某有限公司办公楼计算机房七氟丙烷气体灭火系统设计.docVIP

沈阳航空航天大学课 程 设 计题目 浙江某有限公司办公楼计算机房七氟丙烷 气体灭火系统设计 班级/学号 84050202/2008040502035学 生 姓 名 姜 阳 指 导 教 师 崔永毅 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 实用灭火技术及应用课程设计 院（系） 安全工程 专业 消防工程 班级 84050202 学号 2008040502035 姓名 姜阳 课程设计题目浙江某有限公司办公楼计算机房七氟丙烷气体灭火系统设计 课程设计时间: 2012 年 1月 2 日至 2012 年 1 月 6 日课程设计的内容及要求：（一）内容：1、建筑气体灭火消防工程设计相关资料及设计手册查阅，学习相关设计规范，收集资料。根据设计要求，初步了解有关设计系统组成、设计参数、设计程序及步骤。2、进行计算机房七氟丙烷气体灭火系统设计（高层民用建筑、耐火等级二级）。3、确定气体灭火设计方案并进行设计计算，最后进行施工图设计。4、撰写较为详细的设计说明书和设计计算书。5、就本人设计项目以及相关知识进行论述并回答教师提问。（二）要求1、针对具体气体灭火消防工程，应具备独立分析和解决工程设计问题的能力。2、消防工程设计方案应切合实际，设计方案应具备可行性、先进性、经济性和实用性。3、设计图纸要求： 设计说明；气体灭火管路布置平面图； 4、所有课程设计文件提供电子版，设计说明书要求条理清晰、原理阐述正确、数据翔实、计算正确、语言通顺。 5、熟悉并能使用有关的各种设计手册、国家标准、部颁标准、参考文献等。6、能正确绘制工程图纸，表达出完整的工程设计。 7、参考文献资料书写方式要求规范正确。 指导教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日沈阳航空航天大学课 程 设 计 成 绩 评 定 单课 程 名 称 实用灭火技术及应用课程设计 院（系） 安全工程 专业 消防工程 课程设计题目 浙江某有限公司办公楼计算机房七氟丙烷气体灭火系统设计学号 2008040502035 姓名 姜阳 答辩日期 2012 年 1 月 6 日指导教师（答辩组）评语：课程设计成绩 指导教师（答辩组）签字 年 月 日沈阳航空航天大学 实用灭火技术及应用课程设计摘 要本文对浙江某电子工厂办公楼三层计算机房进行了七氟丙烷气体灭火系统设计。首先依据高层民用建筑设计防火规范对建筑进行防火分区的划分。其次依据气体灭火系统设计规范和相关的资料，选择合适的气体灭火系统，再进行方案论证，确定办公大楼档案室的灭火系统。然后具体的进行系统设计，计算系统的灭火设计浓度与用量、布置系统的喷头与管网、确定管网的尺寸、充装密度、管网内容积、全部储瓶气相总容积，最后进行了管路损失计算，并应用过程中点法验算设计计算结果，达到合理化。 关键词：防火分区；七氟丙烷；局部损失；系统管网目 录引言11工程概况21.1 建筑概况21.2 自然条件22防火分区与防护分区的划分32.1防火分区的划分32.2防护分区的划分43气体灭火系统的选择及论证53.1气体灭火系统的选择53.2七氟丙烷的性质、灭火机理、和应用范围53.3七氟丙烷的环境影响53.4方案论证64系统设计84.1灭火方式84.2防护区的划分84.3系统组件84.4七氟丙烷设计用量的计算84.5喷头与管网的布置104.6系统管路损失计算124.7泄口压力154.8七氟丙烷组合分配系统图165总结17参考文献18附录 附表19附录 附图20III引言火灾，作为一种人为灾害，是指火源失去控制蔓延发展而给人民生命财产造成损失的一种灾害性燃烧现象。据世界火灾统计中心及欧洲共同体研究测算，如今火灾直接损失占国民经济生产总值的2，整个火灾的损失将占国民经济生产总值的10以上。现代社会空前发展，积累了巨大的社会财富。