超细干粉灭火系统管网灭火系统的设计

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1、超细干粉灭火系统管网灭火系统的设计王海燕陈仕林（1.湖北省消防总队，湖北武汉430070 2、武汉绿色消防器材有限公司430074）摘要：针对超细干粉灭火系统在缺少相应规范的情况下，提出了超细干粉灭火系统在设计应用中存在的一 些疑问，并就相关问题作相应的探讨。关键词：超细干粉、灭火系统、防护区、全淹没灭火、局部应用灭火；一、前言超细干粉灭火剂是一种性能良好、应用广泛的新型灭火剂，超细灭火粒子由于比表面 积大，活性高，受热分解速度快，捕获自由基能力强，故灭火效能急剧提高，粉体能在空气 中悬浮数分钟，形成相对稳定的冷气溶胶，所以，不仅灭火效能很高，且使用方法也完全不 同于一般传统干粉灭火剂，超细干

2、粉灭火剂可以长时间悬浮，它能类似气体释放并能绕过障 碍物，散布到各个角落，在相对封闭的空间实现全淹没式灭火。并因灭火时粉体沉降后的物 理覆盖特点，又能实现大空间内（或开放场所）局部淹没方式灭火。使干粉灭火得到技术拓 宽应用。广泛应用于各种场所扑救A、B、C、E、F类火灾。D类超细干粉灭火剂可用于扑 救D类火灾。超细干粉灭火技术已成为我国消防行业的一枝奇葩，自2001年由武汉绿色消防器材有 限公司首家开发成功后，经过十多年的发展，已经在全国范围内广泛推广应用，超细干粉灭 火设备主要以无管网灭火装置为主，近两年，以武汉绿色消防器材有限公司为代表的部分企 业研制出超细干粉有管网灭火系统，并已在多个行

3、业投入使用，在实际应用中，我们发现超 细干粉有管网灭火系统的设计施工缺少规范可依，虽然国内大多数省份都有超细干粉灭火方 面的标准或规范，如湖北省的超细干粉无管网灭火系统设计、施工及验收标准、江苏省 的超细干粉灭火系统设计、安装及验收规程、陕西省的固定式燃气型超音速干粉灭火 系统设计、施工及验收规范等，以及即将颁布的中国工程建设标准化协会标准干粉灭火 装置技术规程均为超细干粉无管网灭火系统的标准，目前仅山东省颁布的超细干粉灭火 系统设计、施工及验收规范中对有管网系统加入了部分要求和计算方法，为众多的超细干 粉生产企业及设计部门提供了设计参考，但因为超细干粉是新产品，很多数据需要经过实践 进行验证

4、，从一定意义上讲，该规范对有管网部分的条文基本上是复制GB50347干粉灭火 系统设计规范中的相关内容，还不能完全适用于超细干粉灭火系统，据悉，GB50347干 粉灭火系统设计规范在修订中，其中准备加入超细干粉灭火的内容，但标准的正式颁布还 有待时日，本文在总结实践工作中的经验及遇到过的问题和困惑的基础上，将具有代表性的 一些问题和处理方法进行探讨，谨供各位参考。二、防护区围护结构的泄压口和允许压强问题目前，超细干粉灭火系统是套用GB50347干粉灭火系统设计规范，虽然超细干粉和 普通干粉都属于固体灭火剂，但由于超细干粉的特点更接近气体灭火剂（超细干粉称为冷气 溶胶，热气溶胶执行的是气体灭火标

5、准），山东）B37/T 1317 2009超细干粉灭火系统设 计、施工及验收规范是目前唯一对超细干粉管网灭火系统有详细要求的地方标准，这两个 在用的国家标准和地方规范中，对于防护区围护结构的允许压强和泄压口给出了简单且严格 的规定(DB37/T 1317 2009)：“全淹没灭火系统的防护区，应符合下列规定：a)喷 放超细干粉灭火剂时防护区不能自动关闭的开口，其总面积不应大于该防护区总内表面积的 15%,且开口不应设在底面。 防护区的围护结构及门、窗的耐火极限不应低于).50h。吊顶 的耐火极限不应低于0.25h。围护围护结构及门、窗的允许压强不宜小于1200Pa。d)防护 区的通风机，在喷放

