七氟丙烷设计中防护区开泻压口的必要性.docx

七氟丙烷设计中防护区开泻压口的必要性 摘要：通过对某单位危险品仓库七氟丙烷气体灭火系统 设计的几点体会及对七氟丙烷气体消防防护区泄压口 计算的商榷两文中存在问题的分析，并通过较详细的计 算，得出对实际应用具有参考价值的结论。 关键词：七氟丙烷灭火系统；泄压口；理想气体状态 方程；道尔顿定律 先前看到消防技术与产品信息XX 年第 3 期一篇题 为某单位危险品仓库七氟丙烷气体灭火系统设计的几点 体会的文章，我认为其中的防护区压强的计算方法不妥； 后又看到第 9 期也有一篇题为对七氟丙烷气体消防防护 区泄压口计算的商榷文章对其提出质疑，但我觉得前者 还有一些根本性的错误后者没有提到，而且后者有一些观 点我认为也值得商榷，故认为有必要对此问题再深入分析 计算，希望对大家在具体工程设计中能够起到参考作用。 1 气瓶里七氟丙烷不是以气态储存的 从第 3 期作者把灭火剂总量 W560ke 除以气瓶充装密 度 P614.7 kg/m3，得出气瓶内气相容积 Vt0.911m3 并 直接代人后面的计算公式中可看出，作者误以为七氟丙烷 在气瓶里是气态储存的，从而导致计算结果出现严重偏差 (这一点第 9 期作者并未提到)。 由于七氟丙烷在 20时的蒸气压仅为 0.391MPa(绝压)， 因此它充装到气瓶里只需很低的压力就可保持液态，但由 于它的蒸气压太低，靠它自身的蒸气压不可能使它快速地 从系统中输送到防护区，为此在气瓶中充装足够重量的七 氟丙烷灭火剂后，另外充进干燥的氮气加压到 2.5MPa 或 4.2MPa。因此在气瓶里储存的主要是液相的七氟丙烷和气 相的氮气，另有少量溶解于七氟丙烷中的氮气和挥发在氮 气中的七氟丙烷蒸气(后两者基本可忽略)。 2 采用理想气体状态方程定温状态下的简化式 PVC 对混合气体进行计算 在计算方法上，第 9 期作者在“存在的问题”中 31“V 气的容积是对应储存气压 2580kPa 时的容积，而不 是喷口压力 1151 kPa 的容积”的这个观点是正确的，但对 33 条提到的“PVC 是理想气体状态方程 PV/TRC 在定温状态下的简化式，由于不同气体的气 体常数 R 不同，防护区是气体灭火剂与空气的混合气体， 故不应套用该简化公式计算”这一观点我认为值得商榷。 其实 PV/TRC 这一公式首先是由 PVTRmC 为涉及气体质量计算而推导出来的，后者 才是原本的理想气体状态方程。前者中 RRm/M，为每 kg 理想气体的气体常数，随气体的分子量变化而变化，M 为每 千摩尔气体质量，而 Rm 是每千摩尔理想气体的气体常数， 称为通用气体常数，也称普适气体恒量，不会随气体的分 子量变化而改变。也就是说，只要不需用该方程计算涉及 气体质量的问题，都可用后者的简化式 PVC 来计算各 种气体包括混合气体压力和体积的变化。 3 要求出防护区内压，只需计算新增气体的分压 至于第 9 期作者在“存在的问题”中 32 条“理想气 体状态方程的计算压力应以绝对压力计算，但所得结果应 大于一个标准大气压”中的前半点我是认同的(但无证据显 示第 3 期作者不是采用绝压来计算)，但对后半点我认为应 看具体计算方式而定。按作者的本意应该是认为在理想气 体状态方程中，应把原防护区中空气的量加上喷放后增加 的气体的量，求出混合后防护区的绝对压力且其数值应大 于一个标准大气压。这计算方法本没有错误，但在该条件 下会使计算过程复杂化。 由于理想气体混合物各组成分子间没有内聚力作用且 分子体积可以不计，各组成气体的分子间互相不影响各自 行为。