（机械工程专业论文）七氟丙烷灭火系统研制与应用研究.pdf

中文摘要 为保护大气层中臭氧层，维护人类生存环境，根据蒙特利尔议定书及 修正案的要求，我国正加紧实施哈龙1 2 1 1 和哈龙1 3 0 1 替代工作。鉴于哈龙 1 2 1 1 和1 3 0 1 产品中的相当一部分被用于气体灭火系统中，尽快制定针对气体 灭火系统使用状况的替代方案，研制和推广使用合理的哈龙替代灭火系统技 术，已成为目前气体灭火系统消防科研工作的首要任务。 目前，国际上通用的哈龙固定灭火系统气体替代物主要包括h f c 一2 2 7 e a ( 七氟丙烷) 、h f c 一2 3 ( 三氟甲烷) 、i g 5 4 1 ( 混合气体) 、n a f s i i i 等。 本研究从替代哈龙1 3 0 1 和1 2 1 1 灭火系统角度出发，通过对哈龙1 3 0 1 和 1 2 1 1 灭火系统设计参数、各组件的功能、结构进行分析，针对七氟丙烷灭火剂 的物理、化学性能，对七氟丙烷灭火系统的储瓶、容器阀、单向阀、喷头等组 件进行研制，特别是为降低七氟丙烷灭火过程中的分解产物i - i f 的体积分数， 重点对容器阀和喷头进行研制。 建立了1 0 0m 3 灭火系统总成性能测试实验室，借助该试验室中氧体积分 数、温度、压力等测量装置及计算机数据采集系统，对七氟丙烷灭火系统灭a 类火、b 类火的总体性能进行测试，同时，为管网流体计算作基础数据准备工 作，为相关标准、规范的制定提供参考依据。 1 0 0m 3 实验室内七氟丙烷灭火系统灭a 类火、b 类火的灭火试验结果表 明，所研制的哈龙替代系统一七氟丙烷灭火系统在灭火剂喷放时间、灭火分解 产物体积分数控制、氧体积分数下降幅度等方面均满足预计要求，符合国际标 准的规定。 关键词：哈龙替代七氟丙烷卤代烷灭火系统灭火性能 a b s 譬r a c t i no r d e rt op r o t e c tt h eo z o n el a y e ra n dm a i n t a i nt h el i v i n ge n v i r o n m e n to ft h eh u m a n b e i n g ，c h i n ai sa c t i v e l ye n g a g e di nt h ep h a s i n go u to fh a l o n1 2 11 a n dh a l o n1 3 0 1 a c c o r d i n gt o t h er e q u i r e m e n t so f m o n t r e a lp r o t o c o lo ns u b s t a n c e s t h a td e p l e f et h eo z o n el a y e w a n di t sa m e n d m e n t m o s to ft h eh a l o n 1 2 11a n d1 3 0 1p r o d u c t sh a v eb e e nu s e di ng a sf i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e m ，t h e r e f o r e ，i t i sv e r yu r g e n tf o rt h er e s e a r c h e r sw h o s p e c i a l i z ei ng a sf i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e mt o w o r ko u tt h es u b s t i t u t ep l a nf o rt h ec u r r e n ts t a t u so f g a s f i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e m ，t o d e v e l o pa n d u s er e a s o n a b l eh a l o ns u b s t i t u t e s a tp r e s e n t ，t h es u b s t i t u t e su s e di n t e r n a t i o n a l l yf o rf i x e dh a l o nf i r e e x t i n g u i s h i n g s y s t e m i n c l u d ei - i f c 一2 2 7 e a ，h f c - 2 3 。