快速响应喷头评估
2006年第3期消防技术与产品信息27
快速响应喷头评估
Peter Thomas , Stephan G rosskopff , 梁吉林, 沙琮勋
1
2
3
2
(11泰科国际技术部, 美国罗德岛; 21德国久保上海代表处, 上海 200040;
31上海金盾消防安全设备有限公司, 上海 201318)
摘要:介绍了快速响应喷头与标准响应喷头相比在技术及经济上的优势。关键词:快速响应; 动作温度; 热敏性能; 喷头
决定自动洒水喷头控火、灭火的因素有6个, 它们
是喷头动作温度等级、喷头热敏元件的热敏性能、喷头口径、安装位置、布水特性和某些特殊应用。着重介绍喷头动作温度等级和感温灵敏度两个方面, 因为这两方面可以通过选择热敏玻璃球来确定。
流速度、喷头体的传导系数(C ) ,C 系数是喷头热敏元。其他影响喷头、喷头摆放位置。它是与喷头从周一个计算函数值。传导系数是用来计算喷头周围空气传递多少热量到喷头接头和管路上的一个函数。图1显示的是二者的关系。
1 当达到预定温度时, , 从而启动喷头喷水灭火。。喷头的动作温度由顶棚的最高温度决定。根据NFPA 的规定, 在不考虑喷头灵敏度的情况下, 喷头的动作温度可以从表1中选择。
表1 喷头的动作温度
顶棚最高温度
[***********]625
[***********]9
玻璃球温度等级
135～170175～225250～300325～375400
～475500～575650
57～7779～107121～149163～191204～246260～302343
温度分级常温级
中温级高温级超高温级非常高温级极高温级极高温级
色标橙色或红色黄色或绿色蓝色紫色黑色黑色黑色
图1 传导系数与RTI 的关系
2 喷头的感温灵敏度
喷头热敏元件对温度的反应速度称为喷头的热敏
性能。响应时间指数(RTI ) 是衡量喷头热敏性能参数的指标之一,RTI 值可通过标准试验装置测得。快速
1/2
响应喷头热敏元件的RTI ≤50(m ・s ) , 标准响应喷头
1/21/2
热敏元件的RTI ≥80(m ・s ) , 而RTI >105(m ・s ) 的喷头应不推荐使用。
通常将喷头插入一个试验装置内来测量RTI 值, 该装置内可依据标准要求提供具有一定升温曲线的热气流。但是某些喷头不适合做插入试验。计算RTI 值需要下列数据:喷头的动作时间、喷头热敏元件的动作温度(在液浴中测得) 、试验炉内的气温、
试验炉内的气
3 快速响应喷头的历史
快速响应喷头的历史可追溯到1884年, 当年FM
对喷头进行了广泛地试验, 其中包括灵敏度试验。1935年G rinneli 公司开发了“Duraspeed ”喷头。1973年R JA 提议为芝加哥Water T ower 的酒店开发快速响应喷头。喷头的应用高度也提高到911m 。1974年G rinnell 公司的F931成为了第一个取得U L 认证的快速响应喷头。尽管第一只自动洒水喷头在1874年就取得了专利, 且FM 在10年后的1884就对喷头的灵敏度进行了试验, 但是第一只快速响应喷头直到90年(1974年) 后才取得认证。
28Peter Thomas 等:快速响应喷头评估2006年第3期
1976年FM 开始开发和评估低造价住宅型水喷淋
系统。同年FM 研究报告提出使用插入试验来测量喷头的灵敏度。1980年NFPA 13D 开始执行。1981年FM 开始向洒水喷头行业提出RTI 的概念, 作为喷头的基本特性。1983年FM 提出了早期抑制快速响应(ESFR ) 喷头的概念。1986年Job 公司把第一只快速响应玻璃球推向了美国消防市场。1987年U L 引入了室内热敏性能试验, 从而产生了快速响应扩展覆盖型喷头。1988年FM ΠNFS A 使用快速响应喷头进行了喷头作用面积Π密度试验。1999年NFPA 要求在所有轻危险等级场所使用快速响应喷头, 并提倡在普通危险等级场所也使用快速响应喷头。2003年BRE 引进了增强保护扩展覆盖型喷头(EPEC ) 。
顶棚高度增加而降低, 直到顶棚高度增加到到6m 时, 作用面积减少到25
%的水平。但是, 当顶棚高度超过6m 时, 不允许减少作用面积。
4 标准响应与快速响应喷头火灾试验
比较
1988年国家火灾喷头协会(NFS A ) 验, , 即6次,6次使用了标准响应喷头。火灾试验燃烧物为2m 高的塑料, 建筑物层高
2
