宋旭東
公安部天津消防科學(xué)研究所，天津　300381

　　摘要：簡述了干粉滅火系統(tǒng)是鹵代烷滅火系統(tǒng)的一種良好替代系統(tǒng)，干粉滅火技術(shù)是可信賴的滅火技術(shù)，概述了干粉滅火系統(tǒng)的組成，指出了生產(chǎn)廠家應(yīng)提供給用戶的必要圖表，提出了工程應(yīng)用設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
　　關(guān)鍵詞：消防、消防設(shè)備、干粉系統(tǒng)、干粉、滅火系統(tǒng)
　　中圖分類號：TU998.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)是可以信賴的滅火技術(shù)

　　干粉滅火技術(shù)是由干粉供應(yīng)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(shù)。它適用于撲救下列火災(zāi)：滅火前可切斷氣源的氣體火災(zāi)；液體火災(zāi)和可熔化的固體火災(zāi)；固體表面火災(zāi)。干粉滅火系統(tǒng)所用干粉滅火劑，按其適應(yīng)的火災(zāi)類別，可分為BC干粉和ABC干粉，目前應(yīng)用較多的是BC干粉，特別是碳酸氫鈉干粉。
　　干粉滅火系統(tǒng)，與水滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)并列，是傳統(tǒng)的四大固定式滅火系統(tǒng)之一。干粉滅火技術(shù)開發(fā)于20世紀(jì)50年代前期，按其應(yīng)用方式可分為全淹沒滅火系統(tǒng)和局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)。全淹沒滅火系統(tǒng)應(yīng)用于撲救封閉空間內(nèi)的火災(zāi)，局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)應(yīng)用于撲救不需封閉空間條件的具體保護(hù)對象（目的物）的非深位火災(zāi)。因此，無論從開發(fā)時(shí)間看，還是從技術(shù)成熟性看，干粉滅火技術(shù)都是可以信賴的滅火技術(shù)。美國、前蘇聯(lián)和日本早已開發(fā)出完善的干粉滅火系統(tǒng)，并制定出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，普及應(yīng)用。

2　干粉滅火系統(tǒng)是鹵代烷滅火系統(tǒng)的一種良好替代系統(tǒng)

　　干粉滅火劑的滅火機(jī)理是化學(xué)抑制作用，通過惰化火焰中的活性自由基，實(shí)現(xiàn)斷鏈滅火，這比起物理窒息作用滅火表現(xiàn)出良好的滅火速率。試驗(yàn)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(huán)境條件的限制，更適宜缺水和嚴(yán)寒地區(qū)選用。另外，干粉滅火劑的價(jià)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(xiàn)出良好的價(jià)格效率。
　　我國雖然也開發(fā)了干粉滅火系統(tǒng)，但是不夠完善，工程應(yīng)用數(shù)據(jù)不全，不便于設(shè)計(jì)人員選用。再加沒有設(shè)計(jì)規(guī)范，影響了干粉滅火系統(tǒng)在我國的普及應(yīng)用。此外，影響干粉滅火系統(tǒng)普及應(yīng)用的，還有兩個(gè)障礙：其一是干粉滅火劑制造工藝中，對干粉吸潮結(jié)塊問題解決得不好，其二是干粉滅火系統(tǒng)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(xiàn)在，干粉吸潮結(jié)塊問題已經(jīng)解決，粉體氣力輸送問題可以解決，面臨鹵代烷滅火系統(tǒng)的替代系統(tǒng)選擇，應(yīng)該考慮進(jìn)一步開發(fā)干粉滅火系統(tǒng)。為了解決鹵代烷滅火系統(tǒng)的替代系統(tǒng)，美國又對其干粉滅火系統(tǒng)規(guī)范做了修訂，歐聯(lián)盟也在制定統(tǒng)一的干粉滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以便普及干粉滅火系統(tǒng)應(yīng)用。我們縱使步人后塵，也比錯(cuò)過良機(jī)好得多。希望消防設(shè)備制造廠家，認(rèn)真考慮開發(fā)干粉滅火系統(tǒng)，它是鹵代烷滅火系統(tǒng)的一種良好替代系統(tǒng)。