i g - 5 4 1a n dn a g s 一 f r o mt h ea s p e c to f s u b s t i t u t i n gh a l o n1 3 0 1a n d1 2 1 1f i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e m sa n d b a s e do nt h ea n a l y s i so fs y s t e md e s i g np a r a m e t e r s ，t h ef u n c t i o no ft h ec o m p o n e n t sa s w e l la st h es y s t e ms t r u c t u r e ，t h ep a p e rf o c u s e do nt h es t u d yo ft h e c y l i n d e r , c o n t a i n e r v a l v e ，c h e c kv a l v ea n dn o z z l eo ft h eh e p t f l u o r i d ep r o p a n ef i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e mi n g e n e r a la n d t h ec o n t a i n e rv a l v ea n dn o z z l ei np a r t i c u l a rs oa st or e d u c et h ev o l u m e f r a c t i o no ft h ed e c o m p o s i t i o n p r o d u c t h f 1 0 0m 3l a bf o rt e s t i n gt h ea s s e m b l yp r o p e r t yo ft h es y s t e mh a sb e e ns e u p ，t h e m e t e r sm e a s u r i n go x y g e nv o l u m ef r a c t i o n ，t e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r ea n dc o m p u t e r d a t ac o l l e c t i o n s y s t e m h a v eb e e nu s e dt ot e s tt h e g e n e r a lp r o p e r t i e s o fu s i n g h e p t f l u o r i d ep r o p a n et o a t t a c kc l a s saa n dc l a s sbf i r e s ，a n da tt h es a m et i m e ，t o c o l l e c tb a s i cd a t af o rt h ec a l c u l a t i o no fp i p en e t w o r kf l u i ds oa st op r o v i d er e f e r e n c e f o rt h ep r e p a r a t i o no fs o m e r e l a t e ds t a n d a r d sa n dc o d e s t h e e x p e r i m e n t r e s u l t sf o rh e p f f l u o r i d ep r o p a n e t os u p p r e s sc l a s saa n dc l a s sbf i r e s s h o w e dt h a tt h eh a l o ns u b s t i t u t e - - - h e p t f l u o r i d ep r o p a n ef i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e m d e v e l o p e db yt i a n j i nf i r er e s e a r c hi n s t i t u t eo fm p s m e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h e r e l a t e di n t e r n a t i o n a ls t a n d a r di nt e r m so ff i r ea g e n td i s c h a r g et i m e ，v o l u m ef r a c t i o n c o n t r o lo ft h ed e c o m p o s i t i o np r o d u c ta sw e l la st h ed r o pa m p l i t u d eo ft h eo x y g e n v o l u m ef r a c t i o n k e y w o r d s ：h a l o ns u b s t i t u t e h e p t f l u o r i d ep r o p a n e h a l o nf i r ee x t i n g u i s h e r s y s t e me x t i n g u i s h m e n t c h a r a c t e r i s t i c 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成桊，除了文中籍鬟秘戮栋注帮致滋之赴辨，论文中不惫含其毽入已经数 袋或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘瀣盘鲎躐其他教育机构的学位成 证书两傻蠲过酶奉孝瓣。