宋旭東
公安部天津消防科學研究所，天津　300381

　　摘要：簡述了干粉滅火系統是鹵代烷滅火系統的一種良好替代系統，干粉滅火技術是可信賴的滅火技術，概述了干粉滅火系統的組成，指出了生產廠家應提供給用戶的必要圖表，提出了工程應用設計計算方法。
　　關鍵詞：消防、消防設備、干粉系統、干粉、滅火系統
　　中圖分類號：TU998.1
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009-2455(2000)03-0030-04

Application of Dry-Powder Extinguishing System
SONG Xu-dong

　　Abstract：Dry-powder extinguishing system is a substitute system for haloalkane extinguishing system and is a trustable extinguishing technology．Components of the dry-powder extinguishing system are outlined with necessary charts to be supplied by producers to users pointed out and method for design calculations in engineering application proposed．
　　Key words：fire-fighting，fire-fighting equipment，dry-powder system，dry powder，extinguishine system

１　干粉滅火技術是可以信賴的滅火技術

　　干粉滅火技術是由干粉供應源借助輸送管路連接到固定噴咀上通過噴咀噴放干粉的滅火技術。它適用于撲救下列火災：滅火前可切斷氣源的氣體火災；液體火災和可熔化的固體火災；固體表面火災。干粉滅火系統所用干粉滅火劑，按其適應的火災類別，可分為BC干粉和ABC干粉，目前應用較多的是BC干粉，特別是碳酸氫鈉干粉。
　　干粉滅火系統，與水滅火系統、氣體滅火系統、泡沫滅火系統并列，是傳統的四大固定式滅火系統之一。干粉滅火技術開發于20世紀50年代前期，按其應用方式可分為全淹沒滅火系統和局部應用滅火系統。全淹沒滅火系統應用于撲救封閉空間內的火災，局部應用滅火系統應用于撲救不需封閉空間條件的具體保護對象（目的物）的非深位火災。因此，無論從開發時間看，還是從技術成熟性看，干粉滅火技術都是可以信賴的滅火技術。美國、前蘇聯和日本早已開發出完善的干粉滅火系統，并制定出標準規范，普及應用。

2　干粉滅火系統是鹵代烷滅火系統的一種良好替代系統

　　干粉滅火劑的滅火機理是化學抑制作用，通過惰化火焰中的活性自由基，實現斷鏈滅火，這比起物理窒息作用滅火表現出良好的滅火速率。試驗表明，干粉的滅火速率是鹵代烷的2.5倍，是二氧化碳的4倍，是泡沫的20倍，是水的40倍。
　　干粉滅火劑對大氣臭氧層沒有破壞作用，并且不受地理環境條件的限制，更適宜缺水和嚴寒地區選用。另外，干粉滅火劑的價格比較低，特別是碳酸氫鈉干粉，比鹵代烷滅火劑便宜得多，表現出良好的價格效率。
　　我國雖然也開發了干粉滅火系統，但是不夠完善，工程應用數據不全，不便于設計人員選用。再加沒有設計規范，影響了干粉滅火系統在我國的普及應用。此外，影響干粉滅火系統普及應用的，還有兩個障礙：其一是干粉滅火劑制造工藝中，對干粉吸潮結塊問題解決得不好，其二是干粉滅火系統中，干粉滅火劑輸送是采用氣力輸送，而粉體氣力輸送屬氣固二相流高科技，有一定難度。現在，干粉吸潮結塊問題已經解決，粉體氣力輸送問題可以解決，面臨鹵代烷滅火系統的替代系統選擇，應該考慮進一步開發干粉滅火系統。為了解決鹵代烷滅火系統的替代系統，美國又對其干粉滅火系統規范做了修訂，歐聯盟也在制定統一的干粉滅火系統標準規范，以便普及干粉滅火系統應用。我們縱使步人后塵，也比錯過良機好得多。希望消防設備制造廠家，認真考慮開發干粉滅火系統，它是鹵代烷滅火系統的一種良好替代系統。

3　干粉滅火系統概述

　　干粉滅火系統組成如圖1所示。其基本部件應包括：干粉儲罐（干粉儲存容器）、容器閥（總閥）、選擇閥（球閥）、管網、噴頭，載氣儲瓶（圖中氮氣儲瓶）、瓶頭閥、減壓閥、管道等。