特别是在城市地区，社会人口相对集中，建筑设施鳞次栉比，一旦发生火灾，会严重危害人们的生命财产安全，造成惨重的损失。一些重点场所，比如计算机房、档案室等如果发生火灾，造成的后果损失会极为严重。因此，气体自动灭火系统的应用已经很广泛。气体灭火系统是指以液化气体或非液化气体作为灭火介质的灭火系统。在各种气体灭火剂中，卤代烷（Halon）“1211”和“1301”灭火剂以其灭火效率高、安全洁净、毒性低、腐蚀性小、存储时间长、适用性广等优点而得到了广泛和长期的应用。80年代初期，研究人员发现，卤代烷灭火剂以及氯氟烃（CFC）制冷剂、喷雾剂、发泡剂等对大气臭氧层造成了明显的耗损破坏，为了保护人类赖以生存的大气臭氧层，在世界环保组织的推动下，联合国规划署组织召开了多次国际会议，从1985年起，先后通过了多项关于保护臭氧层的国际条约。目前卤代烷（1301）灭火剂已在美国和很多发达国家停止生产和使用；发展中国家（包括中国）也在相继制定停止生产和使用卤代烷灭火剂的计划。 根据美国的EPA环境保护局SNAP计划和HFC类之评估报告结果，七氟丙烷灭火剂是众多卤代烷（Halon）“1301”替代品中较为有效的一种替代品。公安部天津消防科学研究所已经推出了七氟丙烷灭火系统设计规范（建议草案）。我国的七氟丙烷生产能力在逐年提高，国外一些著名的消防代理在几年前就已将七氟丙烷推向我国市场，所有这一切为七氟丙烷在我国较大规模的推广应用提供了基础和保障。1工程概况1.1建筑概况该建筑是一座九层总高度为33.0的办公楼，其中一层高度为4.2，二至八层高度为3.3，顶部高为2.4。建筑面积为1000，共9800。1.2自然条件该办公楼位于浙江省，浙江位于我国东部沿海，处于欧亚大陆与西北太平洋的过渡地带，该地带属典型的亚热带季风气候区。浙江气候总的特点是:季风显著,四季分明,年气温适中,光照较多,雨量丰沛,空气湿润,雨热季节变化同步，气候资源配制多样，气象灾害繁多。浙江年平均气温1518,极端最高气温3343,极端最低气温-2.2-17.4；全省年平均雨量在9802000毫米,年平均日照时数17102100小时。年平均风1.75m/s。2防火分区与防护分区的划分2.1防火分区的划分浙江某电子工厂办公楼为高层建筑，耐火等级为二级。根据其使用性质可知与综合楼相近，再根据其高度和建筑面积可知建筑分类为二类。依据高层民用建筑设计防火规范GB 50045-95中5.1.1 高层建筑内应采用防火墙、防火卷帘等划分防火分区，每个防火分区允许最大建筑面积，不应超过表2.1的规定。表2.1每个防火分区允许最大面积建筑类别每个防火分区建筑面积m2一类建筑1000二类建筑1500地下室500二类建筑防火分区的最大允许面积为1500m2。建筑内设置自动灭火系统时，该防火分区的最大允许建筑面积可按本表的规定增加1.0倍；局部设置时，增加面积可按该局部面积的1.0倍计算。为了防止火灾迅速蔓延扩大，减少财产损失和人员伤亡以及为消防救援灭火创造条件，采用防火分隔物把建筑划分为若干防火分区，通常采用的防火分隔物有防火墙、防火门和防火卷帘加水幕等。因为该建筑中有两个封闭楼梯间和前室，按照规定，也应分别划分为一个防火分区，总机房为一个防火分区，其余部分的面积小于2500，根据规定，可划分为一个防火分区，所以每层为6个防火分区。具体防火分区的划分见下表2.2。表2.2 防火分区划分表防火分区编号位 置防火分区面积（）FC1其余部分532.6FC2楼梯间1170FC3楼梯间360FC4计算机房260FC5计算机房11402.2防护分区的划分依据气体灭火系统设计规范GB503702005第3.2.4条，防护区划分应符合下列规定：防护区应该以单个封闭空间划分；采用管网灭火系统时，一个防护区的面积不宜大于800m2，且容积不宜大于3600m3。第3.2.5条，防护区围护结构及门窗的耐火极限均不宜低于0.5h，吊顶的耐火极限不宜低于0.25h。