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      國內首例室外無電源式自動泄壓裝置(泄壓口)試驗

      日期:2022-04-29 16:49
      瀏覽次數:3166
      摘要:
      文章來源于:朱勁武(北京利達海鑫滅火系統設備有限公司,北京,聯系電話:13910793712)

      摘要:
      文章揭示了國內首例室外無電源式自動泄壓裝置,在 IG541 混合氣體滅火系統中的真實模擬試驗。通過試驗和性能特性參數,說明泄壓口產品是氣體滅火系統中的必備設備。使人們對泄壓口產品設計、使用有更進一步認識。
      關鍵詞:
      自動泄壓裝置、泄壓口、必備設備、特性。
       
      1  概述
      2006 年 5 月 1 日 實施的 GB50370- 2005 《氣體滅火系統設計規范》國家標準中規定,自動泄壓裝置也叫氣體滅火系統防護區泄壓口,簡稱為泄壓口(為便于表述,本文中統一簡稱該裝置為泄壓口)。它是與氣體滅火系統配套的必備設備,一般安裝在氣體滅火系統防護區外墻或內墻的泄壓孔上。當氣體滅火系統中的滅火藥劑噴放,防護區內的壓力值達到規定值時,自動泄壓裝置將自動開啟泄壓,使防護區內的門、窗、墻體圍護結構和設備不造成損壞,同時保證氣體滅火系統能正常滅火。
      按此規定要求,從 2007 年開始泄壓口產品逐漸與氣體滅火系統配套使用。但人們禁不住要問,早在 2007 年以前,我國就開始采用二氧化碳氣體滅火系統、鹵代烷氣體滅火系統和鹵代烷替代氣體、七氟丙烷、 IG541 混合氣體等氣體滅火系統,為什么以前泄壓口未得到推廣使用呢?本人通過對相關規范、行業標準和地方標準進行認真研究分析,得出原因如下:( 1 )相關規范和標準中使用泄壓口的規定表述模糊,用詞模棱兩可,致使相關設計和消防監督部門無法正確設計和監督泄壓口的安裝和使用情況;( 2 )我國現在開始高度重視人民生命、財產安全,且對事故責任人將予追查到底;( 3 )以前氣體產品使用較少,人們對氣體產品了解相對不多,更加不清楚泄壓口產品的作用。
      本人通過從百度、谷歌等搜索網站檢索和查閱大量消防資料、文獻得知,國內、外暫時還沒有關于泄壓口產品模擬試驗的文獻介紹。而要證明泄壓口裝置是氣體滅火系統的必備設備,我們不但要從理論上(本人已撰寫和發表了《氣體滅火系統防護區泄壓口設計與安裝使用》文章)對其必要性進行闡述,更有必通過對泄壓口作真實模擬試驗,用試驗過程和參數來說明泄壓口安裝的重要性和必要性。近日,我公司進行了室外無電源式自動泄壓裝置在 IG541 混合氣體滅火系統中的真實模擬試驗,現將真實模擬試驗過程和期間的性能特征參數為大家進行較詳細的介紹,以其使國內同仁對泄壓口產品有更為詳盡的了解和高度重視,并使泄壓口產品得到正確使用及發展,文章中不足和缺陷之處,本人真誠期待您給予批評指正。
      試驗目的及設備選擇要求
      泄壓口產品在氣體滅火系統中的真實模擬試驗屬國內**,在確保人身、財產安全和試驗成功的基礎上,真實反映泄壓口產品在*嚴酷的環境下,實驗過程要求真實、可靠,參數準確。
      2.1  實驗氣體滅火系統選型
      氣體滅火系統有許多種類,目前使用量*大的有七氟丙烷氣體滅火系統、 IG541 混合氣體滅火系統和二氧化碳三種氣體滅火系統。這三種氣體滅火系統撲滅汽油液體火災的滅火設計濃度和有效噴射時間及滅火劑鋼瓶內 20 ° C 時的工作壓力分別為 8 %,≤ 10S , 4.2MPa ; 37.5 %,≤ 60 S , 15MPa ; 34 %,≤ 60 S , 75MPa 。滅火設計濃度實際上就是氣體滅火藥劑釋放到防護區內,防護區增加的體積比率,七氟丙烷滅火藥劑主要是化學滅火,破壞燃燒鏈,所以滅火濃度較低。 IG541 和二氧化碳滅火藥劑主要是物理滅火,通過降低保護區的氧氣濃度到 12 ~ 14 %,隔離氧氣實現滅火。
