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干粉滅火系統(tǒng)設計規(guī)范管網計算源引自( GB50347-2004 )

點擊數(shù): 次  2020-03-24


4 管網計算


4.0.1 管網起點(干粉儲存容器輸出容器閥出口)壓力不應大于2.5 MPa;管網最不利點噴頭工作壓力不應小于0.1 MPa。
4.0.2 管網中干管的干粉輸送速率應按下列公式計算:
干管的干粉輸送速率
4.0.3 管網中支管的干粉輸送速率應按下列公式計算:
支管的干粉輸送速率
    式中:Qb ——支管的干粉輸送速率(kg/s);
         n ——安裝在計算管段下游的噴頭數(shù)量。
4.0.4 管道內徑宜按下列公式計算:
 管道內徑計算
    式中:d ——管道內徑(mm);宜按附錄A表A-1取值;
        Q ——管道中的干粉輸送速率(kg/s),
4.0.5 管段的計算長度應按下列公式計算:
 管段長度計算
    式中:L ——管段計算長度(m);
       LY ——管段幾何長度(m);
       LJ ——管道附件的當量長度(m);可按附錄A表A-2取值。
4.0.6 管網宜設計成均衡系統(tǒng),均衡系統(tǒng)的結構對稱度應滿足下列公式要求:
均衡系統(tǒng)結構對稱度
    式中:S ——均衡系統(tǒng)的結構對稱度;
     Lmax ——對稱管段計算長度最大值(m);
     Lmin ——對稱管段計算長度最小值(m)。
4.0.7 管網中各管段單位長度上的壓力損失可按下列公式估算:
 各管段單位長度壓力損失估算
    式中:△P/L——管段單位長度上的壓力損失(MPa/m);
            Pe——管段末端壓力(MPa);
           λq——驅動氣體摩擦阻力系數(shù);
            g ——重力加速度(m/s2);取9.81;
           ? ——管道內壁絕對粗糙度(mm)。
4.0.8 高程校正前管段首端壓力可按下列公式估算:
 高程校正前管段首端壓力估算
    式中:Pb’——高程校正前管段首端壓力(MPa)。
4.0.9 用管段中的平均壓力代替公式4.0.7-1中的管段末端壓力,再次求取新的高程校正前的管段首端壓力,兩次計算結果應滿足下列公式要求,否則應繼續(xù)用新的管段平均壓力代替公式4.0.7-1中的管段末端壓力,再次演算,直至滿足下列公式要求。
 
    式中:Pp——管段中的平均壓力(MPa);
        δ——相對誤差;
        i——計算次序。
4.0.10 高程校正后管段首端壓力可按下列公式計算:
高程校正后管段首端壓力估算 
高程校正后管段首端壓力估算
 
    式中:Pb——高程校正后管段首端壓力(Mpa);
       ρH——干粉-驅動氣體二相流密度(kg/m3);
       γ ——流體流向與水平面所成的角(°);
       ρQ——管道內驅動氣體的密度(kg/m3)。
4.0.11 噴頭孔口面積應按下列公式計算:
噴頭孔口面積計算
    式中:F——噴頭孔口面積(mm2);
        qo——在一定壓力下,單位孔口面積的干粉輸送速率(kg/s/mm2)。
4.0.12 干粉儲存量可按下列公式計算:
 干粉儲存量計算
    式中:mc——干粉儲存量(kg);
        ms——干粉儲存容器內干粉剩余量(kg);
        mr——管網內干粉殘余量(kg);
        VD——整個管網系統(tǒng)的管道容積(m3)。
4.0.13 干粉儲存容器容積可按下列公式計算:
 干粉儲存量容器容積計算
    式中:Vc——干粉儲存容器容積(m3),取系列值;
         K——干粉儲存容器的裝量系數(shù)。
4.0.14 驅動氣體儲存量可按下列公式計算:
1 非液化驅動氣體
 非液體驅動氣體儲存量計算
2 液化驅動氣體
液體驅動氣體儲存量計算
    式中:mgc ——驅動氣體儲存量(kg);
         Np ——驅動氣體儲瓶數(shù)量;
         Vo ——驅動氣體儲瓶容積(m3);
         PC ——非液化驅動氣體充裝壓力(MPa);
         Po ——管網起點壓力(MPa);
         mg ——驅動氣體設計用量(kg);
         mgs——干粉儲存容器內驅動氣體剩余量(kg);
         mgr——管網內驅動氣體殘余量(kg);
         α ——液化驅動氣體充裝系數(shù)(kg/m3)。
4.0.15 清掃管網內殘存干粉所需清掃氣體量,可按10倍管網內驅動氣體殘余量選??;瓶裝清掃氣體應單獨儲存;清掃工作應在48h內完成。


