IG541氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1G541氣體滅火系統(tǒng)是由美國(guó)安素公司率先推出的滅火產(chǎn)品。目前普遍認(rèn)為，安素公司的設(shè)計(jì)計(jì)算軟件進(jìn)行IG541的工程設(shè)計(jì)比較可靠。 

 IG541系統(tǒng)自從引進(jìn)中國(guó)以來(lái)，作為該系統(tǒng)核心技術(shù)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，成為眾多消防企業(yè)、消防研究所、消防管理部門的攻關(guān)目標(biāo)。已有眾多消防企事業(yè)單位投入了相當(dāng)多的人力和物力對(duì)IG541系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行研究。目前關(guān)于IG541系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算多是沿用傳統(tǒng)氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，區(qū)別盡在于管道的壓力損失計(jì)算上，因此管道壓力損失計(jì)算方法的研究是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。很多從事消防工作的人士認(rèn)為，IG541氣體滅火系統(tǒng)的水力計(jì)算與目前成熟的氣體滅火系統(tǒng)水力計(jì)算最大的不同是管網(wǎng)的壓力損失計(jì)算方法不同，其它各步驟相同，認(rèn)為只要解決了管道的壓力衰減的計(jì)算這一難題，IGS41系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算的問題就可以解。這種觀念是不對(duì)的，要根據(jù)1GS41系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，參考其它氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，研究其設(shè)計(jì)計(jì)算方法，而不能照搬其它氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

IG541管網(wǎng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算方法

  氣體滅火設(shè)備廠家1G541系統(tǒng)在噴放氣體過程可以分以下三個(gè)階段：(1)瓶頭閥打開到滅火劑充滿管網(wǎng)并且所有噴嘴開始噴射滅火劑；(2)各噴嘴開始噴射滅火劑到保護(hù)空間達(dá)到95%的設(shè)計(jì)濃度。(3)保護(hù)空間達(dá)到95%的設(shè)計(jì)濃度后，鋼瓶?jī)?nèi)剩余滅火藥劑噴放。

 管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算主要針對(duì)第二階段內(nèi)各管道內(nèi)氣體壓力和流量的變化規(guī)律進(jìn)行探討。

 1、滅火劑需求量的計(jì)算 

IG541氣體滅火系統(tǒng)最小滅火設(shè)計(jì)濃度是37.5%,最高設(shè)計(jì)濃度是42.8%。這個(gè)設(shè)計(jì)濃度范圍值實(shí)際上是針對(duì)有人工作的場(chǎng)所。但對(duì)于無(wú)人工作的場(chǎng)合，根據(jù)需要，IG541氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)濃度實(shí)際上是可以超出上述的數(shù)值，最小設(shè)計(jì)濃度是針對(duì)保護(hù)區(qū)域的預(yù)期最低環(huán)境沮度而定的。由于防護(hù)區(qū)并不是密封的，帶有卸壓口，所以在計(jì)算滅火劑用量時(shí)，存在三種不同的算法:(1)先混合后泄漏，這種計(jì)算方法是假設(shè)IG541氣體噴射完成后，才開始從卸壓口泄漏氣體:(2)邊混合邊泄漏，從卸壓口出去的氣體是空氣與，IG541氣體不是按一定的比例混合的，而是逐漸增大:(3)先泄漏后混合，這種是假設(shè)從卸壓口出去的氣體就是空氣。按第一種方法計(jì)算出的滅火劑用量是偏大的，是一種比較保守的計(jì)算方法，而第三種方法則正好相反，第二種假設(shè)模型比較精確。目前通用的1G541氣體滅火系統(tǒng)滅火藥劑的計(jì)算方法是采用邊混合邊泄漏的模型，其滅火劑需求計(jì)算公式為：

  式中： K一大氣壓力校正系數(shù);

 V一防護(hù)區(qū)總?cè)莘e;

 C一滅火劑設(shè)計(jì)濃度乘以100所得的值。

 S一1G541氣體比容。

 2、卸壓口的計(jì)算 

卸壓口面積是該防護(hù)區(qū)采用的滅火劑噴放速率及防護(hù)區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受內(nèi)壓的允許壓強(qiáng)的函數(shù)。噴放速率小，允許壓強(qiáng)大，則卸壓口面積小:反之，則要求卸壓口面積大。

式中：A一卸壓面積；

 Qave一單個(gè)防護(hù)區(qū)內(nèi)1G541的最高噴放速率；

Pmax一防護(hù)區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受內(nèi)壓的允許壓強(qiáng)。

