IG541气体灭火系统设计

摘要：本文通过对IG541灭火系统设计计算研究现状分析，提出了IG541管网动态设计计算方法，值得同行参考。

关键词：管网计算，水力计算，孔板设计，

中图分类号： TU996.7+2 文献标识码： A 文章编号：

IG541灭火系统设计计算研究现状

1G541灭火系统是由美国安素(Ansul)公司率先推出的灭火产品。目前普遍认为，安素公司的设计计算软件进行IG541的工程设计比较可靠。

IG541系统自从引进中国以来，作为该系统核心技术的管网设计计算方法，成为众多消防企业、消防研究所、消防管理部门的攻关目标。已有众多消防企事业单位投入了相当多的人力和物力对IG541系统工程设计计算进行研究。

目前关于IG541系统的设计计算多是沿用传统气体灭火系统的设计计算方法，区别尽在于管道的压力损失计算上，因此管道压力损失计算方法的研究是该领域的研究热点。

很多从事消防工作的人士认为，IG541气体灭火系统的水力计算与目前成熟的气体灭火系统水力计算最大的不同是管网的压力损失计算方法不同，其它各步骤相同，认为只要解决了管道的压力衰减的计算这一难题，IGS41系统的设计计算的问题就可以解。这种观念是不对的，要根据1GS41系统自身的特点，参考其它气体灭火系统的设计计算方法，研究其设计计算方法，而不能照搬其它气体灭火系统的设计计算方法。

IG541管网动态设计计算方法

1G541系统在喷放气体过程可以分以下三个阶段：(1)瓶头阀打开到灭火剂充满管网并且所有喷嘴开始喷射灭火剂；(2)各喷嘴开始喷射灭火剂到保护空间达到95%的设计浓度。(3)保护空间达到95%的设计浓度后，钢瓶内剩余灭火药剂喷放。

管网的设计计算主要针对第二阶段内各管道内气体压力和流量的变化规律进行探讨。

1、灭火剂需求量的计算

IG541气体灭火系统最小灭火设计浓度是37.5%,最高设计浓度是42.8%。这个设计浓度范围值实际上是针对有人工作的场所。但对于无人工作的场合，根据需要，IG541气体灭火系统的设计浓度实际上是可以超出上述的数值，最小设计浓度是针对保护区域的预期最低环境沮度而定的。

由于防护区并不是密封的，带有卸压口，所以在计算灭火剂用量时，存在三种不同的算法:(1)先混合后泄漏，这种计算方法是假设IG541气体喷射完成后，才开始从卸压口泄漏气体:(2)边混合边泄漏，从卸压口出去的气体是空气与，IG541气体不是按一定的比例混合的，而是逐渐增大:(3)先泄漏后混合，这种是假设从卸压口出去的气体就是空气。按第一种方法计算出的灭火剂用量是偏大的，是一种比较保守的计算方法，而第三种方法则正好相反，第二种假设模型比较精确。

目前通用的1G541气体灭火系统灭火药剂的计算方法是采用边混合边泄漏的模型，其灭火剂需求计算公式为：

式中： K一大气压力校正系数;

V一防护区总容积;

C一灭火剂设计浓度乘以100所得的值。

S一1G541气体比容。

2、卸压口的计算

卸压口面积是该防护区采用的灭火剂喷放速率及防护区围护结构承受内压的允许压强的函数。喷放速率小，允许压强大，则卸压口面积小:反之，则要求卸压口面积大。

式中：A一卸压面积；

Qave一单个防护区内1G541的最高喷放速率；

Pmax一防护区围护结构承受内压的允许压强。

减压孔板设计计算

图1 减压孔板附近的流速和压力分布

假设管道为收缩型管道时，气流在最小截面处达到音速。当气流在到达最小截面处为亚音速流动，则随着面积的减小，流速增大，在最小截面处，流速达到最大值，在一定的条件下，该最大值可以达到音速。当在气流达到最小截面前为超音速流动，则随着截面积减小，流速减小，在最下截面处减到最小值，这个最小值也可能是音速。

IG541气体从储气钢瓶喷出，流经集流管到减压孔板，再经管道喷放到各防护区。在经减压孔板喷出这一过程中，可以看作是各钢瓶和集流管组成一个大的高压容器，从减压孔板这一开口向外喷放气体。基于上分析，通过孔板处的流里Q.可以表示为：

式中：c一当地声速；

A一孔口面积；

Ρ*一临界密度。

1G541气体同时从所有储存钢瓶中喷出到集流管，在经减压孔板流向管网的主干管道。将储气瓶和集流管看成一个容器。IG541气体喷放速度比较快，气体来不及与管道进行热交换，一般认为，这一过程为绝热过程，可得：

由上式就可以求出孔口面积，进而求出减压孔板的开口孔径。

管径的设计计算

在进行IG541灭火系统管网的设计计算时，通常各管道的长度根据工程的实际来确定，各管道的质量流量也是根据各喷嘴的需要喷出的灭火剂里和喷射时间来逐一确定的。因此要保证IG541气体以确定的流量流过确定的管长，不发生因管长带来的摩擦阻塞，就必须通过对管进管径D的调解来对入口流速进行控制，使实际管长小于最大管长.在气体流量一定的情况下，管径越大，流速越小，马赫数越小，所允许的最大管长辐越大，反之，管径越小，所允许的最大管长越小。

管网压力损失的计算

管网的压力损失计算是整个设计计算的基础。通常管网的布置由工程现场决定，将管网中IG541气体流且发生变化或压力发生很大变化的节点标上编号，离孔板最远的一个储气钢瓶出口处设节点编号1,管道中各弯头、三通管、气体控制阀等配件的压力损失计算都等效为当最直管长度损失。

对于某一时间步长内，先计算出钢瓶的出口气体压力，然后计算出系统主干管道的流量，对减压孔板前的各管道进行压力损失计算，计算出孔板前的压力。由管道压力损失计算公式，利用程序依次对管网中每根管道进行压力损失计算，可以求出孔板下游管网每个节点的压力和密度，即上一管道的末端节点的压力和密度是下一段管道的初始节点的压力和密度。

6、管网系统的流量压力特性

为了进行准确的设计计算，需建立管网压力与流量的关系，即钢瓶出口处压力对应的系统的总的流量的关系。由于系统中使用了节流减压孔板作为减压装置，减压节流孔板在工业上可用作流盆计，通过侧得孔板前后的压差及孔板孔径与管道管径之比来求得经过孔板的流量，计算公式如下：

式中：β一减压孔板的直径比；C一流出系数；

由管道压力损失计算公式，运用迭代计算的算法，通过编程，依次计算各管道的压力损失，进而可求出各节点的气体的压力，流速，密度等参数。

由于篇幅有限，有关喷嘴孔径的设计计算和喷放时间的计算不能在此一一赘述。

结论

本文重点阐述了IG541气体灭火系统动态的设计计算方法，探讨了管网压力流且特性关系的算法，以此进行管网的水力计算。探讨出了减压孔板和喷嘴孔板孔径的设计计算方法，研究出了建立管网系统压力流量特性的方法以及管网压力损失计算的方法。

参考文献

【1】吴常军.孔板的减压原理及孔径计算的探讨.安徽建筑，2001.2: 47-50

【2】田如漪.气体消防技术.北京:中国建筑工业出版社，1996