      從上述三組滅火設計濃度和有效噴射時間及滅火劑鋼瓶內 20 ° C 時工作壓力等參數來分析,在三種氣體滅火系統保護的防護區容積和設備種類均相同的條件下, IG541 混合氣體滅火系統釋放到 20 ° C 、一個大氣壓下的體積量*多,二氧化碳氣體滅火系統次之,七氟丙烷氣體滅火系統*少。當防護區密封性很好時, IG541 、二氧化碳、七氟丙烷氣體滅火系統釋放到防護區內的壓力可分別達到 52 、 11 ~ 31 、 2.1KPa 左右。
      大多數人們不了解 IG541 混合氣體滅火系統滅火氣體釋放到防護區內的壓力和破壞力,但是人們都清楚臺風所帶來的破壞力。臺風分 13 級: 0 ~ 12 級。 6 級為強風; 8 級為大風,風速 62 ~ 74Km/h 、 17.2 ~ 20 .7m /s 、風壓 0.27KPa 。 24 小時內受 8 ~ 9 級臺風影響時,為黃色報警,要求船只回港避風,停止高空作業,危房居民應立即轉移; 10 級為狂風,風速 89 ~ 102 Km/h , 24.5 ~ 28 .4 m /s ,風壓為 0.5KPa 。這相當于每平方米廣告牌承受約 51Kg 力作用,狂風所到之處可拔起樹木,損壞建筑物; 12 級為颶風,風速≥ 117Km/h 、≥ 32.6m /s 、風壓〉 0.66KPa ,陸地上極少見,摧毀力極大。 2006 年 8 月 10 日浙江省臺州遭受了 1956 年以來罕見的超強臺風“桑美”的正面襲擊,當地疏散了 100 多萬人。這是歷史以來*大的一次臺風,據氣象部門統計,瞬時*大風速達 120 m /s ,瞬時*大風壓達 19.86 KPa ,臺風所到之處,對人民的生命財產均會造成重大損失。
      綜合上述分析,試驗氣體滅火系統采用 IG541 混合氣體滅火系統,試驗防護區和泄壓口產品可接受*嚴酷的試驗。
      2.2  實驗泄壓口選型
      泄壓口產品目前主要有室外無電源蓋式、室內無電源葉片式、室內有電源葉片式三種類型。為了使國內首例泄壓口產品安全、可靠,并保證試驗成功,根據這三種類型泄壓口產品結構和試驗參數綜合分析,我們決定選用室外無電源蓋式泄壓口產品為主要測試產品。開啟壓力設定在 1.05 KPa 。為了確保試驗室門、窗、墻體及其它試驗室的圍護結構不遭受 IG541 滅火氣體釋放壓力的破壞,再選擇兩臺泄壓口產品作為備用,一臺為 XWZ10/1.2 型室外無電源蓋式泄壓口,另一臺為 XND13/1.2 室內有電源葉片式泄壓口,這兩臺泄壓口開啟壓力設定在 1.4 MPa 開啟。這樣能確保試驗安全、可靠。
      2.3  實驗中泄壓面積確定
      根據 GB50370- 2005 《氣體滅火系統設計規范》和 GB50193-93 《二氧化碳滅火系統設計規范》國家標準中防護區的泄壓口面積公式計算, IG541 、高壓二氧化碳、七氟丙烷三種氣體滅火系統,在 108m 3 試驗室滅 B 類汽油火災的泄壓口面積分別為 0.04 m 2 、 0 .03 m 2 、 0 .03 m 2 。三種氣體滅火系統均采用 70 升 滅火劑鋼瓶,這三種氣體滅火系統所需鋼瓶分別為 5 個、 3 個、 1 個。三種滅火劑鋼瓶內 20 ° C 時的工作壓力分別為 15 MPa 、 5.2 MPa 、 4.2 MPa 。
      綜合分析, IG541 混合氣體滅火系統在 108m 3 試驗室試驗屬國內**,泄壓口面積選擇應大于計算值 0.04 m 2 ,選擇 XWZ15/1.2 型室外無電源蓋式泄壓口,泄壓口面積為 0.15 m 2 ,是計算值的 2.7 倍,這樣能再一次確保試驗的安全、可靠性。
      2.4  實驗中泄壓口主要參數設定
      2.4.1 開啟工作壓力: 1.1 + 0.1 KPa