与我一鬻工作静海恚霹本磅究掰鬏静饪 罨灵熬均岂在谂 文中作了明确的说明并袭示了谢意。 掌缓论文髂者签名：每镳签字羁款：哆年7 月知霾 ， 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解岙童基茔有关保留、使用学位论文的规定。 特授权基鲞太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入稳关数据库进行检 索，并采用影印、缩印缄扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阕。同意学 校内国家有关部门或枫梅送交论文豹复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在懈密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：了巧铜 簿师签名： 缮喝 跏蛳o 年7 肋目麓字嘲：硝年7 脚 第一章绪论 七氟丙烷自动灭火系统研制与应用研究 第一章绪论 1 1 哈龙灭火系统替代研究概述 自动灭火技术是在国内外受到十分重视的消防技术领域。 1 9 世纪初，国外研究和设置了城市消防供水管网系统，这就是自动灭火技 术的雏形。1 9 世纪末到2 0 世纪初，自动喷水灭火系统在国外的各种工业建筑 和公共建筑广泛使用。随着人类社会生产力的发展和科学技术的现代化，泡沫 灭火系统，二氧化碳灭火系统、卤代烷( 哈龙) 灭火系统、干粉灭火系统、蒸 气灭火系统、烟雾灭火系统相继出现，它们与2 0 世纪5 0 年代发展起来的火灾 自动探测报警技术相结合，在保障人类社会的发展、进步和人民生命财产安全 等方面起到了重要的作用。 在我国，自动灭火技术的研究、生产和推广使用的时间不长，解放前，我 国在这一技术领域的研究、生产属于空白。解放后，从2 0 世纪6 0 年代开始， 我国先后自行研制成功了自动喷水、低倍数泡沫、卤代烷、二氧化碳、干粉、 中倍数和高倍数泡沫、烟雾等灭火系统，并已推广应用，其中不少系统已接近 和达到国际先进水平。 对于气体灭火技术，包括卤代烷( 哈龙) 灭火技术、二氧化碳灭火技术、 干粉灭火技术、哈龙替代技术。 ( 1 ) 国外发展状况 在国外，2 0 世纪6 0 年代以前，卤代烷灭火系统主要用于军事上，2 0 世纪 6 0 年代以后才开始用到民用建筑及设备的灭火上。6 0 年代末和7 0 年代初美国 首先制定了卤代烷1 2 1 1 灭火系统和卤代烷1 3 0 1 灭火系统的技术标准，使得卤 代烷灭火系统在世界范围内得到广泛的应用。 由于卤代烷对大气层中的臭氧有着极强的破坏作用，1 9 9 1 年在加拿大签署 的蒙特利尔议定书( 修正案) 要求各缔约国应立即限止使用并尽快停止生 产卤代烷。因此，发达国家已于1 9 9 4 年1 月1 日停止生产卤代烷1 2 1 l 和卤代 烷1 3 0 1 。目前，发达国家严格限制新安装卤代烷灭火系统，并且积极进行卤代 烷替代技术的研究和替代系统研制及其应用，已经取得了较好的效果。 第一章绪论 二氧化碳灭火系统开发于2 0 世纪2 0 年代中期，在工业发达国家应用相当 广泛，在前西德，二氧化碳灭火系统的装设量已达各种灭火系统装设总量的 1 5 ，仅次于自动喷水灭火系统，居第二位。 二氧化碳灭火系统最适用于扑救生产作业火灾危险场所的火灾，如浸渍 槽、熔化槽、轧制机、转轮印刷机、油浸变压器、油开关、大型发电机、烘干 设备、干洗设备、炊事炉灶、喷漆生产线、电器老化问、煤粉仓、船舶机仓和 货仓等。目前国外正在扩大二氧化碳灭火系统的应用领域，以替代哈龙灭火系 统，如通讯机房、电子计算机房、数据储存间、图书库房、银行金库、电缆隧 道、食品库房、烟草库、卷烟库、纸张库、皮毛库、纺织机及除尘设备等。 目前国外的趋势是，高压二氧化碳灭火系统储存容器在向大容量发展，由 过去的4 0 l 发展到7 0 l 或更大：低压二氧化碳灭火系统的储存容器在向小容量 发展，由以前的1 0 t 以上向2 t 、0 5t 甚至1 5 5k g 发展。但是据资料介绍，从经 济性考虑，低压二氧化碳灭火系统的储存容器在1 2t 及以上是最经济的。 干粉灭火系统开发于2 0 世纪5 0 年代初期。是由干粉供应源通过输送管道 连接到固定的喷头上，通过喷头喷放干粉的灭火系统。它适用于扑救下列火 灾： 可燃气体和可燃气体喷射火灾； 可燃液体和可熔融的固体火灾； 可燃固体表面火灾： 电器火灾； 金属火灾。 干粉灭火系统所用的干粉灭火剂，按其适应的火灾类别，可分为b c 干 粉、a b c 干粉和金属干粉，目前应用较多的是b c 干粉，特别是碳酸氢钠干 粉。干粉灭火系统有固定式和半固定式，有全淹没系统和局部应用系统，另外 它还可以与水灭火系统、泡沫灭火系统联用。 干粉灭火系统的灭火效率很高，据国外资料介绍，其灭火效率是卤代烷的 2 5 倍、二氧化碳的4 倍、泡沫的2 0 倍、水的4 0 倍，所以国外对干粉灭火系统 较重视。 干粉灭火系统的适用场所是：易燃、可燃液体贮罐、反应釜、油槽、油泵 房、加油站、装卸油栈桥、可燃液体散装库、化工装置、液化石油气站、输 油、输气管、天然气加工厂、室内外变压器、油浸开关、造纸厂、印刷厂、木 材厂、棉花加工厂、胶带厂等。 ( 2 ) 国内发展状况 2 第一章绪论 我黧子1 9 6 4 年帮1 9 7 1 年分溺硬懿瀣哈蠡1 2 1 l 秘哈龙1 3 0 1 灭火麓，公安 部天津消防研究所自2 0 世纪8 0 年代初开展了对卤代烷1 2 1 1 和卤代烷1 3 0 1 灭 火系统静应嫣鼓零研究，1 9 8 5 年矮南了痞我靛1 2 t 1 灭火系统设计麓范， 1 9 9 2 年颁布了卤代烷1 3 0 1 灭火系统设计规范，与此同时，制定了相应的 产品标臻。蠢2 0 毽纪8 0 年代开始，我国送入疰爱纛代烷灭火系绞瓣全盛瓣 期。 我黧主要健建枣饯婉1 2 1 1 灭火系绕，矮予缣护诗冀税赛、遵讯视虏、控铡 中心( 室) 、文物库房、重要的图书、档案、资料库房、贵重仪器设备间等场 掰。 我图1 9 9 1 年加入蒙特刹尔议定书( 修正案) 。按规定我国将于2 0 0 5 年泞建璧i 产卤姹炕1 2 1 l ，2 0 1 0 年荐正雯产蠹饯姨1 3 0 1 。 二氧化碳灭火系统在我国陆上应用约开始于2 0 世纪7 0 年代。由于同时期 我国也委= 媲应攥哈龙灭火系统，嚣以二氧纯酸灭火系统在我翻未雄广应用怒 来。9 0 年代，圃家标准g b5 0 1 9 3 1 9 9 3 二氧化碳灭火系统设计规范的发布 实越彝中磬逐步海汰睡燕瓣战蝰方案豹实憝，二畿纯碳灭火系统褒我国约 成用有了较快的发展。 我戮子1 9 9 9 年完成了g b5 0 1 9 3 二氧化碳灭火系统设诗蝮范躲修订工 作，补充了低压二氧化碳系统方面的内容。修订后的g b5 0 1 9 3 ，吸收了世界先 遴援范戆优点，内容垒嚣，霹揉 譬蛙强。 我国现在能生产高压二氧化碳灭火系统、低压二氧化碳灭火系统的全部零 粼箨。 1 。2 课题的提出 当前，在世界范围内所面临的环境问题主袋包括三个方面，生物多样性减 少问题、全球交暖闯瑟鞫稷遣炱氧层空满问愆。这三个全球谴闯逶，严重藏耱 人类的生存发展。是我们无法回避和必须解决的问题。 臭氧层损耗盏至裰缝寞氧空漏的形成，获浆一方瑟来说，蔗是我们静先擎 和我们国己为获得物质文明的需要所采取的一系列活动导致的。臭氧朦的继续 损耗，不仅梅会限翎人类文明的继续发袋，露藏将会藏耱到入炎静圭存。 半个多世纪以来，由于科学技术促进工业发展和生活质量的改善，人们广 泛疆使掰氯氟烃( c f c s ) 帮禽溪氟经( h a l o n s ) 等， 筝为镧冷翎、发瀵裁、喷 射剂和灭火剂。从它们的直用中获得了丰富的物质文明享受。 璃在许多滂况表骥，氯氟烃、含浚氟烃( 跨龙) 及英它一系嗣寿穰稼合携 是消耗舆氧层物质( o d s ) 。它们的大麓排放对大气臭氧层构成严重威胁。 第一章绪论 宙予c f c s 一d o 2 5 0 + 1 式中：s 一储瓶筒体设计壁厚，i n l n ： n 一水压试验压力，m p a ； d o 一储瓶简体外径，m m ； f 一设计应力系数， 对正火或正火后回火热处理的储瓶，f 取o 8 2 ， 对淬火后回火热处理的储瓶，f 取o 7 7 ； t 一储瓶材料热处理后的屈服应力保证值，n m m z ； ( 3 一1 ) ( 3 2 ) 3 金相组织 1 ) 对正火或正火后回火处理的储瓶，晶粒度应不小于6 级( 1 0 0 倍) ，带 状组织不大于2 级； 2 ) 对淬火后回火处理的储瓶，其组织体应呈回火索氏体： 3 ) 储瓶体的脱碳层深度，外壁不得超过0 3m m ，内壁不得超过o 2 5 m m 。 4 工作压力 七氟丙烷灭火剂储瓶的工作压力不应小于3 5m p a ( 或6 6 m p a ) 。 5 强度要求 七氟丙烷灭火剂储瓶的水压强度试验压力为1 5 倍的工作压力，保压2 m i n ，容器不得出现渗漏现象，其容积的残余变形率不得大于3 。 储瓶实际最小爆破压力按下式计算： p 。= 2 皖剐( d d - s ) x c ( 3 3 ) 式中：p 。一爆破压力计算值，m a ； 皖一储瓶材料热处理后的抗拉强度保证值，n r a m 2 ： s 一储瓶简体设计壁厚，i i l l n ： d d 一储瓶简体外径，r f u t l ： c 一采用正火或正火后回火处理c = i ； l8 第三章灭火系统关键组件的研制 采用淬火后回火处理c = 1 0 5 ； 6 密封要求 七氟丙烷灭火剂储瓶的气密性试验压力为工作压力，容器应无气泡泄漏。 7 超压要求 以3 倍工作压力对储瓶进行水压试验，容器不得有破裂现象。 3 2 容器阀 3 2 1 容器阀的功能分析 容器阀也称为瓶头阀，是储瓶组件的重要部件。用于封存和释放灭火 剂，并能测量容器内的压力。容器阀平时封住容器内的灭火剂，当阀门动作 时，阀门开启，灭火剂通过阀门在规定的时间内排放，通过管道排放入灭火 区，实施灭火。 容器阀由三部分组成：充装部分( 截止阀或止回阀形式) 、释放部分( 截 止阀或闸刀阀形式) 和安全膜片。为了监视储瓶内充装压力，容器阀上装有压 力表，容器阀上还设有直接手动启动装置。 容器阀的设计应保证在动作时，其零部件均不得被喷出阀门以外或进入到 管道中去。 容器阀材料应有较高的紧密性要求，装配后，应经过材料强度和紧密性试 验。对于2 5m a 系统，试验压力为6m p a ，对于4 2 m p a ，试验压力为 9 6 4 2 m p a ，试验介质为清洁水。 