條文說明
 
4 管網設計
4.0.1  管網起點是從干粉儲存容器輸出容器閥出口算起,單元獨立系統(tǒng)和組合分配系統(tǒng)均如此計算。管網起點壓力是干粉儲存容器的輸出壓力。管網起點壓力不應大于2.5MPa是依據干粉儲存容器的設計壓力確定的。管網最不利點所要求的壓力是依據噴頭工作壓力規(guī)定的,這里等效采用了日本標準。日本消防法施行規(guī)則第21條 § 1指出:噴頭工作壓力不應小于0.1MPa。
    注:本規(guī)范壓力取值,除特別說明外,均指表壓。
4.0.4  為使干粉滅火系統(tǒng)管道內干粉與驅動氣體不分離,干粉-驅動氣體二相流要維持一定流速,即管道內流量不得小于允許最小流量Qmin,依此等效采用了英國標準推薦數(shù)據?!妒覂葴缁鹧b置和設備·干粉系統(tǒng)規(guī)范》BS 5306 :pt7-1988 § 7給出對應DN25管子的最小流量Qmin為1.5kg/s。 DN25管子的內徑d是27mm,由此得管徑系數(shù)管徑系數(shù)
其他國外標準沒提供管徑系數(shù)KD數(shù)據,主張采用生產廠家提供的數(shù)據。在搜集到的資料中,有兩組數(shù)據所得管徑系數(shù)KD值與本規(guī)定接近,具體如表1所示:
管徑系數(shù)
管徑系數(shù)
注 :① 取自美國Ansul公司《干粉滅火系統(tǒng)》,P41,對應氣固比μ=0.058。
        ② 取自日本《 滅火設備概論》,日本工業(yè)出版社,1972年版,P270;或見《消防設備全書》,陜西科學技術出版社,1990年版,P1263,對應氣固比μ=0.044。
    應該指出:以上計算得到的是最大管徑值,根據需要,實際管徑值應取比計算值較小的恰當數(shù)值。經濟流速時管徑值隨驅動氣體系數(shù)μ而異,當μ=0.044時,經濟流速時管徑系數(shù)KD=10~11,即其最佳管道流量是允許最小流量的4~5倍。另外,當廠家以實測數(shù)據給出流量(Q)一管徑(d)關系時,應該采用廠家提供的數(shù)據。實際管徑應取系列值。
4.0.5  關于管道附件的當量長度,應該按廠家給出的實測當量長度值取值,但目前實際還做不到,不給出數(shù)據又無法設計計算。按周亨達給出的管道附件的當量長度計算式為:Lj= k×d,其中k是當量長度系數(shù)(m/mm):90°彎頭取0.040,三通的直通部分取0.025,三通的側通部分取0.075。下面一同給出國外管道附件當量長度數(shù)據做比較(見表2):
管道附件當量長度
注 :① 東京消防廳《預防事務審查·檢查基準》,東京防災指導協(xié)會,1984年出版,P436。
        ② 美國Ansul公司《干粉滅火系統(tǒng)》,圖表7。
        ③ 周亨達主編《工程流體力學》,冶金工業(yè)出版社1995年出版,P124~135。
    顯然,按周亨達計算式計算值誤差偏大。而國外數(shù)據是在一定驅動氣體系數(shù)下的測定值,考慮到日本數(shù)據比Ansul數(shù)據通用性更好些,暫時推薦該組日本數(shù)據作為參考值。
4.0.6  設計管網時,應盡量設計成結構對稱均衡管網,使干粉滅火劑均勻分布于防護區(qū)內。但在實踐中,不可能做到管網結構絕對精確對稱布置,只要對稱度在士5%范圍內,就可以認為是結構對稱均衡管網,可實現(xiàn)噴粉的有效均衡,見圖2。在系統(tǒng)中,可以使用不同噴射率的噴嘴來調整管網的不均衡,見圖3。
 圖3
    該計算式系等效采用《室內滅火裝置和設備·干粉系統(tǒng)規(guī)范》BS 5306 :pt7—1988 § 7.2規(guī)定。
    應該指出:在調研中也見到了非均衡系統(tǒng),但本規(guī)范主張管網應盡量設計成對稱分流的均衡系統(tǒng),所以前半句采用“宜”字;均衡系統(tǒng)可以是對稱結構,也可以是不對稱結構,結構對稱與不對稱的分界在對稱度,所以后半句采用“應”字。
4.0.7  國外標準沒提供壓力損失系數(shù)△p/L數(shù)據,主張采用生產廠家提供的數(shù)據。本計算式是依據沿程阻力的計算導出的,其推導過程如下:
    根據周建剛等人就粉體高濃度氣體輸送進行的試驗研究結果(引自周建剛、沈熙身、馬恩祥等著《粉體高濃度氣體輸送控制與分配技術》,北京:冶金工業(yè)出版社,1996年出版,P109~143),管道中的壓力損失計算式為:
 管道中的壓力損失計算
    式中:?p ——管道中的壓力損失(Pa);
       ?pq ——氣體流動引起的壓力損失(Pa);
       ?pf ——氣體攜帶的粉狀物料引起的壓力損失(Pa);
        λq ——驅動氣體的摩擦阻力系數(shù);
        λf ——干粉的摩擦阻力系數(shù);
         μ ——驅動氣體系數(shù);
        ρQ ——管道內驅動氣體密度(kg/m3);
         vq ——管道內驅動氣體流動速度(m/s);
          d ——管道內徑( m);
          L ——管段計算長度(m)。
把公式(2)和公式(3)代人公式(1)并移項得:
 
