七氟丙烷设计中防护区开泻压口的必要性

1 / 6七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2016 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 P kg/m3，得出气瓶内气相容积 Vt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)。2 / 6由于七氟丙烷在 20时的蒸气压仅为(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或。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，3 / 6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4 / 6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；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 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/m3V 液W/r560/1407 m3VtV 瓶一 V 液 m3412 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/154 kPa42 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5 / 620常压下过热蒸气比容为 01373m3/kg。V 药WS m3422 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 / kPa43 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 DBJl5231999 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-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(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 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6 / 6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，与上例中的差不多，故通常 P 防都应大于 8 kPa，远超出 NFPA12A 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，另外 DBJ