IG541灭火系统工程应用研究与系统设计.docVIP

IG541灭 IG541灭火系统工程应用研究与系统设计 西安西核卫士消防设备有限公司 王宏斌(工程师) 摘 要 解述系统工程应用研究的过程，提出系统工程设计的基本思路和方法。 关键词 IG541 洁净灭火剂 孔板 喷嘴 工程应用研究 系统设计 IG541气体灭火系统就是采用IG541(由氮气、氩气、二氧化碳等特定的惰性气体经过简 单的物理方式混合而成的洁净气体灭火剂)为灭火介质的一种新型的灭火系统，由于该系统 具有诸多优点，尤其是采用洁净灭火剂，所以自1994年该系统投入使用后，已在全球范围内 五大洲的数十个国家和地区得到了广泛应用，在我国也已经有多个工程项目采用，而且基本 以进1：2产品为主。由于该系统又有别于其他气体灭火系统，灭火剂以纯气态方式储存，灭火 剂的喷放过程属气体单相流，是一种可压缩气体流动，虽然产品硬件可以借鉴其他气体灭火 系统，但系统的工程设计，特别是管网流体计算，涉及大量的可压缩知识，国内国外在这方面 的现有资料也非常缺乏。在我国目前尚没有进行过系统的工程应用研究，为了寻求该系统设 计计算的数学理论模型，为了我国消防事业的发展，同时考虑产品开发的进度，我单位便与 在空气动力研究方面比较权威的西北工业大学航空动力与热力工程系703教研室进行了合 作。 第一篇系统工程应用研究 一、研究方案的确定 IG541灭火系统工程应用研究的目的是寻求系统工程应用设计的管网流体计算的数学 理论模型，把系统灭火剂喷放过程的动态问题静态化。这样就可以简化系统工程应用设计， 用一种比较简单的数学理论模型对该灭火系统进行工程设计计算，达到设计与实际工程应 用的情况相符合或比较接近。寻求这种理论模型的关键是对喷头和减压装置(孔板)流量特 性的测试，通过这两种主要系统部件的详细测试，便可以掌握系统灭火剂喷放过程的流动特 性，进而为系统工程应用的喷头与减压装置最佳组合选型提供依据，为用户提供一套可靠的 系统设计。 由于该系统灭火剂以高压(15MPa)气态方式储存。灭火剂喷放过程中在管道中的流动 属非定常流动，要了解此过程中的流体运动参数(如压力、密度、温度、速度、流量等)，必须采 取试验与气动学结合的方法，通过对压力和温度的实时测量，计算出密度、速度及流量等参 数。并且由于该过程变化快，传统的数据采集方法难以胜任，所以关于数据采集方面，我们 采用了高精度的动、静态压力传感器配以工业控制计算机进行数据的实时采集与控制系统。 在减压装置的减压特性试验中，采用阀前、后的管道截面中心位置处分别放置“皮托 管”，测定出该截面处的总压和静压，采用热电偶／电阻测量实验环境温度作为气瓶内的总 6番 温， 温，按照气动知识计算出质量流量，绘制出减压特性曲线；喷头试验亦采用“皮托管”测量总 压和静压，经计算整理得出喷头的流量特性曲线。 二、喷头特性测试试验 在IG541灭火系统管网设计中，需要对设计管网各部件的流体力学特性有清晰的了解。 喷头型号主要根据喷头的喷射压力与喷射流量的关系或喷射压力与比流量之间的关系等进 行确定，上述这些关系必须通过试验手段来获取。 1．测试原理 由气体动力学可知，对于完全气体，单一管路中任意流动截面，其流量都相等。因此流 量测定理论上可在管路任意截面上进行。 本实验采用“截面平均速度法”进行流量测定。该方法是在选定的流动截面上，按切贝 切夫法或线性法在布置的测点上测出各点的气流速度，取其平均值作为该截面的平均速度， 再乘以该截面面积，即可得到流量(体积流量)。在本次喷头流量测量中，由于管道流动截面 较小，故在喷头上游3D距离的管道截面上0．707R处，安装一个总压测针，在与总压测针孔 口平齐的管道壁面上沿径向对称开设两个静压测试孔，通过压力传感器测出该截面的平均 总压和平均静压，使用测温热电偶测量实验现场的大气温度作为气瓶内的总温。根据可压 缩气体的伯奴利方程求出该截面上的平均速度，再乘以该截面面积，即可求出该截面的平均 流量。喷头流量测量装置示意图如图1所示。 图1 喷头流量测试装置示意图 总、静压及总温测量采样由计算机自动完成，整个过程流程如下： Po一匮疆圃一匡互噩圈斗匾j囊圜一区趸噩噩匿捆一匿亟豳受函一 I数据处理、绘制曲线{ P一匮圃一医j互圈一匿j重圈一区丕矗豆匿盈一匿玉豳区云夏困一 I数据处理、绘制曲线l 65 T0斗 T0斗匦豆固斗医巫盈受圈啼匦垂重歪盈呻匮耍丕国 2．数据处理与测试结果 (1)总压、静压计算 Po袁压=(V总一Vo)×K传导 (1．1) P表压=(V静一Vo)×K传导 (1．2) Po=Po表压+PX气压