    式中:△p/L ——管段單位長度上的壓力損失(Pa/m)。
    當μ=0.0286~0.143時,有:
 
    式中:g ——重力加速度(m/s2);取9.81。
在常溫下得管道中驅動氣體密度ρQ的表達式為:
 常溫下管道中驅動氣體密度
    式中:ρqo ——常態(tài)下驅動氣體密度(kg/m3);
         pe ——計算管段末端壓力(MPa)(表壓)。
    驅動氣體在管道中的流速vq可由其體積流量QQV (QQV = μ×
Q/ρQ )和管道內徑d表示,即有:
 將(?p/L )以MPa/m作單位,Pe以MPa作單位,d以mm作單位,整理上述各式并化簡得: 
    由于氣固二相流體在管道中的流速很大,所以沿程阻力損失系數(shù)λq按水力粗糙管的情況計算,即:
 沿程阻力損失計算
    公式來自周亨達主編《工程流體力學》,北京:冶金工業(yè)出版社1995年出版,P120。
    應該指出:當廠家以實測曲線圖給出△p/L之值時,應該采用廠家提供的數(shù)據。
4.0.8~4.0.10  在公式(4.0.7-1)中,取常溫下管道中驅動氣體密度ρQ的表達式為:ρQ=(10pe十1)ρq0,公式中ρe為計算管段末端壓力。按理說應該取高程校正前管段平均壓力
Pp代替公式(4.0.7-1)中pe計算結果才是△p/L的真值,可那時計算管段首端壓力Pb還是未知數(shù),無法求得高程校正前管段平均壓力Pp
    通過公式(4.0.8)已估算出高程校正前管段首端壓力,故可估算出高程校正前管段平均壓力
Pp。
為求得高程校正前管段首端壓力
Pb真值,應采用逐步逼近法。逼近誤差當然是越小越好,公式(4.0.9-2)已滿足工程要求。
    管道節(jié)點壓力計算,有兩種計算順序:一種是從后向前計算順序——已知管段末端壓力
Pe,求管段首端壓力Pb,這種計算順序的優(yōu)點是避免能源浪費;另一種是從前向后計算順序——已知管段首端壓力Pb求末端壓力pe,這種計算順序方便選取干粉儲存容器。當采用從前向后計算順序時,對以上計算式移項處理即可:
 
