三氟甲烷气体灭火系统设计探讨

三氟甲烷气体灭火系统设计探讨

南京理工大学路景志

江苏省消防局唐晓亮

摘要：本文论述了三氟甲烷（HFC-23 ）气体灭火系统设计中灭火剂用量计算，管网压力损失计算及喷头型号的选择方法。

关键词：三氟甲烷气体灭火系统设计计算

前言

三氟甲烷气体灭火系统是以三氧甲烷为灭火剂的自动灭火系统。三氤甲烷（HFC-23 ）是一种无色无味的成体，是洁净的气态化学灭火剂。它不含漠元素和氯元素，对大成中的臭氧层无破坏作用，（即ODP=0 ）,是哈龙产品优秀的替代物之一。

试验证明，三氟甲烷气体灭火系统可以用来扑灭固体表面火灾，可燃液体火灾、可燃气体火灾和电质火灾。三氟甲烷不导电，绝缘性好，特别是用来扑灭通讯机房、电气设备、磁带和资料等保护区的火灾更为有利。

三氟甲烷气体是新型、高效、低毒灭火剂，NOAEL>50 ,远超过其灭火浓度，是哈龙替代品中最安全的灭火剂，可以用在有人工作的场所。

三氤甲烷灭火剂是液态贮存，气态释放,贮瓶间占用空间少，工程造价低，是惰性质体灭火系统（如IG541）不能比拟的。

三氤甲烷蒸气压力高，不需要氮质加压可自行喷放，该气体密度小，可适用于楼层很高和管网很大的工程，这是七氟丙烷灭火系统不能相比的。

三氟甲烷不含固体粉尘油溃和腐蚀性胶状物，灭火后现场没有残留物，不会造成对设备的污染或腐蚀。是气溶胶灭火系统（如EBM、SDE等）难以做到的。

此外，三氟甲烷灭火系统使用温度范围广，环境温度为・2（rc~ 5（rc,在我国北

方广大寒冷地区使用，更能发挥其优越性。总之，三氟甲烷灭火系统具有优良的综合性能，它使用方便，经济、合理，是哈龙替代品中最优者。

一、三氤甲烷的灭火原理及物理性能

三氤甲烷灭火剂是一种化学灭火剂，它能在火焰的高温中分解产生活性游离基，这些游离基参与物质燃埸过程中的化学反应，清除维持燃埸所必须的活性游离基OH H等，并生成稳定的分子，如H,0、CO?以及活性较低的游离基R等，从而对燃烧反应起抑制作用，并使燃烧过程中的连锁反应链中断而灭火。也就是说，这类灭火剂对物质燃埸的化学反应历程实际上起着负催化剂的作用。灭火作用主要是化学作用过程。三氤甲烷（HFC-23 ）灭火剂是一种无色无味的气体，是洁净的气态化学灭火剂。它不含漠元素和氯元素，对大气中的臭氧层无破坏作用，（即ODP=0 ）,是哈龙产品优秀的替代物之一。

L防护区设置要求

三氟甲烷的防护区为全淹没系统防护区。所谓防护区是指能满足灭火系统要求的有限封闭空间。防护区的划分应根据封闭空间的结构特点、数量和位置来确定。若相邻的两个或两个以上封闭空间之间的隔断不能阻止灭火剂流失而影响灭火效果，或不能阻止火灾蔓延，则应将这些封闭空间划分为一个防护区。三氟甲烷由于沸点低，液体密度和粘度小，输送压力高，所以传送距离远。一般对保护区的大小、管网长度和楼层高度无严格要求。经过最远点喷头压力计算，只要满足设计要求即可。

对防护区环境温度要求，一般认为当防护区内温度低于灭火剂沸点时，施放的灭火剂将以液态形式存在。防护区的温度越低，灭火剂的汽化速度慢，这势必延长灭火剂在防护区内均化分布时间，即影响了它和火焰接触、分解的时间，降低了灭火速度。

同时，还会造成灭火剂的流失。

为了保证全淹没系统都能将建筑物内的火灾全部扑灭，防护区的建筑物构件应有足够的耐火时间，以保证在完全灭火所需时间内，不致使初起火灾蔓延成大火。完成灭火所需要的时间，一般包括火灾探测时间、探测出火灾后到施放灭火剂之前的延时时间、施放灭火剂时间、保持灭火剂设计浓度的浸溃时间。

保持灭火剂设计浓度所需浸溃时间如下表所示。若建筑物的耐火极限低于这一时间，则有可能在火灾扑灭前被烧坏，使防护区的密闭性受到破坏，造成灭火剂流失而导致灭火失败。

为了防止保护区外发生的火灾蔓延到防护区内，防护区的围护结构及门窗的耐火极限不应低于O.BOh ,吊顶内不低于O.25h e防护区应为密闭形式，如必须开口时，应设置自动关闭装置，开口面积不应大于防护区总表面积的3% ,且开口不应设在底面。

在一个密闭的防护区内迅速施放入大量的气体灭火剂时，空间内的压强将会迅速增加。如果防护区建筑构件不能承受这个压强，则会被破坏，并造成灭火失败。因此, 必须规定其最低耐压强度。据美国提供的试验资料，建筑物最高允许压强，轻型建筑为1200 Pa ,标准建筑为2400 Pa,拱顶建筑为4800 Pa e全密闭的防护区应设置泄压口。为防止灭火剂从泄压口流失，泄压口底部距室内地面高度不应小于室内净高的2/3。

对三氟甲烷灭火系统，泄压口的面积按下式计算，即

A = 0.0872 华

y[P

式中：A为泄压口面积.m?; P为防护区围护结构的允许压强，Pa; 为喷射速率，kg Kg/s。

大多数全淹没系统的防护区都不是完全密闭的。有门、窗健隙的防护区，一般都不需要开泄压口，因灭火剂能通过门、窗缝隙泄压，从而不致于使室内压力过高。此外，巳设有防爆泄压口的防护区，也不需要再开泄压口。

2、管网布置

三氟甲烷灭火系统，按其管网布置形式可分为均衡管网系统和非均衡管网系统。均衡管网系统具备以下条件：(1)从储存容器到每个喷头的管道长度应大于最长管道长度的90% (2 )从储存容器到每个喷头的管道长度应大于管道计算长度的90%(管道计算长度=实际管长+管件当量长度)；(3 )每个喷头的平均质量流量相等。不具备上述条件的管网系统为非均衡管网系统。

对于】体灭火系统，管道宜布置成均衡系统。均衡系统特点是:

(1) 有利于灭火剂释放后的均化，使防护区各部分空间能迅速达到浓度要求。

(2 )管网对称布置能简化管网流体计算和管道剩余量的计算，但这并不意味着不能采用非均衡系统。

在非均衡系统中，准确计算和选择喷头孔径是很重要的。在美国和英国的规范中均提出：

在非均衡系统中，重要的是每个喷头应选用合适的孔径，以利于在计算确定的最终端压力下，

产生出规定的流量速率。

三、系统的设计与计算

全淹没系统包括三个部分:贮存容器、管道及喷头。

系统设计计算的任务是:确定贮存容器的个数、充装比，各管段、管径和喷头的孔口面积。

系统设计计算必须达到的目标是:整个系统应在规定的时间内，将需要的灭火剂用量施放