容器阀还应有很高的气密性要求。装配后，要经过气密性试验。对于2 ，5 m p a 系统，试验压力为4 0m p a ，对于4 2m p a 系统，试验压力为6 4m p a ，至 少保持5m i n 无任何泄漏，试验介质为压缩气体。 容器阀应有足够大的通径，使容器内的灭火剂在小于1 0s 的时间内喷放完 毕。 容器阀应有紧急手动开启装置。 3 2 2 卤代烷灭火系统容器阀结构分析 卤代烷灭火系统容器阀组件见图3 3 。 第三章灭火系统关键组件的研制 图3 3 卤代烷灭火系统容器阀组件示意图 l 一保护帽；2 一容器阀体；3 一压力表；4 一吸液管：5 一密封圈；6 一储瓶7 灭火剂喷放出口 卤代烷灭火系统常用的容器阀有以下四种： ( 1 ) 背压活塞式容器阀 如图3 - 4 所示，阀内具有一只差动活塞，适于用电磁、电爆、气动、手动 等多种方式灵活起动。为防止锈蚀，主要阀件采用黄铜制造。为防止意外的损 伤，安全片和压力表通常置于凹槽内。其动作原理：作用在a 和b 部的气体压 力，产生一定的密封力，将灭火剂借助容器阀密封在储瓶内。由于c 部的小孔 和浮动的小球使活塞两端面得到相同的压力。浮动的小球起单向阀的作用， 平时可允许少量的气流通过活塞。当d 部被启动装置( 如电爆管式、手动式、 气动式) 打开，b 腔压力下降，在a 腔压力的作用下，借助a 、b 间的压力差 小球移动，将c 孔完全阻挡，漏气停止，活塞上移实现阀门开启。 ( 2 ) 闸刀式容器阀 其结构如图3 5 。 该阀利用铜膜片将灭火齐j 封闭于储瓶中，发生火灾时，启动用的氮气或二 氧化碳高压气体经由上部的进气接头导入，推动活塞下移，带动闸刀闸破铜膜 片。便可排放出灭火剂。 第三章灭火系统关键组件的研制 至灭火区 d 图3 4 背压活塞式容器阀图3 - 5 气动闸刀式容器阀结构示意图 1 一手柄2 一手动轴3 一活塞4 一闸刀5 一铜膜片 6 一下阀体7 一止回阀8 一堵盖螺帽9 一进气接头 该阀利用铜膜片将灭火剂封闭于储瓶中，发生火灾时，启动用的氮气或二 氧化碳高压气体经由上部的进气接头导入，推动活塞下移，带动闸刀闸破铜膜 片。便可排放出灭火剂。 图3 - 6 为电爆闸刀式容器阀。启动方式是利用2 只1 号电爆管放出的高压 气体，推动活塞( 闸刀) 冲破膜片。 图3 - 6 电爆闸刀式容器阀 l 一电爆管2 一闸刀3 _ 一密封膜片 ( 3 ) 气动活门式容器阀 露三章灭火系缓关键缀 睾鳇磷翻 其结构如图3 7 所示 图3 - 7 气动活门式容器阀结构示意图 1 一阎体2 一婀枰3 一弹簧4 一安全小孔5 一扁动用气接头6 一活塞7 一阀盖8 堵盖螺帽9 一 瓣嚣1 9 一压力表l1 一安全 1 2 一支蕉蜂l 钰1 3 一蛀碾警1 4 一止嚣斓1 5 一攥塞 ( 4 ) 摇臂式容器阀，见图3 8 摇甓式察器阉特点与鸳压式容器阙糖目。但褰掰环节结构麓单，容易傲戆 密封。 图3 - 8 摇臀式容器阎 第三章灭火系统关键组件的研制 综上魇述，我莺哈龙1 2 1 l 葶嚣1 3 0 1 灭火系缓中霞瘸熬吝嚣润多为蘩凌蜚霆 式容器阀，见图3 - - 5 ，该阀优点是结构简单、麓复操作方便，但由于此类阀的 密封l 孛多为橡蔽孝葶料，蠢予热王蠢安装铸方瑟鹣疆素，骞荔造成蠹找烃渗透、 泄漏、谈动作。另外，此类阀局部阻力损失较大，使灭火剂喷射时间延长。如 溪瓣对阑延长，灭火裁专蹇涅表嚣接簸豹l 童阉魄延长，爨灭火麓分裂产生瘸鼓 性气体h f 的量也随之增长。 3 2 ，3 七豢秀浚系统容熬翊绩捣设计 七氟丙烷容器阀安浆在储瓶瓶口上，具有封存、释放、充技、超愿排放等 功畿。 为减少七氟丙烷喷射时间，阀门设计时，希望流体( 灭火剂) 通过阀门时 静压海尽可爱小，蔽滚怒流量要求，嚣魏，逶露希望撼有效过滚瑟积傺持在避 口断面面积的1 0 0 1 2 0 之间，这样，产生的压降最小。 本毳蓐究在综合分析蠢俄靛容器溺绣梅蔚基矗霎土，魏缤楚灭火麴囔袈眩翅， 减少灭火剂喷出容器阀的阻力，将七氟丙烷容器阀结构设计为金属膜片式结 聿奄。容器溷缝 警龟括容器凌本髂、开瘸貘冀、癌羲活塞、安全阉门黢滓装接 嘴、压力表接嘴等部分组成。零部件采用不锈钢与铜合金材料。 七簸丙靛容器翊_ 工作滠理楚，当窝动系绞鬃，癌动气嚣孛鹣气压经启动餐 线传至七氟丙烷容器阀上腔，搬动活塞刀向下移动，切破封闭储瓶的膜片，储 藏肉戆七氟嚣烧经虹吸餐、裹爨软彗、肇淘阂遴入集滚喾，秀经系统繁路辕送 歪喷头喷出灭火。 吝器闲装醚辫冤蘑3 0 第三章灭火系统关键组件的研制 图3 - 9 容器阀结构示意图 一套骧2 - - 活塞刀3 一套曝5 一封盖6 一骥嚣7 一簇寿压囊8 一垫嚣警一0 形瓣i 0 一o 形强l l o 形圈 壁厚计算： 七氟嚣浣容器阂设谤兔墓舞澎阙体，采弼薄壁公式，其壁露按第l 强度理 论计算。 s b - - - - 2 a 翌l - p + c ( 3 4 ) 式中：岛一考虑腐蚀裕蹩后阀俸的壁厚，i r l m ； p 设诗嚣力，取公称压力，凇觏 p w 一阀体中腔最大内径，根据结构需要选定； 一耪瓣诲爰趋疲力，瓣3 c 一考虑铸造偏麓，工艺性和介质腐蚀等因素而附加的裕量，m m 。一般 取5r f l m 。 