    另外注意 :當采用上式計算時,求取(?p/L)i時需要用Pb代替公式(4.0.7-1)中的Pe 。
    為了使設計者掌握該節(jié)點壓力計算方法,下面舉例說明。其中管壁絕對粗糙度?按鍍鋅鋼管取0.39mm(見周亨達主編《工程流體力學》,北京:冶金工業(yè)出版社1995年出版,P253)。
    [例1] 已知:末端壓力
Pe=0.15 MPa,干粉輸送速率Q=2kg/s,
d(DN25)=27mm,管段計算長度L= 1m,流向與水平面夾角γ=-90°,常態(tài)下驅動氣體密度
ρq0=1.165kg/m3,干粉松密度ρf=850kg/m3,氣固比μ=0.044(如圖4所示管段)。
求:管段首端壓力
Pb 。 例1
例1
例1
[例 2 ] 已知:首端壓力Pb= 0.48 MPa,干粉輸送速率Q=20kg/s,d(DN65)=66mm,管段計算長度L=60m,流向與水平面夾角γ=0°,常態(tài)下驅動氣體密度ρq0=1.165kg/m3,干粉松密度ρf=850kg/m3,氣固比μ=0.044(如圖5所示管段)。
求:管段末端壓力
Pe
 例2
例2
例2
例2
4.0.12  管網內干粉的殘余量mc的計算式是按管網內殘存的驅動氣體的質量除以驅動氣體系數(shù)而推導出來的,管網內殘存的驅動氣體質量為:ρQVD,當Pp以MPa作單位時,
 
    應該指出:理論上講,干粉儲存容器內干粉剩余量為:
 干粉儲存器內干粉剩余量
    式中:Vc ——干粉儲存容器容積(m3)。
    但此時Vc是未知數(shù);另外,驅動氣體系數(shù)μ是理論上的平均值,實際上對單元獨立系統(tǒng)和組合分配系統(tǒng)中干粉需要量最多的防護區(qū)或保護對象來說,到噴射時間終了時,氣固二相流中含粉量已很小,按公式(4.0.12-2)計算得到的管網內干粉殘余量已含很大裕度。因此,按
m+mr之值初選一干粉儲存容器,然后加上廠商提供的ms值作為mc值,可以說夠安全。
4.0.14  非液化驅動氣體在儲瓶內遵從理想氣體狀態(tài)方程,所以可按公式(4.0.14-1)和公式(4.0.14-2)計算驅動氣體儲存量。液化驅動氣體在儲瓶內不遵從理想氣體狀態(tài)方程,所以應按公式(4.0.14-3)和公式(4.0.14-4)計算驅動氣體儲存量。
4.0.15  清掃管道內殘存干粉所需清掃氣體量取10倍管網內驅動氣體殘余量為經驗數(shù)據。
    當清掃氣體采用儲瓶盛裝時,應單獨儲存;若單位另有清掃氣體氣源采用管道供氣,則不受此限制。
    要求清掃工作在48h內完成是依據干粉滅火系統(tǒng)應在48h內恢復要求規(guī)定的。


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