減壓孔板設(shè)計(jì)計(jì)算：假設(shè)管道為收縮型管道時(shí)，氣流在最小截面處達(dá)到音速。當(dāng)氣流在到達(dá)最小截面處為亞音速流動(dòng)，則隨著面積的減小，流速增大，在最小截面處，流速達(dá)到最大值，在一定的條件下，該最大值可以達(dá)到音速。當(dāng)在氣流達(dá)到最小截面前為超音速流動(dòng)，則隨著截面積減小，流速減小，在最下截面處減到最小值，這個(gè)最小值也可能是音速。

 IG541氣體從儲(chǔ)氣鋼瓶噴出，流經(jīng)集流管到減壓孔板，再經(jīng)管道噴放到各防護(hù)區(qū)。在經(jīng)減壓孔板噴出這一過程中，可以看作是各鋼瓶和集流管組成一個(gè)大的高壓容器，從減壓孔板這一開口向外噴放氣體。基于上分析，通過孔板處的流里Q.可以表示為：

 式中：c一當(dāng)?shù)芈曀伲?/span>

 A一孔口面積； 

Ρ*一臨界密度。

 1G541氣體同時(shí)從所有儲(chǔ)存鋼瓶中噴出到集流管，在經(jīng)減壓孔板流向管網(wǎng)的主干管道。將儲(chǔ)氣瓶和集流管看成一個(gè)容器。IG541氣體噴放速度比較快，氣體來(lái)不及與管道進(jìn)行熱交換，一般認(rèn)為，這一過程為絕熱過程，可得：

 由上式就可以求出孔口面積，進(jìn)而求出減壓孔板的開口孔徑。

 管徑的設(shè)計(jì)計(jì)算 

在進(jìn)行IG541滅火系統(tǒng)管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通常各管道的長(zhǎng)度根據(jù)工程的實(shí)際來(lái)確定，各管道的質(zhì)量流量也是根據(jù)各噴嘴的需要噴出的滅火劑里和噴射時(shí)間來(lái)逐一確定的。因此要保證IG541氣體以確定的流量流過確定的管長(zhǎng)，不發(fā)生因管長(zhǎng)帶來(lái)的摩擦阻塞，就必須通過對(duì)管進(jìn)管徑D的調(diào)解來(lái)對(duì)入口流速進(jìn)行控制，使實(shí)際管長(zhǎng)小于最大管長(zhǎng).在氣體流量一定的情況下，管徑越大，流速越小，馬赫數(shù)越小，所允許的最大管長(zhǎng)輻越大，反之，管徑越小，所允許的最大管長(zhǎng)越小。 

管網(wǎng)壓力損失的計(jì)算 

管網(wǎng)的壓力損失計(jì)算是整個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)。通常管網(wǎng)的布置由工程現(xiàn)場(chǎng)決定，將管網(wǎng)中IG541氣體流且發(fā)生變化或壓力發(fā)生很大變化的節(jié)點(diǎn)標(biāo)上編號(hào)，離孔板最遠(yuǎn)的一個(gè)儲(chǔ)氣鋼瓶出口處設(shè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)1,管道中各彎頭、三通管、氣體控制閥等配件的壓力損失計(jì)算都等效為當(dāng)最直管長(zhǎng)度損失。 

對(duì)于某一時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，先計(jì)算出鋼瓶的出口氣體壓力，然后計(jì)算出系統(tǒng)主干管道的流量，對(duì)減壓孔板前的各管道進(jìn)行壓力損失計(jì)算，計(jì)算出孔板前的壓力。由管道壓力損失計(jì)算公式，利用程序依次對(duì)管網(wǎng)中每根管道進(jìn)行壓力損失計(jì)算，可以求出孔板下游管網(wǎng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和密度，即上一管道的末端節(jié)點(diǎn)的壓力和密度是下一段管道的初始節(jié)點(diǎn)的壓力和密度。

6、管網(wǎng)系統(tǒng)的流量壓力特性 

 為了進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算，需建立管網(wǎng)壓力與流量的關(guān)系，即鋼瓶出口處壓力對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)的總的流量的關(guān)系。由于系統(tǒng)中使用了節(jié)流減壓孔板作為減壓裝置，減壓節(jié)流孔板在工業(yè)上可用作流盆計(jì)，通過側(cè)得孔板前后的壓差及孔板孔徑與管道管徑之比來(lái)求得經(jīng)過孔板的流量，計(jì)算公式如下：

 式中：β一減壓孔板的直徑比；C一流出系數(shù)；

由管道壓力損失計(jì)算公式，運(yùn)用迭代計(jì)算的算法，通過編程，依次計(jì)算各管道的壓力損失，進(jìn)而可求出各節(jié)點(diǎn)的氣體的壓力，流速，密度等參數(shù)。 

由于篇幅有限，有關(guān)噴嘴孔徑的設(shè)計(jì)計(jì)算和噴放時(shí)間的計(jì)算不能在此一一贅述。