该建筑三层有两个计算机房，每个计算机房的面积都小于800m2，容积都小于3600m3，所以该层划分两个防护分区，且每个防计算机房护分区的的围护结构及门窗的耐火极限均为0.5h，吊顶的耐火极限为0.25h。划分结果列于表2.3。表2.3 防护分区划分防护分区编号位 置防护分区面积（）A区计算机房1140B区计算机房2603气体灭火系统的选择及论证3.1气体灭火系统的选择七氟丙烷灭火剂HFC-227ea（美国商标名称为FM-200）是一种无色无味、低毒性、电绝缘性好，无二次污染的气体，对大气臭氧层的耗损潜能值为零。其化学结构式为CF3-CHF-CF3。在一定压强下呈液态储存。在火灾中具有抑制燃烧过程基本化学反应的能力，其分解产物能够中断燃烧过程中化学连锁反应的链传递，因而灭火能力强、灭火速度快。本设计采用性能较好的全淹没七氟丙烷灭火系统。该建筑三层有两个计算机房，所以采用组合分配系统，可以用一套存储装置通过管网的选择分配阀，保护两个防护区。并设计成均衡管网系统，管网布置为均衡管网系统有利于灭火剂在防护区喷放均匀，有利于灭火，还可不考虑管网中的剩余量，做到节省。3.2七氟丙烷的性质、灭火机理、和应用范围七氟丙烷（HFC227ea，美国商标名称为FM-200）灭火剂是一种无色、几乎无味、不导电的气体，分子量为170，密度大约为空气的6倍，采用高压液化储存。灭火机理为抑制化学链反应，其灭火机理及灭火效率与卤代烷（Halon）“1301”相类似，对于A类和B类火灾均能起到良好的灭火作用。应用范围：1）七氟丙烷灭火剂可以扑救的火灾：A.可燃气体火灾如甲烷、乙烯、煤气、天然气等；B.甲乙丙类液体火灾，如烃类、醇类、有机溶剂类等；C.可燃固体表面火灾；D.电器火灾。2）七氟丙烷灭火剂不适用于如下材料所发生的火灾：A.无空气仍能迅速氧化的化学物质的火灾，如硝酸纤维、火药等火灾；B.活泼金属的火灾，如钠、钾、镁、钛和铀；C.金属氢化物、强氧化剂、能自燃物质的火灾；D.能自行分解的化学物质的火灾，如有机氧化物和联氨。3.3七氟丙烷的环境影响七氟丙烷不会破坏大气臭氧层，在 大气中的残留时间也比较短，其环保性能明显优于卤代烷（Halon）“1301”。七氟丙烷的毒性较低，对人体产生不良影响的体积浓度临界值为9%，并允许在浓度为10.5%的情况下使用1min。七氟丙烷的设计灭火浓度为7%，因此，正常情况下对人体不会产生不良影响，可用于经常有人活动的场所。关于七氟丙烷的毒性及致癌问题，目前国际学术界仍有争议。另外，七氟丙烷在灭火过程中会分解出微量的氢氟酸，这种气体散发着刺鼻的气味，有一定的腐蚀性。3.4方案论证五种常用的气体灭火系统的灭火效果对比如表3.1。表3.1 灭火效果对比灭火剂灭火机理灭火浓度设计灭火浓度范围喷射时间（s）灭火速度综合评价卤代烷1301化学抑制3.5%5%9.4%1030最快最好二氧化碳窒息、冷却20%34%75%60最慢最差七氟丙烷化学抑制6.4%8%10%10快好三氟甲烷窒息、化学抑制124%14.9%19.5%10快较好气溶胶化学抑制30g/m370100 g/m310快好从上表可以看出：五种常用的灭火系统中灭火效果最好的是七氟丙烷和气溶胶1）环保性能比较：上述五种灭火系统，除卤代烷1301为联合国环境署限制使用外，其余四种系统均被列入允许使用环保产品。二氧化碳是引起全球环境温室效应的最大元凶，灭火剂作为温室气体自身环保性能较差。气溶胶由于喷放时会分解产生部分有毒气体，同时产生的大量固体微粒对环境造成一定程度的污染。2）保护对象安全性的比较：卤代烷1301、七氟丙烷、三氟甲烷灭火剂均属于含氟化合物，明焰下会受热分解产生氢氟酸(HF)，对保护对象的金属、玻璃表面会产生腐蚀，生成氢氟酸的多少与药剂本身、火灾的大小、灭火时间长短有关。由于上述三种系统系统设计喷放时间都很短，灭火速度很快，酸性分解物的量一般很小，对大部分保护对象可不考虑其腐蚀影响。二氧化碳喷放过程中，由于液相和固态“干冰”的快速汽化，防护区温度会急剧下降，对保护对象产生一定程度的“冷激”、“冷淬”影响。