IG541惰性气体灭火系统喷放管网压力分析

刘天翔

摘要：GB50370—2005《气体灭火系统设计规范》中给出了压力计算方法，但管网的计算喷放压力与实际喷放压力之间存在一定差异，而差异的大小是需要研究验证的，根据这样的研究目的，搭建了试验保护区，对试验设备及管网进行了压力监测，给出了压力计算数据和实际监测数据。并对GB50263—2007《气体灭火系统施工及验收规范》附录E.3章节的模拟喷气试验管网压力进行了推理。

关键词：消防；IG541气体灭火系统；减压孔板；喷放时间

中图分类号：X913.4      文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2024）03-0034-05

GB50370—2005《气体灭火系统设计规范》[1]中IG541惰性气体灭火系统，采用一级充压（15.0MPa）时，要求系统喷头喷放压力不小于2.0MPa（绝对压力）。其喷放过程中点压力—瓶组压力、减压孔板前后压力、喷头压力等各节点进行计算和试验；依据试验数据对模拟喷气试验时压力值进行推理。

1 试验区及灭火系统构建

气体灭火保护区按照GB50370—2005《气体灭火系统设计规范》设计一套测试用IG541惰性气体灭火系统。保护区的空间尺寸为12.08m×5.99m×4.4m≈318m3，灭火系统采用一级充压（15.0MPa）IG541惰性气体灭火系统，灭火剂储瓶规格为82L，计算储瓶数为13瓶。图1为灭火系统管网平面布置图，图2为灭火系统管网示意图。保护区系统管网部分输入参数见表1。

2 项目来源以及相关要求

本试验项目实验地点为某消防器材股份有限公司实验室（国家CNAS认证实验室），所用于测试的IG541惰性气体灭火装置、管网及喷嘴布置根据灭火系统设计图进行设置。

具体试验测试要求：B类火灭火试验，要求按照GB25972—2010《气体灭火系统及部件》[2]附录C.5方法进行试验，满足GB25972—2010附录C.4要求。

3 项目实施顺序及安排

B类火灭火试验标准模型为搭建试验空间中心位置设置架空的油盘火。

试验空间内顶板和吊顶下安装感温探测器4只及感烟探测器2只，并和火灾报警控制器连接，当试验空间内点燃试验油盘，试验空间中的温度和烟浓度先后迅速上升，感温感烟探测器响应，控制器接到探测器火灾信号后，确认火灾发生后，启动灭火系统装置开始喷射灭火剂。整个灭火过程为探测、逻辑判断、确认、启动、释放的整体联动过程，符合GB50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》[3]的灭火控制联动要求。

4 试验内容

B类火灭火试验（参照GB25972—2010《气体灭火系统及部件》中附录C.5的方法）。

4.1  试验准备

4.1.1  试验空间

模拟通信机房长×宽×高＝12.08m×5.99m×

4.4m≈318m3，高度包括吊顶上1.4m、吊顶下3.0m。

試验空间吊顶下部分在2.3m以上的外墙，设有泄压口（ZXYWN10），吊顶上部分在4.1m以上的外墙，设有泄压口（ZXYWN05）。

4.1.2  灭火系统

灭火系统装置由某消防科技有限公司制造提供。

灭火剂喷放量按实际试验空间B类油盘火灾、设计浓度37.5%计算，并考虑试验空间的实际泄漏和灭火剂瓶组内剩余量。实际灭火时间以系统设计计算书提供的数据作为考核指标。