6m , 作用面积为139m , 设计密度为8mm/min 。在这些试验中, 喷头的任务是控灾而不是灭火。试验使用了同一种喷头, 包括相同的溅水盘, 只是热敏元件不同。试验发现, 平均有14只标准响应喷头动作, 而快速响应喷头平均只有813个动作。快速响应喷头动作时火灾还较小, 火灾损失减少20%, 热释放率降低45%, 钢结构温度降低25%。411 快速响应喷头使系统的作用面积减小, 从而可以
降低系统造价
1996年NFPA 的技术委员会决定推荐使用快速响
减少系统作用面积
根据中国设计规范的规定, 轻危险等级场所包括不高于24m 的宾馆和办公楼。普通危险等级Ⅰ和Ⅱ包括:高层建筑、医院、机场、音乐厅和工厂。根据NFPA 13里规定的密度Π面积方法设计水喷淋系统是最常用的方法。图3中画有各种危险等级线, 在所示危险等级线上的任何一点都是可以接受的, 但最低点是最经济的。
应喷头。当使用快速响应喷头时, 系统的作用面积可以根据下列的条件在不改变密度的情况下得到减小, 条件是:
(1) 必须是湿式系统;
(2) 必须是轻危险或普通危险等级场所; (3) 顶棚高度不能超过6m ;
(4) 没有超过3. 0m 2(32ft 2) 以上的未保护顶棚区域。
但是, 作用区域的喷头数量不得少于5个。这些规定是对使用快速响应喷头能更快速控制火灾的肯定。图2表示的是使用快速响应喷头在不同顶棚高度情况下减少系统作用面积的情况。当顶棚高度低于3m 时, 作用面积可以降低40%。降低的百分比随着
图3 NFPA 13中规定的危险等级线表2 减少作用面积与用水量的关系
水力设计要求轻危险等级
4mm Πmin over 139m 2=556L Πmin 4mm Πmin over 84m 2=336L Πmin
普通危险等级Ⅰ
6mm Πmin over 139m 2=834L Πmin
6mm Πmin over 84m 2=504L Πmin
普通危险等级Ⅱ
8mm Πmin over 139m 2=1112L Πmin 8mm Πmin over 84m 2=672L Πmin
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表2给出了几个减少作用面积的例子和因此减小的用水量。用水量减小后管路直径自然也可以减小, 因此可减小储水池, 所有这些便可以降低水系统造价。 我们现在通过一个案例来说明快速响应喷头系统的经济优点。这个案例是美国一家纺织厂, 该纺织厂保护面积为4075m , 顶棚高度为3m 。系统为一树型结构, 一根主管带17个分支, 每个分支上有20个喷头。我们先使用标准响应喷头来计算一下结果。计算
2
出的最不利位置的面积为139m , 需安装12只喷头,
2
(min ・所需的布水密度为811L Πm ) 。根据此计算结果, 所需要的水流量为1334L Πmin , 所需的水压为
6. 27bar (1bar =100kPa ) 见图4。
2
612bar 。见图5。
图5 使用快速响应喷头图例
表4。
(2)
)
1″1. 25″1. 5″2″2. 5″
分支
(m ) 90. 67181. 3589. 510. 1
主管路
(m )
单价3
(US |S Πm ) 3. 014. 395. 247. 52
总价3
(US |S )
272. 91795. 903089. 0075. 951010. 27
图4 使用标准响应喷头图例3″4″6″
104. 89. 64
下面我们根据这个结果计算一下管路的费用。
表3 使用标准响应喷头计算管路费用
管路的费用(按139m 面积计算)
(17支分支树型结构)
2
总价:
3仅供比较分析使用, 单价为估算值。
总价3
(US |
S )
272. 91795. 9
5244. 03
规格分支
(m )
主管路
(m )
单价3
(US |S Πm ) 3. 014. 395. 247. 52
1″1. 25″1. 5″2″2. 5″3″4″6″
90. 67181. 3181. 3418. 6
根据表4提供的管路规格、长度和单价, 我们可
以计算出此系统现在的材料价格为US |S 5244103。这就意味着如果工程选用了快速响应喷头, 那么就可以在管路材料费用上节约15%左右。4. 2 供水量的比较
总供水量为需用水量乘以所需的系统动作时间。当系统采用标准响应喷头时, 总供水量需80000L , 但如果使用快速响应喷头, 总供水量仅需57500L 。这就可以节约22500L 水, 从而更小的储水池便能满足其要求, 见表5。
表5 标准响应喷头与快速响应喷头用水量比较
供水量