3　干粉滅火系統(tǒng)概述

　　干粉滅火系統(tǒng)組成如圖1所示。其基本部件應(yīng)包括：干粉儲罐（干粉儲存容器）、容器閥（總閥）、選擇閥（球閥）、管網(wǎng)、噴頭，載氣儲瓶（圖中氮?dú)鈨ζ浚⑵款^閥、減壓閥、管道等。

　　載氣為干粉驅(qū)動氣體，可以用惰性氣體，如氮?dú)?、氬氣、氦氣等，也可以用二氧化碳?xì)?，目前?yīng)用較多的是氮?dú)夂投趸細(xì)?。平時(shí)，載氣儲存于載氣儲瓶中，滅火時(shí)，打開瓶頭閥，經(jīng)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(nèi)由載氣增壓（增壓時(shí)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(jīng)選擇閥—管道—噴頭，噴向防護(hù)區(qū)或具體保護(hù)對象。
　　設(shè)干粉輸送壓力為P_y（P_y≤2.5 MPa），管網(wǎng)起點(diǎn)（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(wǎng)起點(diǎn)壓力。干粉儲罐釋放過程中，將會有內(nèi)阻壓力損失：△P_y＝P_y－P_o，這種損失是將干粉由靜態(tài)加速到動態(tài)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(guān)，與罐內(nèi)結(jié)構(gòu)有關(guān)，與輸出流量Q_o有關(guān)，它是干粉儲罐的內(nèi)阻特性。因此，設(shè)備制造廠家應(yīng)給出類似直流電源的內(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shè)備制造廠家也應(yīng)給出設(shè)備的μ值、管道附件的當(dāng)量長度數(shù)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(yīng)用噴頭。全淹沒噴頭的應(yīng)用參數(shù)主要是噴頭入口壓力P_T和噴頭流量Q_i；局部應(yīng)用噴頭的應(yīng)用參數(shù)，除P_T和Q_i外，又增加了噴頭保護(hù)面積AT。噴頭保護(hù)面積為：在使油盤桿弦高（液面至緣口距離）150 ｍｍ盤內(nèi)正庚烷或符合GB489規(guī)定的70^#汽油不產(chǎn)生飛濺的條件下，能在20s內(nèi)滅火的面積，對應(yīng)的噴頭流量就是它的Q_i值。架空型噴頭的保護(hù)面積隨安裝高度的不同而不同，槽邊型噴頭的保護(hù)面積隨噴頭的流量不同而不同。因此，設(shè)備制造廠家還應(yīng)給出噴頭特性曲線。
　　國內(nèi)少有的干粉滅火系統(tǒng)制造廠家目前均沒提供出以上圖表，無疑影響了其設(shè)備的推廣應(yīng)用和自身的經(jīng)濟(jì)效益。