6、超细干粉灭火剂前应自动关闭。防护区应设置泄压口，并宜设在外墙上，其高度应大于防护区净高的2/3。当防护区设 有防爆泄压孔时，可不单独设置泄压口。泄压口的面积，可按下列公式计算：A = Q T/(mm )31.17m /(Tp ) +6.42x10 J式中：0 xg fA泄压口面积(mJ；xQ0干管的超细干粉输送速率(kg/s)；T防护区常态下环境的绝对温度(K)；m驱动气体的摩尔质量(g/mol)；mm 驱动气体设计用量(kg)；gp 防护区围护结构的允许压力(Pa),按1200Pa取值；xP 超细干粉灭火剂松密度(kg/L)，按0.5婕/L取值；”根据上述规定，我们认为存在以下问题：1、泄压

7、口面积的计算方法在围护结构的耐压强度和泄压口问题上，我们考虑所设置的泄压口必须正好满足在 灭火剂喷放时的最大内压不超过围护结构中最薄弱构件的承压能力，但围护结构中最薄弱环 节的承压能力和超细干粉灭火剂喷放时的最大内压在实际应用中都是很难确定或判断的，为 了确保围护结构在超细干粉灭火剂喷放时的安全，我们需要按照较小的允许压强标准来计算 泄压口面积，或设置能够按照内压自动调节泄压面积的泄压口，或在围护结构上设置承压能 力低于原整个围护结构中最薄弱构件的预制薄弱构件。这里需要提醒的是，很多超细干粉灭火系统地方标准中都没有涉及泄压口的问题，如 湖北省DB42/294-2004超细干粉无管网灭火系统设计

8、、施工及验收标准中就没有规定泄 压口的设置，其条文说明中解释：“本款关于防护区的门窗及围护构件的允许压强的规定， 等效采用了国内气体灭火系统设计规范的数据。超细干粉全淹没自动灭火系统内的灭火剂用 氮气驱动喷射，根据气固比和实际使用情况的计算，灭火剂完全释放后，防护区内的压强增 加值一般低于320Pa，压强远远低于国家气体灭火系统设计规范的数据要求，因此本标准没 有要求对封闭空间设泄压口的规定。”事实上，在后来我们所做的多次灭火试验中，发生过 窗户玻璃被整块推出或破碎的情况(主要是在柜式超细干粉灭火装置的喷射试验时发生)， 这说明，无管网超细干粉灭火装置需要设置泄压口，管网超细干粉灭火系统更加需

9、要，并证 实了前面所提到的需要按照较小的允许压强标准来计算泄压口面积的说法。从GB50347及DB37/T 13172009两个标准的泄压口计算公式可见，泄压口的计算面 积在围护结构的允许压强给定的情况下已经考虑了温度等因素。从我们平时所做的试验中可 以看到，我们在有燃烧与没有燃烧、燃烧火势强与火势弱的不同条件下喷放超细干粉灭火剂 时，封闭空间的内压是完全不同的。这说明防护区在喷放超细干粉灭火剂时的内压，不仅与 超细干粉灭火剂喷放速率有关，还与喷放超细干粉灭火剂时内部的温度有很大关系，因此， 在泄压口的计算中考虑温度的因素是必要的。但是，决定防护区内部温度的因素是很多的， 至少包括：防护区内可

10、燃物质的性质、数量和形状、防护区的容积、火灾燃烧的时间等，我 们给出温度与泄压口面积的关系并不难，但要准确计算出防护区内部温度却是不可能的。因 此，我们需要在规范中给出对于不同场合或情况下的温度修正系数。2、关于围护结构允许压强大于1200Pa标准的认定。在一般情况下，我们总是注重究竟什么样的围护结构材料能够满足允许压强大于1200Pa 的标准，或已被使用的某种材料究竟能否满足允许压强大于1200Pa的标准。也就是说，此项 规定使我们更多地从材料的角度去考虑围护结构的耐压强度问题，而事实上，任何防护区的 围护结构都是由若干种材料、性能不相同的构件（如墙裙、玻璃窗、门等）组合而成的。某 一构件从

11、材料上讲，或许能够达到1200Pa以上的耐压强度标准，但对于该构件整体而言，却 可能无法承受在1200Pa下的总载荷，而且构件的面积越大，其单位面积能够承受的载荷就越 低。以平板玻璃为例，在小面积下，即使只有1mm的厚度，其单位面积承受压力的能力也会 远大于1200Pa，但如果是大面积的玻璃，恐怕再厚的玻璃也达不到同样的能力。同时，整个 玻璃构件的固定、连接方式能否确保其整体的承载能力仍然是未知数（在我们的灭火试验中， 就发生过整个窗户被推倒的情况，查其原因，是因为玻璃窗四周固定不牢固）。因此，围护结构的耐压性能不仅仅是指单位面积围护结构材料的承压能力，更重要的是 指整个围护结构中性能相同或相