　　載氣為干粉驅動氣體，可以用惰性氣體，如氮氣、氬氣、氦氣等，也可以用二氧化碳氣，目前應用較多的是氮氣和二氧化碳氣。平時，載氣儲存于載氣儲瓶中，滅火時，打開瓶頭閥，經減壓閥減壓到干粉輸送壓力，通過管道送入干粉儲罐。
　　干粉儲罐內由載氣增壓（增壓時間一般不超過20s）到輸送壓力、打開容器閥，輸出干粉與載氣固氣二相流，固氣二相流經選擇閥—管道—噴頭，噴向防護區或具體保護對象。
　　設干粉輸送壓力為P_y（P_y≤2.5 MPa），管網起點（容器閥出口處）壓力為P_o，那么，對干粉儲罐來講，P_y就是它的輸入壓力，也是其工作壓力；P_o就是它的輸出壓力，也是管網起點壓力。干粉儲罐釋放過程中，將會有內阻壓力損失：△P_y＝P_y－P_o，這種損失是將干粉由靜態加速到動態和克服虹吸管對固氣二相流的阻力而付出的能量損失，其壓力損失大小與P_y有關，與罐內結構有關，與輸出流量Q_o有關，它是干粉儲罐的內阻特性。因此，設備制造廠家應給出類似直流電源的內阻特性曲線（輸出特性曲線）：P_o＝f（Q_o）。
　　固氣二相流的粉氣比μ，隨輸送壓力和干粉儲罐內部結構的不同而不同。μ值不但影響著不同管徑單位管道長度的壓力損失△P/m值，而且決定著載氣用量。因此，設備制造廠家也應給出設備的μ值、管道附件的當量長度數值表和不同管徑單位管道長度壓力損失曲線：△P/m＝f（μ，D，Q）。
　　噴頭分全淹沒噴頭和局部應用噴頭。全淹沒噴頭的應用參數主要是噴頭入口壓力P_T和噴頭流量Q_i；局部應用噴頭的應用參數，除P_T和Q_i外，又增加了噴頭保護面積AT。噴頭保護面積為：在使油盤桿弦高（液面至緣口距離）150 ｍｍ盤內正庚烷或符合GB489規定的70^#汽油不產生飛濺的條件下，能在20s內滅火的面積，對應的噴頭流量就是它的Q_i值。架空型噴頭的保護面積隨安裝高度的不同而不同，槽邊型噴頭的保護面積隨噴頭的流量不同而不同。因此，設備制造廠家還應給出噴頭特性曲線。
　　國內少有的干粉滅火系統制造廠家目前均沒提供出以上圖表，無疑影響了其設備的推廣應用和自身的經濟效益。