4　干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

　　干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算可按下述步驟進(jìn)行。
4.1　干粉滅火劑設(shè)計(jì)用量計(jì)算
4.1.1　對全淹沒系統(tǒng)計(jì)算
　　
　　式中?M—干粉滅火劑設(shè)計(jì)用量，kg；
　　　　　K₁—全淹沒系數(shù)，kg/m³；對碳酸氫鈉干粉取0.65 kg/m³；
　　　　　V—防護(hù)區(qū)凈容積，m³；
　　　　　V_V—防護(hù)區(qū)容積，m³；
　　　　　V_G—防護(hù)區(qū)內(nèi)不燃燒體和難燃燒體的總體積，m³；
　　　　　V_Z—不能切斷的通風(fēng)系統(tǒng)的附加體積，m³；
　　　　　Q_Z—通風(fēng)系統(tǒng)流量，m³/s；
　　　　　t—噴放時(shí)間，s；取30s；
　　　　　K_2i—開口補(bǔ)償系數(shù)，kg／m²；
　　　　　A_V—防護(hù)區(qū)的內(nèi)側(cè)面、底面、頂面?包括其中的開口?的總內(nèi)表面積，m²；
　　　　　A_oi—開口面積，m²。
4.1.2　對局部應(yīng)用系統(tǒng)面積法計(jì)算
　　M＝Q_i·N·t　　?（4）
　　式中：Q_i—單個(gè)噴頭干粉流量，kg/s；
　　　　　N—噴頭數(shù)量。
　　噴頭數(shù)量應(yīng)根據(jù)單個(gè)噴頭保護(hù)面積和使保護(hù)對象計(jì)算面積內(nèi)不留空的原則確定。
4.1.3　對局部應(yīng)用系統(tǒng)體積法計(jì)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(hù)對象計(jì)算體積，m³；
　　　　　q_v—局部應(yīng)用噴射強(qiáng)度，kg/（s·m³）；
　　　　　A_w—圍封面積，m2；
　　　　　A_p—圍封結(jié)構(gòu)中存在的實(shí)體圍封面面積，m²；
　　　　　a、b、h—分別為具體保護(hù)對象的長、寬、高，m。
4.2　管道流量依干管流量按對稱分配計(jì)算，干管干粉流量計(jì)算
　　Q₀＝M/t ?　　　　　　(9)
　　式中：Q₀—干管干粉流量，kg/s。
4.3　管道內(nèi)徑可按下式確定：
?　D＝K_d·Ｑ^0.5　　　　?。?0）
　　式中?D—管道內(nèi)徑，ｍｍ；
　　　　　K_d—管徑系數(shù)，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(jì)算長度計(jì)算
　　L＝L_y＋L_i ?(11)
　　L_i＝F(D)?(12)
　　式中:?L—管道計(jì)算長度，m；
　　　　　L_y—管道實(shí)際長度，m；
　　　　　L_i—管道附件當(dāng)量長度，m。
4.5　均衡管網(wǎng)對稱度計(jì)算
　　S＝（L_max－L_min）/L_min　　　(13)
　　式中?Ｓ—管網(wǎng)對稱度；
　　　　　L_max—對稱管網(wǎng)中管道計(jì)算長度的最大值，m；
　　　　　L_min—對稱管網(wǎng)中管道計(jì)算長度的最小值，m。
　　計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿足 S≤5％的條件，否則應(yīng)調(diào)整管網(wǎng)布局。
4.6　管道節(jié)點(diǎn)壓力計(jì)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(jié)點(diǎn)壓力，MPa；
　　　　　P_J-1—第ｉ段管道首端的節(jié)點(diǎn)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(fù)值；
　　　　　ρ_H—干粉密度，kg/m³；
　　　　　μ—粉氣比；
　　　　　ρ_g—常態(tài)載氣密度，kg/m³。
　　計(jì)算所得噴頭入口壓力應(yīng)滿足公式（17），否則應(yīng)返回本文中的4.3節(jié)。
　　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(jì)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(guī)格依據(jù)噴頭孔口面積選取系列值。
　　如果產(chǎn)品樣本中對每個(gè)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(guī)格。
4.8　干粉滅火劑儲存量計(jì)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(nèi)干粉剩余量，kg。
4.9　載氣設(shè)計(jì)用量計(jì)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(shè)計(jì)用量，kg；
　　　　　M_gr—干粉儲罐內(nèi)載氣剩余量，kg；
　　　　　V_c—干粉儲罐容積，m³。
4.10　載氣儲瓶數(shù)量計(jì)算
4.10.1　采用氮?dú)鈺r(shí)儲瓶數(shù)量計(jì)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(shí)儲瓶數(shù)量計(jì)算
　　N_p＝M_g/{V_0[α-ρ_g(10P_y+1)]}　　　　　　(24)
　　式中?N_p—載氣儲瓶數(shù)量；
　　　　　V₀—載氣儲瓶容積，m³；
　　　　　P_c—氮?dú)獬溲b壓力，MPa；
　　　　　_α—二氧化碳充裝系數(shù)，kg/m³。
4.11　防護(hù)區(qū)泄壓口面積計(jì)算
　　
　　式中?A_x—防護(hù)區(qū)泄壓口面積，m²；
　　　　　P_x—防護(hù)區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)允許壓強(qiáng)，Pa；
　　　　　v_H—防護(hù)區(qū)內(nèi)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(hù)區(qū)內(nèi)干粉載氣混合物的體積含量。

5　結(jié)束語

　　本文旨在拋磚引玉，為制訂規(guī)范收集信息。但愿此磚能激起浪花無限，得到消防設(shè)備生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、應(yīng)用等單位的熱烈響應(yīng)，從而使傳統(tǒng)的干粉滅火系統(tǒng)不再被冷落，為防災(zāi)發(fā)揮應(yīng)有作用。歡迎廣開言路，糾正錯(cuò)誤。

作者簡介
　　宋旭東（1944－　），男，副研究員。