12、近的构件整体（如包含门框在内的整扇门、包含窗框在内的 整扇窗、包含龙骨架和玻璃在内的整幅隔断等）在内压下承受总载荷的能力。这种能力不仅 与组成构件的各种材料的允许压强有关,更与构件的整体面积、构件中各种材料的连接方式、 构件与围护结构主体的连接强度等因素有关。在多数情况下，后者才是围护结构耐压性能的 决定因素。三、防护区围护结构的密封性要求与保护容积的计算关系在工程实践中，有些设计出于对围护结构要求的误解，把本不满足围护结构要求的构 件或构造当作围护结构的一部分，或把原本不该分开的两个区域分成了两个防护区，比如， 在计算防护区容积时，有的设计不去计算防护区吊顶以上的部分；有些区域在吊顶以上或地

13、 板下的部分是完全贯通的，甚至，有些空间之间的隔断固定不牢固，经受不起超细干粉灭火 剂喷射时产生的压力而倒塌（两个防护区瞬间变为一个区了），而设计者仅凭中间部分有隔 断，就把它们划作为不同的防护区。这里出现的问题就是对于防护区围护结构密封性要求认 识错误或认识不清。事实上，防护区围护结构的密封性是保证在实施喷放超细干粉灭火剂灭火时，防护区 内的灭火剂必须达到和维持必要的浓度，实现有效灭火的必要条件。对于任何防护区来讲， 完全的密封有时是不可能做到的，为了避免内部超压，适当的开口泄漏也是必要的。但我们 需要避免的是过大的开口和把一些无法确保密封的结构作为围护结构使用（虽然在DB37/T 1317

14、 2009标准中列出了不密封度的补偿系数）。例如：常用的轻质或不加固定的吊顶在 超细干粉灭火剂喷放时会很容易被掀动，因此，不能作为围护结构使用。需要时，就应该将 其上部空间计为同一个防护区的容积。因此，防护区的围护结构应确保防护区的密封性，在无法防止超细干粉灭火剂在喷放 时过量扩散流失以至于影响灭火效果的的结构不应作为防护区的围护结构，实在无法避免 时，应采用加大灭火剂喷放量的方法（直接计算该部分空间的容积，而不是采用补偿方法）， 以达到弥补灭火剂流失的效果。四、根据防护区内可能发生火灾的强度及其可能的发展速度规定防护区的耐火极限在GB50347及DB37/T 1317 2009两个现有的国家

15、规范或地方标准中，关于超细干粉灭 火防护区的耐火极限要求过于简单：“防护区的围护结构及门、窗的耐火极限不应低于 0.50h。吊顶的耐火极限不应低于0.25h”。在实际应用中，我们所针对的情况却远不是这两句话所能够概括的。这是一个带有普遍 性的问题；在我们设计安装的所有灭火系统中（包括其它灭火系统），真正完全符合这条标 准的防护区是少数。我们常遇到的具体问题是：1用什么样的材料作为防护区隔断？2. 什么样的隔断能否满足防护区的要求？3. 是否要采用防火防爆玻璃？4. 是否所有的门要换成防火门？面对此类问题，如果严格按照规范要求，现实中有可能无法做到，这就是个尺度把握问 题，如果放宽的话，应该放宽

16、到什么程度，标准过于笼统；最终的结果往往是因人而异、因 地而异，全凭建设单位的具体负责人、设计院的设计人员、当地消防监督管理部门的审查人 员掌握尺度而定；给建设单位、设计单位、施工单位、监理单位、甚至消防监督管理部门带 来了很大的困惑。出现这样问题的根本原因是，规范在这一点上制定得过于笼统简单，也过于严格，无法 适应实际使用中各种可能的变化。笔者认为，在遇到这种情况时，可以根据防护区内的不同 情况对此作灵活处理；比如：防护区围护结构的耐火性能可根据防护区内可能发生火灾的强 度及其可能的发展速度决定，对于在短时间内容易发展至轰燃程度的火灾场所，其防护区围 护结构的耐火极限采用不低于0.5h的标准。并依据置于其内部的易燃可燃物质的数量和性 质决定，如这些物质即使被引燃，在实施超细干粉灭火前可预见的时间内不可能迅猛发展,