应丽要求：充装七氟丙靛时，将七氟丙烷气源的较管接头拧在兖装接鹱 上，然后开启充装阀进行充装。按设计充装率充装完毕，在关闭气源之后卸下 2 4 第三章灭火系统关键组件的研制 软管之前必须关闭充装阀。然后将充装接嘴卸下换装压力表接嘴，并装上压力 表。 3 3 其他组件 3 3 1 启动装置 电磁启动器安装在启动瓶容器阀上( n 2 气启动瓶预先充装7 0 1 0m p a 的 n 2 ) ，按灭火控制指令给其通电( d c 2 4 v ) 启动，进而打开释放阀及容器阀， 释放七氟丙烷实施灭火。 它可实行机械应急操作，实施灭火系统启动。 启动装置的结构由电磁铁、释放机构、动作机构组成；电磁铁顶部有手动 启动柄。电磁启动器结构简单，动作力大，使用电流小，可靠性高a 当七氟丙烷储瓶已充装好并就位固定在储瓶间里时，将电磁启动器装在启 动瓶容器阀上，连接牢靠。 保证电源要求，接线牢靠。 启动瓶容器阀装配图见图3 - 1 0 。 8 图3 1 0 启动瓶容器阀装配图 一阀体2 一膜片3 一锁帽4 一t - ) 7 j5 - 0 形圈6 一o 形圈7 一堵头8 一阀芯9 - - o 形圈 第三章灭火系统关键缀件的研制 3 。3 2 瀵撵溺 选择阀用于组合分配灭火系统，对各个防护区各设一个，安装在七氟丙烷 灭火裁穗流的檠流管上，蛇开放并弓l 导七氟褥烷喷入需要灭火豹菸护区。 结构：由阀体、活门轴、活门帽、转轴、难臂、驱动气缸筹组成。 工作原理：当选择淹霹反豹防护送发鍪必警辩，炎灾缀警控澍器输爨 d c 2 4 v 电流，打开选择阀对应的启动瓶，氮气通过控制管路、驱动气缸，也可 扳动转膂耙选撵溺努开，继续逶遘控制管路，萃两闲，启动七氟秀烧储存瓶， 七氟丙烷灭火荆通过液体单向阀、集流管、选择阀及管网喷射到相应的防护 送。 应用要求：安装完毕后，检查压臀是否压紧，不辫许有松动现象，在开启 薅，垂黉麓否燕常捻趋，不容许有卡藤瑰象，选择蠲旗终惹入王调熬、复使嚣 才能再用。 3 3 3 传荤秘溺 用于组合分配系统的气体臀路上，控制驱动气体的流向。 结构：由阙体、闽葚、弹簧、密封豳、三棱档获、开稽螺母等缝袋。 工作原理；当防护区发生火警，相应的启动气瓶打开后，气体通过选择阀 气缸，貉开选释阀，继续通过犟离阕潦入气侮管路，狂开相纛豹储存蕊，磊其 它分路选择阀和相应的储存瓶不应打开，达到组合分配的功能。 癍箱要求；定颡检查阂徉瓣灵活靛粒密封谯。 3 3 4 液体单向阀 该阀安装在七氟丙烷出流的集流管上，防止灭火潮扶集流管中侧流至未开 启或已使用过的储存瓶组中，同时还保证储存瓶组因维修或更换过稷中不影响 其他储存瓶的使用。 结构：由阀体、阅芯等部件组成。密封采用“o ”攫圈，零件采用铜合金及 不锈钢材料制造，见图3 - 1 l 。 工作原理：液体单向阀安装在集流管上，通过高压胶管岛储存瓶相连接， 各瓶七氟丙烷灭火莉通过液体单向闽避入集流管，向防护区释放七氟丙烷灭火 剂，液体单向阀可防止七氟丙烷灭火剂从集流管倒流阐储存瓶。 繁三章灭火系统关毽组 串转蟥裁 鹜3 - 1 l 液体单向阕装配瞬 0 嚣霾2 - - 辩套箍3 一井套辩毒一垫鬻5 一o 缮舞矗一霁芯7 一整封攫墓一羲板彗一垫烈l o 一螺糕 3 3 。5 安龛阀 爱途：安装在集滚蛰上。凑手缝会努爨系统粟臻了选择溺蕊集滚警影或辩 耀管段，虽蠢七氟瓣熄积存在里蕊，可筵囊于溺度黪关系余形成较高的压 力，为此，需装设安全阀。它的泄压动作压力为6 8 虫o 4m p a 。达剃6 ，8 a ：o 。4 漱薅，安垒膜冀会蠢秘醴裂，送行瀵蕊。 结檎；洳瓣体、压鞴、匿綮螺母及安全膜舜蒋缀成。 应躅鬻袋：安全阕与榘淀镑一起进行气密性试验，系统运悔过稳中，安全 膜片破裂，凝及时找出原因，排除赦障后，爨新爨波安全膜片，方能投入使 焉。 3 3 。6 瑷力旗号发生器 矮途：警选舞瓣或鬃浚繁) 释敬七氟嚣烷辩，篷力蔷弩发釜嚣臻终，送 国工作信号绦灭火控翻黎统。 结构：幽本体、点幼开关、弹簧、活塞等组成。 第三章灭火系统关键缀件盼研稍一一 王俸原理：蓬力箍号发受嚣安装子集浚管蠛选择耀：乎潜努关触点开路， 在释放七氟丙烷时管网压力推渤压力信号发生器的活塞，接通开关，送出工作 信号绘灭灾接铺系缝。 3 3 7 峨头 气侮灭夹系统凑头按囔翦健瑟劳搀滚滚黧器雾纯磐( 也键蕹滚瀛与雾德靛 混合型喷头) ，喷头形式直接篾系到贩火系统的应用效果。根据浙、江省化上研 突蒺撩粪兹2 0 象释下，h f c - 2 2 7 e a 鼗不蕊充装事铡褥黪不簿压力下静蠢j 芯 2 2 7 e a 密度变化( 图3 1 2 ) ，由图可知，o 8m p a ( 袈压) 。5 1m p a ( 表压) 段，密度交传穰惩，变毒 二关系袭壹线关系，瓣率仪燕0 5 6 筵( 娃l m p a ) 。因此，当喷头压力不低于0 8m p a ( 表压) 时，按液相流进行管路计 冀嚣沓采鏊诿整是报小戆，沿建裂唆头爱诗，葑尉楚蝼头流量系数芦。静穗 定，本设计借浆哈龙1 2 11 灭火系统在计算方耐的研究成果。 if # o 转件1 k 南瀑囊魏。f 静幸辩番稼( f c 一1 2 2 秘 b ) 霉 舾 k _ i ii 雅蕊充糍黔l 拶墒矿u 姥骶麒濂藩焉k 婷 伸 r 克敞毕她g 。i ik l 兰s = l 一 圈3 一1 2 不同压力下七氟黼烷的密度 喷头孔口蹲积计算见式( 3 。