      指泄壓口達到設定的*大工作壓力值時,自動開啟的壓力值。目的是為了確保防護區內各圍護結構的安全性。
      2.4.2 關閉工作壓力: 0.95 + 0.05 KPa
      指泄壓口低于設定的*小工作壓力值時,自動關閉的壓力值。目的是為了確保防護區內的圍護結構安全基礎上,防止氣體滅火藥劑不必要的流失,避免造成滅火時間延長,甚至不能撲救火災的嚴重后果。
      ?  啟閉滯后時間:≤ 2S
      指從泄壓口達到設定的啟閉工作壓力值時算起,至泄壓口完全啟閉或達到相應啟閉狀態的時間。是反映泄壓口工作靈敏度性能參數指標,也是確保防護區安全性能和減少氣體滅火藥劑流失的一個性能指標。
      室外無電源蓋式泄壓口與室內無電源葉片式和室內有電源葉片式泄壓口對比,室外無電源蓋式泄壓口開啟滯后時間小于 0.5S ,關閉滯后時間為 1.0S 左右,比另外兩種類型泄壓口啟閉時間大約快 0.5S 左右。本試驗采用室外無電源蓋式泄壓口產品,有利于試驗的安全性。
      ?  漏風量:≤ 700 m 3 / m 2 · h
      當泄壓口前后壓力差為 300Pa + 50KPa 時,其單位面積在標準狀態下的漏風量不應大于 700 m 3 / m 2 · h 。漏風量性能參數是確保防護區內氣體滅火藥劑從泄壓口不流失或少流失的一個重要指標,可促使防護區內瞬間達到滅火濃度,將火災迅速撲滅。若泄壓口漏風量過大,在噴射過程中,防護區內剛剛達到或尚未達到滅火濃度。這將延長滅火時間,甚至會加大火勢,不能撲救火災。
      室外無電源蓋式泄壓口經國家固定滅火系統和耐火構件質量監督檢驗中心檢測,漏風量為 1.35 m 3 / m 2 · h ,另兩種類型泄壓口漏風量為 274 m 3 / m 2 · h 。目前國內許多生產泄壓口產品的廠家,對該漏風量指標不重視,很難達到該性能參數指標。本試驗采用室外無電源蓋式泄壓口產品,有利于檢測防護區在密封性很好的“嚴酷”環境下,它的安全性和動作的真實性。
      3  試驗方法及相關要求
      ?  試驗環境
      環境溫度: 24 ° C ~ 28 ° C ;
      相對濕度: 55 %;
      大氣壓力: 102 KPa ( 1 個大氣壓)
      ?  試驗室與設備
      3.2.1 試驗空間
      試驗室容積為 108m 3 ,長 8.45m ,寬 4 m ,高 3.2 m 。試驗室門一張,高 2.15m ,
      寬 0.8 m 。窗戶兩個,高 1.06 m ,寬 0.7 m ,玻璃厚度為 3 mm 。在試驗室 2/3 凈高 2.2 m 處安裝泄壓口產品。
      試驗室處于相對密封狀態。也就是說本試驗采用 90 升 鋼瓶一個,內充裝 1.44 MPa 氮氣,釋放到防護區內,當試驗室處于優良密封狀態時,壓力值應顯示為 1.2 KPa ,而檢測壓力值為 0.1 ~ 0.2 KPa 。說明試驗室的密封性不是很好。目前大多數氣體滅火系統防護區的密封性能不會比試驗室的密封性差,許多防護區要求恒溫恒濕的環境,因此對密封性的要求就更高。
      ?  輸氣管道與噴嘴
      試驗室內安裝 DN32 的管道和兩個噴嘴,均布于試驗室頂部。
      ?  B 類火試驗油盤及燃料罐
      試驗室中心放置 B 類火災試驗油盤,直徑為 500 mm ,內盛裝 40 mm 高度的 93 號汽油,下部墊 20 mm 高度水。試驗室四角對角線處,各放置燃料罐兩個,兩個放在地面上,另兩個離地面 1.8m 高處,內盛裝 93 號汽油。
      ?  壓力測量
      試驗室安裝壓力變送器和膜合壓力表。
      3.4  氣體滅火系統設備