根据道尔顿定律：“理想气体混合物的压力等于各 组成气体分压力的总和”。因为防护区原来的表压为零， 因此只需计算出氮气和药剂喷放到防护区分散、气化后的 气体分压之和即为全封闭条件下防护区受的内压压强，从 而大大简化了计算过程。 4 药剂喷放后防护区理论内压压强的合理计算 药剂喷放后对防护区的增压应主要计算气态的氮气膨 胀和液态的七氟丙烷气化两方面。 仍以第 3 期的油漆库为例： 气瓶总容积 V 瓶0.911m3；气瓶表压 Pt2500kPa(原 Pt2580kPa 可能是绝压，现取 20C 时的 标准充装压力)；药剂量560 kg；防护区体积 V 防 835.2 m3。 41 计算防护区中氮气的分压 411 先算出气瓶内液相容积和气相容积 DBJ 15231999 中已给出七氟丙烷 20C 时的液体密 度 r1407 kg/m3 V 液W/r560/14070.398 m3 VtV 瓶一 V 液0.911-0.3980.513 m3 412 用理想气体状态方程在定温状态下的简化式 计算防护区中新增的氮气分压 由于气瓶中还留有 1 bar 绝压的氮气，原液相部分容 积可近似认为是被七氟丙烷蒸气填充，故喷放到防护区那 部分氮气的绝压基本等于原气瓶表压。 P 气V 气P 氮V 防 P 氮2500X0.513/835.2154 kPa 42 计算防护区中七氟丙烷汽化后的分压 421 先算出七氟丙烷汽化后在常压下的体积： 由 DBJ 15231999 中 SK1+K2T 可算出七氟丙烷 20常压下过热蒸气比容为 01373m3/kg。 V 药WS560X0.137376.89 m3 422 算出防护区中七氟丙烷汽化后的分压 P 常V 药P 药V 防 P 药101X 76.89/835.29.30 kPa 43 防护区中新增氮气和七氟丙烷蒸气分压之和为 P 氮+P 药1084 kPa 必须考虑到七氟丙烷汽化要吸收大量的热量，会使防 护区温度明显下降，从而抵消了一部分压强，从 DBJl5 231999 中规定“防护区的最低环境温度不应低于-10 (条文说明中解释：是依据七氟丙烷的沸点，以保证七氟丙 烷喷放到防护区后能迅速汽化的要求)以及七氟丙烷在常压 下的沸点-16.4可推测出：七氟丙烷汽化后防护区平均温 度下降不应大于 6。用理想气体状态方程在定容状态下的 简化式 P/TC 可算出温度下降导致的最大可能压降 P 温 2.29kPa(具体计算过程不再列出)。最后得出全封闭条件 下防护区的内压压强最小值 P 防P 氮+P 药一 P 温8.55 kPa。 由于我未能得到七氟丙烷气化潜热的数据，导致以上 的计算不很精确，但应与实际比较接近。 通过以上计算得出，系统喷放后，油漆库受的内压压 强远远超过它的最低允许压强，应设泄压口或者设不上锁 的可外开弹簧门或设弹性闭门器的外开门。 5 对开泄压口的建议 由以上的计算数据可看出：对防护区内压影响最明显 的是七氟丙烷蒸气分压 P 药，P 氮和 P 温由于互相抵消后数 值很小，在粗略的计算中可不用考虑。由于 P 药与实际灭 火浓度成正比，所以实际灭火浓度大小决定了防护区内压 的高低(高原、高山地区还应乘以海拨高度修正系数 K)。而 七氟丙烷在通常的应用中灭火浓度在 8以上，与上例中的 8.3差不多，故通常 P 防都应大于 8 kPa，远超出 NFPA 12A 中规定的各种建筑物的最低允许压强，且这突然增高的 压力会严重危害未能及时疏散人员的安全，另