。在全淹没组合分配式七氟丙烷气体灭火系统设计时,必须选择该保护区内体积最大的电器设备用房,作为该保护区设计灭火浓度的依据。
笔者参加了深圳地铁一号线一期工程的设计。现以深圳地铁一号线的会展中心站重要电气设备用房,采用七氟丙烷气体灭火系统为例作一简介。
会展中心站为深圳地铁一号线一期工程中规模最大的一座换乘车站,共地下三层,地下一层为站厅层;地下二层为一号线岛式站台;地下三层为四号线侧式站台。气体灭火系统共设1个保护区,设计成8个系统,计算数据见表1。
计算结果见表2。
3结论
七氟丙烷对环境和大气臭氧层无破坏作用,具有较高的灭火效果,是理想的环保清洁气体灭火剂。七氟丙烷比较成功地替代了哈龙全淹没灭火系统, 是因为七氟丙烷适用于扑救多类火灾,特别适用于保护精密仪器设备等场所。设计时管网流体计算采用气液二相流体计算方法,在深圳地铁的实际使用中,经过深圳市消防局和广东省消防厅的实地测试验收,达到了设计预期效果,满足了工程的需要。
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