      在 108 m 3 試驗室滅 B 類(汽油)火災時,若采用 IG541 混合氣體滅火系統,滅火設計濃度為 37.5 %,理論計算 IG541 混合氣體藥劑量為 73.5Kg ,則應采用 70 升 鋼瓶 5 個。
      GB50370- 2005 《氣體滅火系統設計規范》國家標準中 3.2.6 條規定,防護區圍護結構承受內壓的允許壓強,不宜低于 1200 Pa 。一般設定泄壓口產品的開啟工作壓力不超過 1200Pa ,才能確保防護區圍護結構的安全。當 70 升 5 個鋼瓶內的 IG541 混合氣體全部釋放到 108m 3 試驗室內,也就是說當采用的 IG541 混合氣體滅火系統,氣體噴射到設計的防護區容積內,當防護區優良密封時,釋放的氣體壓強將是 1200 Pa 的 43.6 倍以上;當防護區處于相對密封狀態(指 108m 3 試驗室密封狀態)時,釋放的氣體壓強是它的 21.8 倍以上。從這兩組數據來看,泄壓口產品在 IG541 混合氣體滅火系統防護區做真實模擬試驗是非常危險的,也是非常有必要的。這說明泄壓口是氣體滅火系統的必備重要設備。
      3.5  泄壓口產品
      采用 XWZ15/1.2 型室內無電源蓋式泄壓口(自動泄壓裝置)產品做本次試驗,它的泄壓面積為 0.15 m 2 。它具有結構簡單、零部件少、無需電源、開啟壓力準確、漏風量小、工作可靠、無故障率、啟閉靈活、單價低等特點。
       
      4  試驗過程與參數
      4.1 IG541 混合氣體滅火系統減壓特性和參數(見圖一)
      IG541混合氣體滅火系統減壓特性和參數

      從圖一中三條曲線,可以看出,IG541混合氣體滅火系統從鋼瓶中釋放出來時,在單位時間內,減壓孔板前和減壓孔板后及噴嘴出口壓力分別為:
      ( 1 )第 1S 時:分別為 14.68MPa 、 4.96MPa 、 3.52MPa ;
      ( 2 )第 2S 時:分別為 14.66MPa 、 6.7MPa 、 5.21MPa ;
      ( 3 )第 3S 時:分別為 14.55MPa 、 5.86MPa 、 4.58MPa ;
      ( 4 )第 5S 時:分別為 14.12MPa 、 4.64MPa 、 3.63MPa ;
      ( 5 )第 10S 時:分別為 11.98MPa 、 2.88MPa 、 2.26MPa ;
      ( 6 )第 15S 時:分別為 9.31MPa 、 2MPa 、 1.57MPa ;
      ( 7 )第 20S 時:分別為 6.89MPa 、 1.48MPa 、 1.16MPa ;
      ( 8 )第 30S 時:分別為 3.80MPa 、 0.76MPa 、 0.59MPa ;
      ( 9 )第 40S 時:分別為 2.13MPa 、 0.36MPa 、 0.28MPa ;
      ( 10 )第 50S 時:分別為 1.25MPa 、 0.15MPa 、 0.12MPa ;
      ( 11 )第 60S 時:分別為 0.77MPa 、 0.05MPa 、 0.04MPa 。
      從圖一減壓特性曲線可以看出,減壓孔板前的壓力等于鋼瓶內壓力,它大于減壓孔板后的壓力,噴嘴壓力*小。第 2S 時減壓孔板后的壓力和噴嘴出口壓力達到*大值,分別為 6.7 MPa 和 5.21 MPa 。 IG541 氣體滅火系統有效噴射時間大約為 48S 。
      ?  試驗室內壓力特性和參數 
      試驗室內壓力特性和參數