5 ) ： 式中：r 一喷头的孔口面积，c n l 2 堡毫一碛关设诗流量，酶s ，一七氟丙烷液体密度( k g m 3 ) 段一蹬头工终箍力( 袭疆，m p a ) 且c 一喷头流量系数 ( 3 5 ) 叽 陇 ! 曼 c 椿 弘 第三章灭火系统关键组释的研制 壹予掣。不只是垂嵝头魏弱因素决定熬，瓣辩还是警遂浴程撰失魏系统怒 始增压条件的函数( 即与氮气增压有关) ，为使式( 3 - 5 ) 达到实际应用的目 的，根据本系统设诗裁造豹囔头戆具薅结榜形式，逶过试验，提窭了嵝头渡量 曲线，见图3 1 3 。 ， 。 一， 鞭是铀i 存蠡力函 2 ， m p i 袭压) ， 一 ； 。一 一， ， 一，。7 帮定l 存重力为4 2m p a ( 表臌) j ， ，r f o 51 01 52 o2 5 3 03 54 0 唆头工作基力p c m p a ( 篼压) 豳3 1 3 试验测得七氟丙烷灭火系统喷头流量曲线 通过对喷头结构的合理设计，达到三维空间喷射过程的均化效果，使灭火 黪润夸予等于喷射露闯，骥头墨炙强3 - 1 4 、强3 * 1 5 、固3 1 6 。 鱼旦 图3 1 4 喷头外形圈阉3 - 1 5喷头套 图3 - 1 6喷头芯 7 6 5 3 2 l鼍?冒璃；l垂涟掣斗辣嚣谋瞥； 第四章灭火系统总成性能测试试验 第四章灭火系统总成性能测试试验 该部分研究包括建立1 0 0m 3 灭火试验的封闭空间，七氟丙烷灭火系统总成 瓣建立、1 0 0i i l 3 试验空麓凑测试装萋戆建立、诗算掇数攥采集蓉统豹建立鼓及 七氟丙烷灭a 类火试验和灭b 类火试验，并对试验结果进行分析。 为遴行七氯嚣烷灭火系绞总裁牲戆溅试试骏，在1 0 01 1 1 3 豹试验空耀是进行 七氟丙烷灭火系统实际规模的灭火试验，通过此试验对七氟丙烷灭火系统总成 豹蛙毙遴行测试，溺嚣，对灭火性能进纷测试。 4 1 灭火试验窒 灭火试验室由试验搡作室、1 0 0m 3 试验空阏和观测室组成。试验搽作室内 设置七氟丙烷灭火系统和测量装踅，室内有一观测窗可以观测1 0 0m 3 试验空间 内的灭火情况。1 0 0 m 3 试验空间瞬时设脊澄压并1 2 1 。 1 0 0r n 3 的试验空间平面布置闼见图4 - 1 灭火试验1 0 0 m 3 试验 观测室 操作蹙空阕 黧4 - 1l o oi 1 3 懿试验空阂平螽毒置麓 1 0 0m 3 试验空闯长6 0 6m ，宽3 9 6m ，高4 3m ，实际净褰积1 0 3m 3 ，蒸 顶部为混凝土楼板，并敷有防火隔热层：四面墙壁为2 6o m 的砖墙，墙面底层 为沙子获，面屡为石灰；遣面梵混凝德蟊；与试验塞帮蕊灞整褶邻瓣墙茬上 ( 南、北侧) 各设有1 0 0c m 6 0c m 双层玻璃的观测窗：东侧有两扇向外开启 的门。 1 0 0m 3 试验嶷内各测点布景见图4 - 2 。 篱蹉章鬟戈系绞总残性就测试试验 寒墚或油盘 瓣、戳、髓 ， 7 矿 | l 黻盈| j 越。 n # l 一氧气嚣耪势鼗溅点；昭一畿气体软劈数测赢、温度测点；m 3 氧气体获分数灏点；艟4 一温瘫涮 点：炳一温度测点 型4 2t 0 0 3 试验室内嚣测点强餐图 第四章灭火系统总成性能测试试骢 1 0 0m 3 试骏室测试装置毒麓图见翻4 3 。 54 32 圈4 0t 0 00 试验室测试装置毒鬟图 卜1 0 0 秆试验室2 一灭火系统喷头3 一温度测点m 44 一氧气体积分数测点m l 5 一压力传感嚣数字驻 泰搜6 - - 溢痘显示搜7 一氧体靛分数蓑l 试装置8 灭火系统健瓶9 - - 计算规数据采集系统 1 0 一氧 气体积分数测点及温度测点m 2 1 1 一氧气体积分数测点1 1 3 1 2 一试验用术垛1 3 术垛支架1 4 一温度 测点辑 七鬣丙烷灭火系统灭a 类火试验融，用予引燃本垛豹钢制方油盘只，其 尺寸为o 5m o ，5m 1 5 0 咖，壁厚6 l 砌。 七氟嚣烷灭a 类火试验时，用i s o 标推规定的木垛进行灭火试验。灭火试 验木垛采用黄花松，湿度要求为9 1 3 ，按i s 0 1 4 5 2 0 1 称准要求的尺寸谁i 作，见圈4 4 。 第四章灭火系统总成性畿测试试验 瀚阙溺阂瀚麟 溺溺溺阂阂隧 il i 艘塑 j 踅4 4 本垛示爨圈 钢剃本墚支絮( o 。4 5r e x 0 ，9 m x 0 6 m ) 一一| 个，试验嚣网予摆教零垛。 庚烷一一用于点燃术垛( 一次试验用量1 5l ) 。 七簸嚣烷灭火系绞灭b 类火试验对，1 0 0m 3 试验塞凌鬟按i s o 括凑靛要袋 摆放钢制方油盘( 0 5m x o 5m 1 5 0n u n ，壁厚6m m ) 1 只，同时需袋b 类火 试验焉嶷婉( 一次试验溺量1 2 5 l ) ，浊盘架( o 。4 5 m x o ，9 m 0 。6 m ) 1 个。 全淹没式气体灭火系统能谮成功戎火：徽大程度上取决于防护隧的完懿 戆。慰爨护区遴行完整瞧试验，确定其等效的憨泄漏酝积，势预先采淑接薤， 使防护区能保持所需的灭火剂体积分数。防护隧所需的抑制时间因不问的设计 蘩终瑟努，一般为l or a i n ，翔塞茨护嚣内的可燃物容易影成深位火灾，则露委 更长的抑制时间。 在考虑茨护送豹竞楚牲时，因气体灭火剂喷入防护送后，会弓l 起防护区内 部的压力升高，从而有w 能影响防护区的完整憔。 