ig-541-滅火系統(tǒng)的設(shè)計及計算方法(編輯修改稿)
2025-08-31 18:32 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 處的壓力 有關(guān)音障及其計算問題的詳情請參見我們在《亞洲消防與保安》2002年第12期中發(fā)表的“IG541滅火系統(tǒng)設(shè)計中的音障問題”。七、IG541滅火系統(tǒng)設(shè)計計算的必要性目前國內(nèi)對IG541滅火系統(tǒng)是否確有必要進(jìn)行精確的設(shè)計計算問題有兩種不同的意見。前一段時間，有一種頗有影響的流行觀點認(rèn)為：“IG541滅火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式雖然與二氧化碳及鹵代烷滅火系統(tǒng)大體相同，但在系統(tǒng)設(shè)計計算上要方便許多”。甚至認(rèn)為：只要管網(wǎng)容積不大于該系統(tǒng)所用儲瓶的總?cè)莘e，“系統(tǒng)流程所有的計算，包括噴射時間的計算都可以不用做了”(摘自某IG541滅火系統(tǒng)說明書)。另外一種意見則認(rèn)為：IG541滅火系統(tǒng)中使用的滅火劑數(shù)量、流量及輸送管道規(guī)模都相當(dāng)大，壓力也是固定滅火系統(tǒng)中最高的；而且管件的當(dāng)量長度值與沿程損失之比也相當(dāng)大，絕對不能忽略，不進(jìn)行設(shè)計計算無法確保質(zhì)量。如果IG541系統(tǒng)的設(shè)計計算果真如前一種論點所說的那樣輕易地就“可以不用做了”，那么國外的著名消防公司為何還要把IG541滅火系統(tǒng)的設(shè)計計算方法視為珍寶，壟斷起來，即使在美國NFPA標(biāo)準(zhǔn)中也要為其計算方法保密。因為缺乏設(shè)計計算方法，我國上海市地方標(biāo)準(zhǔn)惰性氣體《IG541滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》中也無可奈何地將設(shè)計計算問題推到國外那一家公司去。IG541滅火系統(tǒng)的設(shè)計計算是否必須進(jìn)行？設(shè)計計算要解決的核心問題又何在呢？IG541是單相氣體流，為了盡量減小儲存容器的容積，就必須盡可能地提高儲存壓力?，F(xiàn)在通用的儲存壓力為15Mpa。與此同時，為了減小IG541在管道內(nèi)傳輸過程中的壓力，又必須在儲罐出口處通過減壓—單向閥將壓力從15MPa快速減小到7MPa。然后再進(jìn)入集流管。與其它固定滅火系統(tǒng)相比較，IG541滅火系統(tǒng)不僅系統(tǒng)壓力高、管網(wǎng)尺寸也龐大得多。此外，即使是在設(shè)計計算條件下，噴嘴出口處的壓力也需要降到近2MPa?？梢?，壓力下降的幅度非常之大。壓力大幅度下降帶來的必然結(jié)果是：IG541氣體在管道中流動的同時，其體積迅速膨脹，因而在管徑不變的管道中，質(zhì)量流量不變的條件下，隨著管長的增加，IG541在管道中的體積流量和流速都將迅速增大。當(dāng)管長增加到某一數(shù)值時，流速就會達(dá)到音速。一旦某一管段中的某個截面的流速達(dá)到了音速，就會出現(xiàn)“音障”阻礙流體流動，流速突破音障時還將產(chǎn)生劇烈的“爆震”。這兩種現(xiàn)象都可能給系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞，甚至失去滅火能力。目前，我國已建成的一些IG541滅火系統(tǒng)集流管中未設(shè)減壓孔板，其結(jié)果是開始噴放時管道中的瞬時壓力特別高、壓降特別大，高壓在較長的管道中渲泄時體積流量和流速也隨之增加，且增大的梯度也相當(dāng)大。因此，這種不設(shè)孔板的設(shè)計方案會帶來整個系統(tǒng)的沿程壓降梯度都相當(dāng)大、爆震問題也特別嚴(yán)重。但是，這一問題一直未得到國內(nèi)同行的充分注意。此外，由于IG541的管網(wǎng)一般都比較龐大，干管和支管一般都比較長，所以國外IG541滅火系統(tǒng)的集流管中除了必須采用減壓孔板外，通常還要將孔板下游主干管的管徑加粗，用以降低IG541在干管中的流速。理論計算表明：產(chǎn)生爆震的管道長度與管徑成正比。即管徑越大，產(chǎn)生爆震的危險越小。