4　干粉滅火系統設計計算

　　干粉滅火系統設計計算可按下述步驟進行。
4.1　干粉滅火劑設計用量計算
4.1.1　對全淹沒系統計算
　　
　　式中?M—干粉滅火劑設計用量，kg；
　　　　　K₁—全淹沒系數，kg/m³；對碳酸氫鈉干粉取0.65 kg/m³；
　　　　　V—防護區凈容積，m³；
　　　　　V_V—防護區容積，m³；
　　　　　V_G—防護區內不燃燒體和難燃燒體的總體積，m³；
　　　　　V_Z—不能切斷的通風系統的附加體積，m³；
　　　　　Q_Z—通風系統流量，m³/s；
　　　　　t—噴放時間，s；取30s；
　　　　　K_2i—開口補償系數，kg／m²；
　　　　　A_V—防護區的內側面、底面、頂面?包括其中的開口?的總內表面積，m²；
　　　　　A_oi—開口面積，m²。
4.1.2　對局部應用系統面積法計算
　　M＝Q_i·N·t　　?（4）
　　式中：Q_i—單個噴頭干粉流量，kg/s；
　　　　　N—噴頭數量。
　　噴頭數量應根據單個噴頭保護面積和使保護對象計算面積內不留空的原則確定。
4.1.3　對局部應用系統體積法計算
　　M＝V₁·q_v·t　　　　　　　　　　　(5)
　　V₁＝(a+3)(b+3)(h+1.5)　　　　　　(6)
　　q_v＝1.2-(0.2A_p/A_w)　　　　　　　 (7)
　　A_w＝[(a+3)+(b+3)](h+1.5)·2 　　 (2)
　　式中?V₁—具體保護對象計算體積，m³；
　　　　　q_v—局部應用噴射強度，kg/（s·m³）；
　　　　　A_w—圍封面積，m2；
　　　　　A_p—圍封結構中存在的實體圍封面面積，m²；
　　　　　a、b、h—分別為具體保護對象的長、寬、高，m。
4.2　管道流量依干管流量按對稱分配計算，干管干粉流量計算
　　Q₀＝M/t ?　　　　　　(9)
　　式中：Q₀—干管干粉流量，kg/s。
4.3　管道內徑可按下式確定：
?　D＝K_d·Ｑ^0.5　　　　?。?0）
　　式中?D—管道內徑，ｍｍ；
　　　　　K_d—管徑系數，取值范圍（因μ值而異）10～22；
　　　　　Q—管道干粉流量，kg/s。
4.4　管道計算長度計算
　　L＝L_y＋L_i ?(11)
　　L_i＝F(D)?(12)
　　式中:?L—管道計算長度，m；
　　　　　L_y—管道實際長度，m；
　　　　　L_i—管道附件當量長度，m。
4.5　均衡管網對稱度計算
　　S＝（L_max－L_min）/L_min　　　(13)
　　式中?Ｓ—管網對稱度；
　　　　　L_max—對稱管網中管道計算長度的最大值，m；
　　　　　L_min—對稱管網中管道計算長度的最小值，m。
　　計算結果應滿足 S≤5％的條件，否則應調整管網布局。
4.6　管道節點壓力計算
　　P_J＝P_J-1-L·(ΔP/m)-9.81×10^-6·ρ_H·L_γ·sinγ　　(|γ|≤90°)　　　　(14)
　　ΔP/m＝F（μ，D，Q）
　　
　　P₀=f(Q₀)　　　　　　　(16)
式中?P_J—第ｉ段管道末端的節點壓力，MPa；
　　　　　P_J-1—第ｉ段管道首端的節點壓力，MPa；
　　　　　ΔP/m—管道單位長度壓力損失，MPa／m；
　　　　　ρ_H—固氣二相流密度，kg/m³；
　　　　　γ—管道流向與水平面所成的角，（°）；水平以上取正值，水平面以下取負值；
　　　　　ρ_H—干粉密度，kg/m³；
　　　　　μ—粉氣比；
　　　　　ρ_g—常態載氣密度，kg/m³。
　　計算所得噴頭入口壓力應滿足公式（17），否則應返回本文中的4.3節。
　　P_T≥min（P_T）? ?（17）
　　式中?P_T—噴頭入口壓力，MPa；
　　min(PT)—噴頭入口壓力最小值，MPa，可取0.1 MPa。
4.7　噴頭孔口面積計算
　　F＝Q_i/J ?　?。?8）
　　J＝f(P_T)? ?（19）
　　式中?F—噴頭孔口面積，mm²；
　　　　　J—噴頭孔口單位面積的干粉流量，kg/(s·mm²）。
　　噴頭規格依據噴頭孔口面積選取系列值。
　　如果產品樣本中對每個噴頭都給出Q_i－P_T曲線，那么可不求取F值，直接由曲線選定噴頭規格。
4.8　干粉滅火劑儲存量計算
　　M_c＝M＋M_s ?（20）
　　式中?M_c—干粉滅火劑儲存量，kg；
　　　　　M_s—干粉儲罐內干粉剩余量，kg。
4.9　載氣設計用量計算
　　M_g＝M/μ+M_gr　　　　　　　　　(21)
　　M_gr＝V_c·ρ_g(10P_γ+1)　　　　(22)
　　式中?M_g—載氣設計用量，kg；
　　　　　M_gr—干粉儲罐內載氣剩余量，kg；
　　　　　V_c—干粉儲罐容積，m³。
4.10　載氣儲瓶數量計算
4.10.1　采用氮氣時儲瓶數量計算
　　N_p＝M_g/[V₀·ρ_g(P_c-P_y)10]　　(P_c≤15MPa)　　　　　(23)
4.10.2　采用二氧化碳時儲瓶數量計算
　　N_p＝M_g/{V_0[α-ρ_g(10P_y+1)]}　　　　　　(24)
　　式中?N_p—載氣儲瓶數量；
　　　　　V₀—載氣儲瓶容積，m³；
　　　　　P_c—氮氣充裝壓力，MPa；
　　　　　_α—二氧化碳充裝系數，kg/m³。
4.11　防護區泄壓口面積計算
　　
　　式中?A_x—防護區泄壓口面積，m²；
　　　　　P_x—防護區圍護結構允許壓強，Pa；
　　　　　v_H—防護區內干粉、載氣和空氣的混合物平均比容，m³/kg；
　　　　　ρ_air—空氣密度，kg/m³；
　　　　　C_H—防護區內干粉載氣混合物的體積含量。

5　結束語

　　本文旨在拋磚引玉，為制訂規范收集信息。但愿此磚能激起浪花無限，得到消防設備生產、設計、應用等單位的熱烈響應，從而使傳統的干粉滅火系統不再被冷落，為防災發揮應有作用。歡迎廣開言路，糾正錯誤。

作者簡介
　　宋旭東（1944－?。?，男，副研究員。