全淹没爆护豹系统中，喷入防护嚣豹药剂，占据其孛空气的空间，将其从 防护区的薄弱处顶出。 灭火剡喷入骆护区媾，垮增翘防护区的压力，因此，有必要保证所增加大 压力不会破坏防护区的嫡体、地面或吊顶。 圜戴，薅护送应鸯足够的缀构强度鄹完整牧，保持防护区的药剂。 4 2 灭火测试装置 1 测羹仪器和计算梳数据采集系统： ( a ) 濑度测量装置 在1 0 0m 3 试验室内翦三个淦疫溅点处，瀑菠瓣熹蠢錾觅鬻4 - 2 ，测温仪器 采用k 型热电偶，n i c r n i ，直径1m e 。k 型热电偶墩样点设在1 0 0 m 3 试验赛 第四章灭火系统总成性能测试试验 淘夔m 2 、m 4 、m 5 三个取棰点楚，冕鞘4 2 ，将萁弓l 滋、连接蠲诗冀榛l 数攮袋 集系统上，可以连续采集灭火过程中备测点温度连续变化的数据，计算机采集 浚凄鼗爨敬嚣窝懑疆蔻| 热邀馁在1 0 0m 3 试验室蠹匏雩 线殍瑟套滚瓷巧， 以消除试验时火焰温度的影响。 曲) 气髂取样分辑装嚣 气体取样装置包含取样管路、气体取样泵、气样的冷却、干燥、除尘等装 霆。该装藿是本磺究漂题为氧气俸积分数分辑 望配套设计豹，援予肉戴气钵积 分数分析仪输送气样，测量1 0 0m 3 试验室各测点内( 备取样点位置见图4 2 ) 点火蓑黪灭火聪氧体积分数。扶1 0 0m 3 试验容蠹粒各敬撵点，即m 1 、m 2 、 m 3 测点处，分别用巾8 铜管引出试验室至1 0 0m 3 实验室隔戥的操作童，由取 样泵糖毅取撵蠢处豹气撵。兔瓣m 2 测点灭火过程孛氧体积分数进行连续测 量、记潦，本试验装置从m 2 测点用由8 铜管将气样吸出试验黛后，经对取出 气体按冷却、于爆、除尘程痔她理螽，g l 入c y - 1 0 1 型磁压力式氧体积分数分 析仪进行分析，连续测取灭火过程中氧体积分数，并由计算机数据采集系统谶 行实对避录。 其中，由m 2 测点引出的气样，经冷却、干燥、除尘后，g f 入c y - 1 0 1 型磁 聪力式畿含量分辑仪，并由计算机辅璇连续溺取记录灭火过程中氧气体积分 数。 ( e ) 聪力测量装置 在钢瓶容器阀灭火刹出口处和喷头处分别设置w p k - 1 g 1 f 2 a 5 型压力传感 器，测爨灭火系统豹灭火剡喷放过程中压力变化，该朦力筵感嚣最大测量压力 为4m p a ，由计算机连续采集七氟丙烧喷放过程中上述二测点的压力连续变化 数握。 ( d ) 氧气体积分数分祈仪 c y 。t 0 1 磁艇力氧分手厅仪器，用于连续自动测量指示、记录待铡气体中氧的 体积分数。测量过程中，氧分析仪以标准信号输出、适用于闭环调节绒微机自 动控制。 试验时经取样装嚣抽取的实验室内各取样点气样，送至氧气体积分数分析 仪测取氯气体积分数，经数据接口输入计算机进行处理，可连续采集1 0 0m 3 试 验室内m 2 测点从点火到七氟丙烷灭火系统扇动灭火过程中的氧体税分数数 据，并用该氧分析仪分别测取m 1 、m 3 测点在点火前和灭火后的氧气体积分 数，氧气体积分数测量精度为0 1 ( v v ) 。 氧气体积分数分析仪选用四川仪表九厂生产的c y l o l 型磁压力式氧分柝 仪。 3 4 第四章灭火系统总成性能测试试骏 移淡、溢凄诗、大气涅度诗、本耱潦度诗、风速仪。 七氟丙烷灭火系统灭a 类火试验时，七氟丙烷充装量为5 0k g ，含钢瓶中 熬剩余豢+ 锈蕊中裁余麓按3 5k g 诗。 七飘丙烷灭火系统灭b 类火试验时，七氟丙烷充装量为5 5 蝇，含铜瓶中的 灏余量，钢瓶中剩余量按3 5 勰诗。 2 灭火系统管路： 七鬣嚣烷灭火系统繁路是公稼壹径为4 0 m m 豹蠹终镀锌无缝镪管。 3 七氟丙烷灭火系统 七鬣嚣滚灭火系统主要由乇氯嚣演德存钢糕、容器翊、痿秘钢瓶、电磁痿 动器、七氟丙烧喷头和系统管路组成。 本试验采露七氟蠢演继毒钢艇客积必l o ol ，公称王接基力5 , 4m p a ，允许 殿高工作温度为5 0 ，最低正作温度1 0 。容器阀安装在七氟丙烷储瓶瓶 麓，当爨长凌4 5m ，褰爨翅装上魏莽之蓑，在耀入口内螺纹z g l1 2 ”，( 域 z g 2 ”) 处安装通径为4 0m m ( 或5 0m m ) 的引升管。引升管长度按瓶身内部 高度减1 0m m 诗，药蓟囔藏嚣，锉瓶内裂余药粼量以3 5k g 访。灭火系统启动 钢瓶公称容积4 0l ，内部充装n 2 ，启动瓶要求充装聪力7 0m p a 1 0i v i p a ； 试验时，翔氮气充压至6 0m p a 。电磁启动器裟予启动钢瓶容器阗土，该启动 器既可电动启动，也可手动启动。七氟丙烷喷凝喷口计算面积为2 8 5c m 2 ，保 护半径为5 m ，应用裹发为5 m 。 4 3 七氟丙烷灭火系统灭a 类火试验及结果分析 a 黉火指一般国体火灾，奉研究按i s o 标准采用标准本臻火送行灭a 类火 试验。七氟丙烧灭火系统在1 0 0m 3 防护区对特定的a 类火进行灭火试验，观测 七氟丙烷灭火系统对1 0 0m 3 试验室内必本璨炎鹣请况，记录灭必系统绩放灭火 剂时间，连续测取灭火过程中1 0 0m 3 试验室内的指定测点锄体积分数、指定 测点溢菠交往，并在相关溅点攘取气榉，分橱。2 体积分数，必灭火系统瘟瘸及 相关规范的制订提供基础数据依据。 逶：j 遣连续溺取