[发明专利]洁净气体音速释放流动的管网系统

说明书

一、技术领域

本发明涉及建筑消防工程，具体为如何运用气体动力学技术确定洁净气体灭火管网系统的大小，以保证失火时灭火气体能从具有阻力作用的管网系统中在有效灭火时间内释放流出，可靠灭火。管网系统大，阻力作用小，灭火气体流出时间短，对灭火有利；管网系统小，阻力作用大，灭火气体流出时间长，对灭火则不利，甚至导致灭火失败，失去安装灭火管网系统的意义。流动动力一定，灭火气体剂量一定，流动阻力作用的大小决定了灭火洁净气体的出流时间。从灭火安全要求讲，有一洁净气体在灭火管网系统中最大限定的出流时间，因而有一几何结构最小又能保证灭火气体出流时间限定的管网系统。

二、技术背景

气体灭火管网系统，由储气钢瓶、容器阀、导流管、单向阀、安全阀、集流管、歧管、孔板、选择阀、压力开关、主管道、三通、弯头、各级支管道，喷头组装而成，是国家强制限定相关建筑场所必须安装的消防设施。早先储气钢瓶组充装的灭火气体为液化气“哈龙”，因哈龙灭火释放到大气中后对臭氧层的破坏能力大约是氟里昂的3-10倍，我国政府决定全部淘汰“哈龙”灭火剂。哈龙被淘汰后，管网系统充装的环保性能最好的灭火气体，国际消防技术标准和我国政府规定应为大气中的氮气、氩气、二氧化碳或者其混合气体，这种气体，被称为洁净气体。这样管网系统中流动的灭火气体就由不可压缩的液化气变成了单相可压缩气体，流体的流动规律就有了本质上的不同，确定管网系统大小的技术方法也就有了本质上的变化。国际消防技术标准ISO/CD14520-1和我国消防技术规范GB50370-2005均以流动时间作为核心技术指标对洁净气体管网系统的流动技术特性作出要求：洁净气体必须在不大于60秒由管网系统释放流出灭火。管网系统应以此技术要求来确定大小，保证灭火的可靠性。按照一定剂量灭火气体出流时间确定管网系统大小的技术方法，均列入各国强制性消防技术标准或规范，确保按其确定的管网系统的大小决定的灭火气体释放时间对灭火可靠。

洁净气体在管网系统中的释放流动，有“亚音速”和“音速”两种规律完全不同的流况。气体“亚音速”流动规律与不可压缩流体流动规律类同，由于对不可压缩流体管道流动规律的认知已相当普及、深刻，在“亚音速”流动范围确定管网系统大小的技术方法比较容易确立，但是按“亚音速”流动确定的管网系统大而不经济；气体“音速”流动规律与“亚音速”流动规律有了本质上的区别，在“音速”流动范围确定管网系统大小的技术方法解决起来较难，但按“音速”流动确定的管网系统最小而且经济，对于管网系统设计制做意义重大。

洁净气体在管网系统中的释放流动，是将钢瓶内储存压力为15MPa或20MPa的洁净气体，经由对流动有阻力的管网系统喷放到背压为大气压0.1Mpa的防护区内，流动压力变化之大早已进入必须考虑气体压缩性的范畴，因而属于可压缩气体管道内严重的不稳定流动。这种不稳定流动，因管网系统的大小不同，气体的流况也不同。当管网系统大到一定程度，洁净气体的全部不稳定释放流动过程，均会在“亚音速”流况下进行；小于这个程度的管网系统，洁净气体的全部不稳定释放流动过程，则分为先期的“音速”流动过程和后期的“亚音速”流动过程，并且这两种规律完全不同的流动过程又都是由同一个管道气体流动方程所描述，那么按该管道气体流动方程确定管网系统大小的技术方法稍有不慎，就会将规律完全不同的两种气体流动混为一谈，将全部流动过程均为“亚音速”流动管网系统和全部流动过程既有“音速”流动过程又有“亚音速”流动过程管网系统混为一谈，确定管网系统大小的技术方法就会有重大漏洞，按照这个有重大漏洞技术方法确定的管网系统对灭火的可靠性就有重大问题。

目前，国际、国内确定洁净气体灭火管网系统大小的技术方法如下：

1、由于没有解决可压缩气体在管道中流动达到“音速”如何定量的技术，国际上目前只能在远离“音速”的“亚音速”流动状况下确定洁净气体灭火管网系统的大小，所制作的管网系统大而不经济。

消防界的普遍看法，目前国际上确定洁净气体管网系统大小最先进的技术方法应为美国安素公司，但安素公司对该技术方法严格保密，均是将国外要设计的管网系统拿回美国确定大小，然后再在国外施工制作。可是，根据安素公司宣传透漏的产品信息和技术查新查到的相关内容，我们了解到安素公司并没有解决可压缩气体管道中流动时达到“音速”如何确定管道大小的技术方法。他们的做法是：依据管长和管径的不同给出了洁净气体在各种管道中流量值的上限值表，规定在上限值以下的流量范围，用美国NFPA技术标准12或12A中的气体管道流动方程：