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七氟丙烷滅火劑在地鐵建設中的運用研究論文
摘要:
論述了七氟丙烷滅火劑的基本性質、系統的設計,包括保護場所的選擇,滅火劑設計濃度,影響保護區內滅火劑濃度的因素,管網設計和系統選擇等,最后以深圳地鐵一號線會展中心站為例,介紹了采用七氟丙烷氣體滅火系統在地鐵建設工程中的運用。
關鍵詞:
滅火系統七氟丙烷滅火劑系統設計哈龍滅火劑地鐵運用
20世紀80年代,固定氣體滅火系統的首選為哈龍100滅火劑,因為它具有不導電、揮發快、無殘留物、滅火效率高、撲滅火災類型較廣等優勢而被廣泛采用。上海地鐵一號線地下車站無人值班的重要電器用房內,即采用了哈龍100固定氣體滅火系統。但根據聯合國環境規劃署(UNE)的規定,為了保護大氣臭氧層,停止生產哈龍滅火劑,我國自2000年起停止生產和逐步淘汰哈龍滅火劑。目前在固定滅火系統中,七氟丙烷、煙絡盡、自動噴水、二氧化碳等滅火系統均可作為哈龍氣體的主要替代滅火系統。在地鐵建設中,新加坡、香港、廣州、深圳等城市均選用了七氟丙烷固定滅火系統,作為保護地鐵地下車站內重要電器設備的主要滅火設施。
1七氟丙烷滅火劑的基本性質
七氟丙烷滅火劑滅火后無固體和液體的殘留物,滅火效能高,設計滅火濃度低,噴射到防護區內能立即閃發成蒸氣態,并在封閉空間內各向分布迅速均勻。作為全淹沒滅火劑,屬于可液化儲存的氣體,不導電、不擊穿電子電器設備,具有無色、無味、熱穩定性和化學性能良好等特性,是一種清潔氣體滅火劑。
七氟丙烷的滅火機理主要為冷卻滅火和化學滅火共同作用。七氟丙烷在氣化過程中要吸收大量的熱量;同時它由大分子組成,在火焰高溫中一些化學鍵斷裂,需要能量,導致冷卻。
2七氟丙烷滅火系統的設計
該氣體滅火系統,設計的基本要求為:系統具有可靠的火災自動報警系統;管網、噴嘴的布置應經濟合理,能確保滅火劑在盡可能短的時間內噴放到保護區內,并迅速均勻分布,達到滅火濃度,迅速控制火災;保護區應封閉良好,必須確保滅火劑在規定的時間內保持滅火濃度;要有充分的條件,使滅火后盡可能快地通風換氣,以減少設備與滅火劑分解產物的接觸時間。
2.1地鐵工程中保護場所的選擇
七氟丙烷滅火劑可用于撲救可燃液和可熔化固體的火災、可燃固體的表面火災、電氣火災。由于地鐵車站處于地下空間,且具有完善的環境控制系統,常年的溫度變化不大,重要的電器設備用房的溫度基本保持在1~2℃之間,是選用全淹沒七氟丙烷滅火系統的理想場所。故應嚴格按照現行《地鐵設計規范》所規定要求設置的場所,設置氣體滅火系統。
2.2滅火劑的設計濃度
七氟丙烷氣體滅火系統設計時有滅火濃度、設計滅火濃度、最大滅火濃度。滅火濃度是由試驗測得的實際滅火濃度;設計滅火濃度是在滅火濃度的基礎上考慮了一定安全系數后確定的設計滅火濃度;最大設計滅火濃度是在保護區最高環境溫度下,扣除被保護區內的設備體積后,實際可能形成的最大濃度。保護區內的設計濃度是隨著保護區的環境溫度、海拔高度和被保護可燃物不同而異。
2.3影響保護區內滅火劑濃度的因素
滅火劑實際噴放到保護區內所形成的濃度,可能會出現比實際設計滅火濃度高或低的情況。這一濃度的變化對人員的安全、設備的影響及滅火效果的成敗關系極大,應引起足夠重視。