      從圖二試驗室內壓力特性曲線可以看出, IG541 混合氣體滅火系統中的滅火氣體經管道和兩個噴嘴釋放到防護區內時,在單位時間內,試驗室內的壓力值急驟變化與 IG541 混合氣體滅火系統釋放的壓力大小、速度和泄壓口開啟面積大小、開啟次數緊密相關,試驗參數如下:( 1 ) XWZ15/1.2 型室外無電源式泄壓口總計開啟了四次,前三次開啟的壓力均為 1.05 ~ 1.10KPa ,第四次開啟的壓力大約為 1.0KPa 。其它兩臺備用泄壓口均沒有開啟。( 2 )泄壓口四次開啟的時間分別為第 2S 、第 6S 、第 9S 、第 14S ,每次開啟時間大約為 1S 左右。( 3 )泄壓口在 14S 內連續開啟四次后,第 17S 時第五次達到 0.8 KPa 的*高值,但泄壓口沒有開啟。試驗室內的壓力值大約經過 16S 的時間緩慢降至 0.3 KPa 。( 4 )試驗室內放置的五盤 93 號汽油火,大約在 8S 左右全部熄滅。查閱本公司 IG541 混合氣體滅火系統送檢國家檢測中心, B 類火災試驗,滅火時間為 48S 。兩者相比,滅火時間減少約 40S 。其主要原因是本試驗室和泄壓口密封性較好,滅火氣體藥劑量流失較少,短時間內使試驗室能迅速達到滅火濃度。
      5  結論和建議
      通過上述 XWZ15/1.2 型室外壁掛無電源蓋式自動泄壓裝置(泄壓口)產品,在 IG541 混合氣體滅火系統試驗室的真實模擬試驗,得出如下結論:
      ( 1 )國內首例泄壓口在相對密封的試驗室內試驗,開啟和關閉壓力值準確、可靠,能確保防護區的安全,試驗是成功的。試驗室內的門、窗、玻璃及其它實物均完好無損。
      ( 2 ) IG541 、高壓二氧化碳、七氟丙烷氣體滅火系統的滅火氣體藥劑,釋放到相對密封的防護區內,防護區內的*大壓力值將超過 10 級狂風的風壓( 0.5 KPa )。臺風風壓不大,但風力持續時間長,所以破壞力大。而氣體滅火系統噴射的氣體是瞬時釋放,破壞力是瞬間的。所以,我們應充分認識到這一點。建議防護區設在高層建筑、玻璃幕墻的、防護區具有相對密封狀態的區域,若采用 IG541 和高壓二氧化碳氣體滅火系統,配套的泄壓口產品應通過國家固定滅火系統和耐火構件質量監督檢測中心檢測并獲得檢驗報告;并建議實際采用的泄壓口面積應大于理論計算的泄壓面積一倍左右。
      ( 3 )通過理論研究和試驗,證明泄壓口產品是氣體滅火系統中的必備重要部件。合格的泄壓口產品既能起到防護區內超壓氣體釋放的作用,又能避免防護區內滅火氣體藥劑量的不必要的流失,確保防護區內火災以*短時間撲救,將火災損失降低到*小。
      ( 4 )目前有小部分消防工程商和用戶用與泄壓口配套的輔助設備 —— 固定格柵,也稱風口部件來代替泄壓口產品,欺騙檢查方,蒙混通過消防監督部門的驗收。一旦發生火災,氣體滅火藥劑將通過風口部件大量泄漏,嚴重影響防護區內滅火藥劑濃度,將直接導致火災不能撲救,給人民生命、財產帶來巨大損失。通過此次真實模擬試驗,我們應清楚的知道泄壓口產品的用途和實際作用。切不可用固定格柵,也稱風口部件來代替泄壓口產品。
      ( 5 )本次試驗向本人和同仁揭示了在安裝有泄壓口裝置的防護區,它的壓力變化特性和泄壓口的運行過程。通過本次試驗參數,使本人對泄壓口設計、計算、使用有了更進一步認識。本人將通過對其它種類、規格產品進行試驗后,在后續的文章中進行闡述。
       
      *后感謝您閱讀本篇文章,同時誠摯歡迎您光臨本公司(北京利達海鑫)網站( www.leaderhaixin.com ),使用本公司產品,真誠期待您的寶貴意見。
      參考文獻:
      〔 1 〕 GB50370- 2005 《氣體滅火系統設計規范》
      〔 2 〕 GB50193-93 《二氧化碳滅火系統設計規范》
      收稿日期: 2009 -07-20 ;     修訂日期: 2009 -08-28
      作者地址:北京市北京經濟技術開發區榮京東街 17 號北京利達海鑫公司
      作者郵編: 100176         電話: 010-69508067
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