气溶胶属于固基热气溶胶，其灭火剂主要由氧化剂、燃料、催化剂和添加剂组成，灭火剂需通过燃烧放热反应，可能会出现温度过高、火焰外喷现象。同时生成物含大量的碳酸盐及金属氧化物粉尘，约占总重量的90，灭火后对保护对象和环境会造成污染。3）人员安全性的比较卤代烷1301由于药剂本身对臭氧层的破坏，被逐渐禁止使用。二氧化碳系统由于灭火浓度高，能够引起人员缺氧窒息；同时二氧化碳喷放时会因迅速气化吸热，造成人员冻伤，产生“白雾”影响人员逃生，也被禁止使用在有人场所。气溶胶由于喷放时大量粉尘烟雾降低防护区能见度，严重影响人员逃生。4）工程造价的比较二氧化碳、混合气体药剂便宜，但由于灭火剂用量大、系统压力高、储瓶数量多，其设备造价、管网造价相对较高。卤代烷1301、七氟丙烷和三氟甲烷灭火剂价格较高且需要定期更换，药剂成本和维护费用较大，但由于灭火剂用量少、系统压力低，其设备造价和管网造价相对较低。气溶胶目前仅局限于灭火装置，尚无管网系统，药剂用量少、设备简单，其前期工程造价低，只是药剂环境要求高、药效时间短，系统后期维护费用较大。综上所述，采用七氟丙烷气体灭火系统具有灭火效果好、环保性能好、工程造价低等优点，方案适合该建筑。4系统设计4.1灭火方式按防护区的特征和灭火方式采用全淹没灭火系统，管网输送方式为组合分配系统。全淹没灭火系统是在规定的时间内，向防护区喷放设计规定用量的七氟丙烷，并使其均匀的充满整个防护区的灭火系统。组合分配系统是用一套七氟丙烷的储存装置通过管网的选择分配，保护两个防护区的灭火系统。4.2防护区的划分根据七氟丙烷(HFC-227ea)洁净气体灭火系统设计规范 中第3.0.1规定：防护区宜以固定的单个封闭空间划分；当同一区间的吊顶层和地板下需同时保护时，可合为一个防护区；当采用管网灭火系统时，一个防护区的面积不宜大于500m2,容积不宜大于2000m3。根据规定把本层内的大小计算机房分别划分为两个防护区域，其中最大保护区的面积为140m2，容积为462m3。表4.1防护区域划分防护区域面积（m2）高度（m） 容积（m3）计算机房11403.3462计算机房2 603.3 1964.3系统组件系统主要组件有：启动钢瓶组、储气钢瓶组以及单向阀、压力继电器、选择阀、泄气卸压阀、金属软管、集流管、喷头及管路附件、灭火剂输送管网、储气钢瓶架、启动钢瓶架组成。启动钢瓶组由电动启动阀、电磁阀、压力表组成。储气钢瓶组由容器阀、导管、钢瓶组成。4.4七氟丙烷设计用量的计算依据GB50370-2005气体灭火系统设计规范第3.3.5条规定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%，以及第3.3.7条规定在通讯机房和电子计算机房等防护区，设计喷放时间不应大于8s；在其它防护区，设计喷放时间不应大于10s。本设计中档案室灭火设计浓度，设计喷放时间。档案室1的计算：保护区的实际容积为：灭火剂气体在101KPa大气压和防护区最低环境温度下的比容，应按下式计算： （4.1）式中：为防护区最低环境温度()；为0.1269；为0.000513；T为20。根据公式4.1， 防护区灭火设计用量按下式计算： （4.2）式中：为灭火设计用量(kg)；为灭火设计浓度或惰化设计浓度(%)；为防护区净容积(m3)； 为海拔高度修正系数。查附表1（见附录）可知。灭火设计用量： 。参照表5.2选用储瓶。表4.2七氟丙烷储罐规格型号容积（L）公称工作压力（MPa）外径D（mm）高度H(mm)瓶重（kg）材料JR 70/54705.4273153082锰钢JR 100/541005.4366130010016MnVJR 120/541205.43501600130锰钢根据本房间的灭火剂用量，参照表5.2选用JR-100/54容积为100L,高度为1300mm型号的储瓶3只。由于管道较长，储瓶的储存压力（绝对压力）。