4.1.3  喷嘴布置

试验空间内吊顶上安装喷嘴2只，吊顶下安装喷嘴2只。

4.1.4  灭火系统布置和试验空间情况

灭火装置布置和试验空间的情况，参见图1灭火系统管网平面布置图、图2灭火管网示意图、图3灭火控制设备布置和试验空间示意图。

4.1.5  压力测量

根据试验需要测量灭火剂喷射时喷嘴前端的压力，吊顶上和吊顶下各取一处喷嘴；灭火剂储瓶瓶阀处设置压力监测装置；上述压力监测点均需连续测量。

4.1.6  试验燃料

燃料油为正庚烷。

4.2  试验模型

试验空间油盘为正方形，面积0.25m2±0.02m2，高度100mm，油盘壁厚6mm，底部距地面600mm。油盘布置位置见图4。

4.3  试验步骤

试验空间油盘内加入12.5L正庚烷，油盘底部垫水，液面距油盘上沿50mm，开启氧浓度分析仪和测温仪表，使之处于正常工作状态。

将灭火控制盘设置为手动状态，连接灭火控制盘和电磁阀，点燃试验空间及地板下油盘及实验罐，关闭试验空间门窗，然后将灭火控制盘设置为自动状态，预燃30s，系统采取自动启动，控制器接到探测器报警后确认后，发出启动信号，经延时后，灭火系统启动，喷放灭火剂实施灭火。

4.4  记录数据

试验记录：灭火系统喷射延迟时间和喷射时间，各监测点压力；灭火时间；释放到试验空间内的灭火剂总量。

5 系统管网压力计算

5.1  保护区参数及计算结果如下：

保护区形状为规则：长12.08m，宽5.99m，高4.4m，容积318m3。

IG541惰性气体灭火系统设计依据GB50370—2005《气体灭火系统设计规范》中关于IG541灭火系统设计章节。

系统设计压力15MPa。

喷放时间52s，保护区海拔高度约等于0m，管网计算段数为11。

设计温度20℃，校核温度20℃。

设计灭火浓度37.5%，校核灭火浓度38.83%，喷放后浓度小于等于43%，符合有人滞留场所的设计浓度。

设计用量212.22kg，灭火剂重量225.0859kg，储存用量225.0859kg。

灭火剂储瓶容积82L，储瓶数13只，系统管网容积约为172L，储瓶总容积1066L。

该保护区泄压口面积0.12m2。

减压孔板减压值2.25MPa，减压孔板减压比0.5965993，减压孔板通径DN65，减压孔板内孔直径23.1mm。

5.2  系统管网计算结果

系统管网计算结果（第一部分）见表2，系统管网计算结果（第二部分）见表3。

6 管道压力监测数据及分析

灭火剂储瓶压力监控曲线见图5，管网管道压力监控曲线见图6。

过程中点压力在灭火剂储瓶释放50%时，即当钢瓶压力为充装压力的50%时，从喷放曲线上看，是灭火剂储瓶喷放第10s左右时，由上图的压力读取，各点的压力值与计算书的压力是基本相符的，误差在10%范围内。

7 模拟喷气试验压力变化情况推理

按照GB50263—2007《气体灭火系统施工及验收规范》[4]E.3条款中“E.3.1模拟喷气试验的条件应符合下列规定：1IG541混合气体灭火系统及高压二氧化碳灭火系统应采用其充装的灭火剂进行模拟喷气试验。试验采用的储存容器数应为选定试验的防护区或保护对象设计用量所需容器总数的5%，且不得少于1个。4 模拟喷气试验宜采用自动启动方式。”

本试验保护区模拟喷气试验采用该保护区的设计灭火剂储瓶数的5%，且不少于1瓶作为试验钢瓶，按照上例的系统来计算，13×5%＝0.65瓶，取1瓶。

按照1瓶灭火剂在原有的管网系统进行压力计算，其各点的压力为全量喷放计算书的压力值的10%～20%，减压孔板后管道过程中点压力约为0.65MPa，喷头入口处过程中点压力约为0.3MPa，最大峰值约为1.5MPa。

8 结束语

在压力计算和实际测试中，气体灭火管网系统峰值压力及过程中点压力与系统设计管道大小、设计喷放时间长短有关，即当设计流量变化时，其各点的压力也会随之变化。对于一级充压IG541气体灭火系统的减压孔板后管道各点过程中点压力（计算压力）均不应大于3.7MPa，其实际喷放瞬时峰值压力也会在7MPa以下。对于模拟喷气试验来说，其各点峰值压力和过程中点压力均会小于设计计算值。

参考文献

[1]GB 50370—2005 氣体灭火系统设计规范[S].

[2]GB 25972—2010 气体灭火系统及部件[S].

[3]GB 50116—2013 火灾自动报警系统设计规范[S].

[4]GB 50263—2007 气体灭火系统施工及验收规范[S].