遺憾地是：迄今，還有些人對這一問題的嚴(yán)重性認(rèn)識不足。甚至還有人說：“不至于那么嚴(yán)重吧，超音速？哪至于？”現(xiàn)在來看一個示例：某個典型的IG541滅火系統(tǒng)，其儲存壓力為15MPa，減壓—單相閥出口壓力為7MPa，集流管管徑為100mm，設(shè)計時考慮兩種情況：分別代表集流管中設(shè)和不設(shè)減壓孔板。1．集流管中不設(shè)減壓孔板：為了便于比較，假定設(shè)計工況下，瞬時流量為平均流量1200kg/min。2．集流管中設(shè)減壓孔板：如果同一系統(tǒng)在集流管中安裝了應(yīng)有的減壓孔板，在集流管管徑不變的條件下，達(dá)到音速的管長可增大6倍。如果更進(jìn)一步，再將孔板下游集流管的管徑增大，則達(dá)到音速的臨界管長會隨著管徑的增大成正比增加。從上海市地方標(biāo)準(zhǔn)惰性氣體《IG541滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程條文說明》中的IG541滅火系統(tǒng)管道流量允許范圍表內(nèi)即可清楚地看出，對于不同管徑的各類管材，亦即管長增大到原來的6倍時，該管段允許的最大體積流量也增大了6倍?？梢娫贗G541滅火系統(tǒng)中流速大是一個突出特點，并且很容易產(chǎn)生音障和爆震。這種情況絕對不能忽視。我國已建成的許多IG541系統(tǒng)都忽視了這個問題。其突出表現(xiàn)是在集流管中未設(shè)減壓孔板，并且忽視了孔板下游集流管的管徑是否該加大的問題，從而導(dǎo)致IG541在下游管道中快速降壓和流速迅速增大，以至噴放時產(chǎn)生爆震的問題比較普遍也相當(dāng)嚴(yán)重。由此可見，IG541滅火系統(tǒng)必須進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計計算，否則可能產(chǎn)生的嚴(yán)重問題也就十分明顯了。另一方面，國外在設(shè)計IG541滅火系統(tǒng)時都要求進(jìn)行設(shè)計計算。由于IG541滅火系統(tǒng)是單相氣體流動，而且在1分鐘左右的噴射過程中管網(wǎng)中的壓力和流量都同時迅速下降，要保證IG541能在適當(dāng)時間內(nèi)以適當(dāng)?shù)膲毫土髁繃娚涞奖Ｗo(hù)區(qū)內(nèi)，其流體力學(xué)計算過程要比水滅火系統(tǒng)復(fù)雜得多。因而，不進(jìn)行足夠精確的設(shè)計計算，就無法確保滅火系統(tǒng)能按規(guī)范要求進(jìn)行工作。這也就是國外標(biāo)準(zhǔn)中迄今不公開設(shè)計計算方法，一直為個別公司的設(shè)計計算方法保密以便維護(hù)其技術(shù)壟斷地位的主要原因。這也是我國獨立解決了IG541設(shè)計計算方法和開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的IG541滅火系統(tǒng)設(shè)計計算軟件的重大意義之所在。有了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計計算軟件，不僅解決了我國國內(nèi)所有IG541滅火系統(tǒng)的質(zhì)量保證問題，同時還解決了我國設(shè)計單位設(shè)計國外IG541滅火系統(tǒng)的知識產(chǎn)權(quán)問題。打破IG541滅火系統(tǒng)設(shè)計計算方法的國際壟斷，還意味著我國的設(shè)計部門可直接打入國外IG541滅火系統(tǒng)的設(shè)計市場，我國的IG541硬件產(chǎn)品也可隨之進(jìn)入國外消防工程市場，從而可帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。對此我們必須有充分的認(rèn)識。八、IG541滅火系統(tǒng)設(shè)計計算要解決的核心問題從以上分析可見，IG541滅火系統(tǒng)必須進(jìn)行設(shè)計計算的主要原因有二：其一是防止發(fā)生爆震；其二是傳統(tǒng)流體力學(xué)計算。這也就是IG541滅火系統(tǒng)設(shè)計計算要解決的核心問題。1．首
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