139m 2最不利位置面积84m 2最不利位置面积
1334L Πmin 958L Πmin
950. 013147. 87
104. 89. 641010. 27
总价:
3仅供比较分析使用, 单价为估算值。
6176. 96
根据表3提供的管路规格、长度和单价, 我们可以计算出此系统的材料价格为US |S 6176. 96。
现在我们在同一系统中安装快速响应喷头后重新计算成本。最不利位置面积降低了40%, 现在为84m , 仅需8只喷头而密度不变。重新计算后得知,
2
×60min ×60min
80040L 57480L
4. 3 快速响应喷头替代标准响应喷头可以显著节约
所需流量可以降低到95717L Πmin , 而所需的压力为
成本
根据安装公司的统计和计算, 在考虑了快速响应
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吴建勋等:石油产品及有机溶剂储罐的抑爆系统2006年第3期
石油产品及有机溶剂储罐的抑爆系统
吴建勋, 吴 越
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2
(1. 中国人民武装警察部队学院, 河北廊坊 065000; 2. 大连市消防支队, 辽宁大连 116001)
摘要:在讨论可燃蒸气爆炸性气体混合物最大压力上升的速度及石油产品和有机溶剂储罐抑爆原理的基础上, 提出了“超微干粉抑爆系统”的方案。
关键词:石油产品; 有机溶剂; 储罐; 火灾; 抑爆系统
从1904年俄国扑灭油火使用化学泡沫至今, 世界
各地仍在沿用泡沫灭火剂, 用泡沫扑救易燃、可燃液体储罐火灾, 而且还是当前用得最广和习惯采用的方法。但石油和化工企业为大面积储罐区设置一整套泡沫灭火装置(包括泵房、水和泡沫管线、蓄水池、泡沫液等的投资和每年为维护这套装置, , 每年为灭火备战, 买进新的, 。
特别是, , 常常会遇到市内储备的空气机械泡沫不能满足一次灭火需要, 急需从附近的城市调运。这不仅要耗费大量的人力物力, 而且, 更重要的是贻误灭火的有利战机, 扩大了火灾损失。
公安部天津消防科研所发明的石油化工产品储罐烟雾自动灭火系统, 是油罐灭火技术的一大进步。他们为用户提供了一种安全、经济、适用的消防安全设施。
本文抱着改进储罐灭火技术的同样目的, 在前人喷头本身相对较高的成本后, 系统可以在管路成本方面节约10%～20%(系统中使用的管路规格可以更小) , 泵和电机方面节约15%～20%(系统需水量降低意味着可以使用更小的泵和电动机) , 水源供应方面节约15%～20%(供水量减少也就意味着储水池减小) 。因此, 系统使用快速响应喷头与使用标准响应喷头相比, 可以平均节约15%的成本。
然而, 快速响应喷头并不只有经济方面的优势。由于快速响应喷头在火势较小时便能动作, 从而可以减少有毒气体的产生和维持火场的环境温度, 所以可以提供更有效的消防保护。快速响应喷头系统可以更早地探测到火灾, 从而可以更快地通知消防人员及时到达。由于喷头在火势较小时便开始动作, 从而较少
的理论和实验研究成果的基础上, 提出如下“超微干粉抑爆系统”方案供专家们检验1, 当混合, 在化学计算的组分范围内, 遇到火源便有可能起火爆炸, 产生最大的爆炸压力。
常见的可燃蒸气的最大爆炸压力约为017～018MPa , 可看作常数。然而在同样条件下, 各种可燃蒸气的最大爆炸压力上升的速度却不一样。可燃蒸气最大爆炸压力上升的速度与容积的关系可用“三次方定律”来表示:
1Π3
(d p Πd t ) max ・V =K G =常数 即最大压力(p ) 上升的速度与容器容积(V ) 立方
根的乘积等于常数(K G ) 。
大多数有机溶剂蒸气的K G 值都在4～7MPa ・m Πs 范围之内。
数量的喷头便能控制住火灾, 这就意味着控火所需的水量可以减少, 从而造成的水渍损失也可以降低。在美国,NFPA 标准要求所有住宅型喷头必须使用快速响应喷头。此外, 保险公司也会因建筑使用了快速响应喷头而在保费上给予很大地折扣。到2004年, 美国已经有70%的喷头都使用了快速响应玻璃球。快速响应喷头是先进技术的产物, 它不仅减少了人类财产的损失, 同时也使成本降低, 从而节约了宝贵的社会资源。技术提高往往意味着成本的增加, 而快速响应玻璃球却完美地解决了这一问题。
收稿日期:2005210210; 修回日期:2006202210第二作者地址:上海市北京西路1277号1501室电话:(021) 51572300