導致保護區內實際滅火濃度比設計滅火濃度高的主要因素有:滅火劑用量計算時保守,沒有考慮到封閉空間內非固定材料(或物體)的存在及對氣體泄漏量估計過高而造成的。事實上在地鐵地下車站無人值班的重要電器用房,只要在施工完成后注意檢查進出保護區的門、窗是否密封;進出電纜孔封堵是否符合防火隔斷的要求;風閥關閉是否密封等,只要達到設計要求,泄漏量就很少。此外,如果計算環境溫度低,而實際噴放時環境溫度高,濃度也將升高。
導致保護區內實際滅火劑濃度比設計滅火濃度低的因素主要有:滅火劑噴放后在容器和管網內殘留有部分滅火劑蒸汽;實際噴放時有溶解氮氣噴出;封閉空間內的障礙物影響氣體混合;封閉空間的幾何形狀導致滅火劑分布不均勻等。這些都有可能使火源周圍滅火劑的濃度低于實際滅火濃度,而影響滅火效果。故在噴嘴的設計和施工安裝時一定要按規范避開結構梁、柱,同時按所選噴嘴的特性,結合封閉空間的幾何形狀合理布置,使影響滅火劑濃度降低的因素減少到最小。
2.4系統的管網設計
氣體管網部分主要由氣體鋼瓶及容器閥、電磁閥啟動器、高壓軟管、集流管、安全泄壓裝置、單向閥、選擇閥、壓力開關、噴嘴和氣體輸送管道等組成。
由于七氟丙烷噴放過程中,其壓力迅速降低,在前面的流體呈現瞬時狀態的二相流區,隨后為液相流區(含密集小氣泡)和二相流區(密度變化無規律),最后是尾氣(氮氣和七氟丙烷的蒸汽)。
目前國內主要按液相流的計算方法,計算簡便,能滿足工程應用的需求,但應注意相關條件的控制,如噴嘴之前的壓力等。由于管道阻力損失的試驗數據,較理論計算值小,在理論計算時還需要考慮其某些二相流特征。
實際上這是對簡單管網系統而言,而對較復雜的管網,應考慮流體在三通處的分流影響,如仍按單一的液相流計算方法設計,則可能產生較大的誤差。現在七氟丙烷滅火系統生產商所提供的設計計算軟件均采用二相流計算方法,該計算方法較適合工程實際。
2.5系統的選擇
在工程設計中,可根據所保護設備用房的位置和空間大小來選擇不同的系統布置。
如設備用房布置較分散,系統的管道超出規定長度3m,就應采用獨立單元系統。該系統控制簡單,便于操作,但增加氣瓶間,投資相對較高。
如設備用房布置較集中,系統管道不超出規定長度,即可采用組合分配系統。該系統占地面積小,從而節約投資,在地鐵工程設計中應盡量采用。在全淹沒組合分配式七氟丙烷氣體滅火系統設計時,必須選擇該保護區內體積最大的電器設備用房,作為該保護區設計滅火濃度的依據。
筆者參加了深圳地鐵一號線一期工程的設計。現以深圳地鐵一號線的會展中心站重要電氣設備用房,采用七氟丙烷氣體滅火系統為例作一簡介。
會展中心站為深圳地鐵一號線一期工程中規模最大的一座換乘車站,共地下三層,地下一層為站廳層;地下二層為一號線島式站臺;地下三層為四號線側式站臺。氣體滅火系統共設1個保護區,設計成8個系統,計算數據見表1。
計算結果見表2。
3結論
七氟丙烷對環境和大氣臭氧層無破壞作用,具有較高的滅火效果,是理想的環保清潔氣體滅火劑。七氟丙烷比較成功地替代了哈龍全淹沒滅火系統, 是因為七氟丙烷適用于撲救多類火災,特別適用于保護精密儀器設備等場所。設計時管網流體計算采用氣液二相流體計算方法,在深圳地鐵的實際使用中,經過深圳市消防局和廣東省消防廳的實地測試驗收,達到了設計預期效果,滿足了工程的需要。
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