4.5喷头与管网的布置喷头选用JP型喷头，其保护半径，选用8只，并按保护区平面均匀喷洒布置喷头。绘出管网系统图（见图4.1）。图4.1 管网系统图主干管平均设计流量，按下式计算： （4.3）式中：为主干管平均设计流量(kg/s)；为灭火剂设计喷放时间(s)。根据管道平均设计流量，查附图1（见附录），得各管段管径，将结果标在管网系统图上。因此主干管平均设计流量：kg/s4.5.1支管平均设计流量根据以下公式计算得： 4.5.2储瓶出流管平均设计流量及其相关计算根据以下公式计算得：根据管道主干管与支管的平均设计流量，查附录，得各管段管径，主干管管径为DN80支管为DN65以及DN50和DN40，具体布置见管网系统图。4.5.3储瓶出流管平均设计流量系统储存量按下式计算： （4.4）式中：为系统储存量(kg)；为储存容器内的灭火剂剩余量(kg)；为管道内的灭火剂剩余量(kg)。依据GB50370-2005气体灭火系统设计规范第3.3.14中第5条的规定均衡管网和只含一个封闭空间的非均衡管网，其管网内的剩余量均可不计，因此管网内剩余量=0。储瓶内剩余量：=n3.5=33.5=10.5kg因此系统储存量：充装密度为：=（式中m3为七氟丙烷储瓶容积）。依据管网计算图，查附附录得各管段的单位长度的容积喷放前全部储存容器内的气相总容积按下式计算： （4.5）式中：n为储瓶容器的数量（个），Vb为储存容器的容量（m3），为七氟丙烷充装密度（kg/m3）为七氟丙烷液体密度（Kg/m3）(20时为1407Kg/m3)。代入公式得喷放过程中点储存容器内压力，按下式计算： （4.6）式中：为过程中点时储存容器内压力(MPa，绝对压力)；为灭火剂储存容器增压压力(MPa，绝对压力)；V0为喷放前，全部储存容器内的气相总容积(m3)；为七氟丙烷液体密度(kg/ m3)( 20时为1407kg/ m3)。 因此代入数据得=4.6系统管路损失计算 管路损失： a-b段:以及查附图1（见附录）得，计算长度包括管路长度和局部当量长度，局部当量长度为一个弯头，查表可得：Lab=2.5+0.2+2.8+2.0=7.5mb-c段：及查附图1（见附录）得，计算长度包括管路长度和局部当量长度，局部当量长度为一个三通,查表可得：Lbc=2.0+3.5+3.2+0.3=9.0mc-d段：及查附图1（见附录）得，计算长度包括管路长度和局部当量长度，局部当量长度为一个三通,查表可得：Lcd=5.6+4.5+4.0=14.1md-e段：及查附图1（见附录）得，计算长度包括管路长度和局部当量长度，局部当量长度为一个三通,查表可得：Lde=4.2+5.2+5.8=15.2m将结果列于表4.3中。表4.3 管路损失管段管路长度局部当量长度计算长度a-b0.0022.55.07.50.015b-c0.0032.07.09.00.027c-d0.0045.68.514.10.0564d-e0.0054.211.015.20.0760所以总管路损失为： 高程压头，按下式计算： （4.7）式中：为过程中点时，喷头高度相对储存容器内液面的位差(m)；为重力加速度(m/s2)。H=3.3-0.2-带入数据得到高程压差为=喷头的工作压力计算： （4.8）式中：Pt喷头工作压力(MPa，绝对压力)；系统流程阻力总损失(MPa)；Ph高程压头(MPa)。带入数据得喷头工作压力为。验算设计计算结果：（1）0.5MPa（绝压）（2），绝压皆满足，符合要求。计喷头计算面积以及喷头规格的确定：因为喷头工作压力为1.713MPa查附录查得，喷头计算单位面积流量qz=3.2 Kg/(scm2)又因为喷头平均设计流量为4.15故求得喷头计算面积为： （4.9）代入数据得 =2 因此查附录得选用JP-16的型喷头8个。 计算机房2的计算方法计算机房1，并将计算结果列于表4.4表4.4 计算机房2计算结果名称结果198156236.618.39.214270表4.4 计算机房2计算结果 附表6750.15140