专业课程设计手提式泡沫灭火器.doc

中北大学
课 程 设 计 说 明 书

学生姓名:
 任合保
学 号：

学 院:
 化工与环境学院
专 业:
 安全工程
题 目:
 手提式泡沫灭火器设计（15L）

指引教师： 李小东 职称： 副专家

年 1 月 22 日

目录

1.课程设计目 4
2.课程设计内容及规定 4
2.1泡沫灭火器定义及分类 4
2.2泡沫灭火器工作原理 4
2.3泡沫灭火器灭火对象 5
2.4手提式泡沫灭火器构造 5
2.5手提式泡沫灭火器使用 5
2.6手提式沫灭火器基本参数 6
2.7手提式泡沫灭火剂基本参数 7
2.7.1发泡倍数(N) 7
2.7.2颗粒细度(X1) 7
2.7.3水不溶物含量(X2) 8
2.7.4水分含量(X3) 8
2.8手提式泡沫灭火器技术规定 8
2.8.1 内剂 8
2.8.2外剂 8
2.8.3机械强度 9
2.8.4构造 9
2.8.5材料 9
2.8.6制造工艺 9
2.8.7外观质量 10
3.课程设计工作任务及工作量 10
3.1灭火器材料设计 10
3.2灭火器强度设计 10
3.2.1振动实验 11
3.2.2冲击实验 11
3.2.3水压实验 11
3.2.4爆破实验 12
3.3灭火器构造设计 12
3.3.1设计压力p 12
3.3.2设计温度T 12
3.3.3灭火器圆筒壳体厚度t 12
3.3.4灭火器圆筒筒身高度h 13
3.3.5灭火器封头 13
3.3.6灭火器瓶胆 14
3.3.7灭火器喷嘴 14
3．4灭火器药剂及基本参数设计 14
4.总结 15
参照文献 15

1.课程设计目
人们在生活、工作、学习、娱乐过程中，安全工作仍不能放松，特别是对火灾防控，因而各种场合中都会配备适量灭火器，其中泡沫灭火器由于构造简朴、操作灵活、使用以便，具备灭火速度快、效率高，可持续或间歇喷射等长处，应用比较广。泡沫灭火器又分为手提式、舟车式和推车式，本次课程设计重要针对手提式泡沫灭火器。通过设计，进一步学习防火、灭火基本理论知识，掌握各类灭火器工作原理、规格、用途、效能以及用法。
2.课程设计内容及规定
2.1泡沫灭火器定义及分类

泡沫灭火器是通过圆筒内酸性溶液与碱性溶液混合后发生化学反映，喷射出泡沫，覆盖在燃烧物表面上，从而隔绝空气而达到灭火效果小型器械[1]。惯用化学泡沫灭火器有手提式、舟车式及推车式三种。
  灭火器型号编制办法应按CN 11—82《消防产品型号编制办法》规定。
  标记示例：

2.2泡沫灭火器工作原理

泡沫灭火器器筒内盛装碳酸氢钠与泡沫液混合水溶液，瓶胆内盛装硫酸铝水溶液，平时两者是隔离，使用时将灭火器颠倒过来，两种溶液混合后及时发生化学反映，产生二氧化碳气体和浓厚泡沫，机筒内泡沫受到二氧化碳气体压力而喷射出来，当它喷到燃烧物体表面上，便象绒毡同样地遮盖在上面，隔绝空气，使燃烧物得不到氧气而燃烧停止[2]。
化学反映为：6NaHCO3 +Al2(SO4)3 ﹦﹦﹦ 3Na2SO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 ↑
从泡沫灭火器中喷出泡沫具备冷却作用、窒息作用、隔离作用。冷却作用是由于燃烧物表面温度很高，当泡沫喷射到燃烧物质表面时，泡沫中具有水分气化并吸热使得燃烧物质表面温度得以减少；窒息作用是喷出泡沫覆盖住了燃烧物质表面，泡沫隔离了空气，使得燃烧物质得不到氧气而窒息：隔离作用是由于泡沫覆盖作用使得燃烧物质与火源隔离开来，进而达到灭火作用。

2.3泡沫灭火器灭火对象

它合用于扑救油类等非水溶性液体火灾和木材、纤维、橡胶等固体火灾。可用于扑灭A类和B类火灾，但不能扑灭水溶性液体火灾（如酒精）火灾，由于此类液体会吸取泡沫中水分，破坏泡沫。不能扑救D类火灾，由于水能与轻金属发生化学反映，加速燃烧。也不能用于扑救E类火灾，由于水能导电;;;[3]。

2.4手提式泡沫灭火器构造

构造重要由筒身、瓶胆、筒盖、喷嘴、泡沫药剂构成。
筒身主体用薄钢板滚压成圆筒焊接而成。上下封头是由薄钢板冲压成型与圆筒焊接而成。筒身作用一方面是用来盛装一号药剂，另一方面就是用来承受灭火器内部药剂化学反映压力。
瓶胆普通是用聚乙烯塑料或玻璃材料制作，用来盛装二号药剂。
筒盖是由钢板冲压成型或用铸铁浇筑和工程塑料制作，筒身与筒盖用螺栓连接，筒盖和螺栓起到承载内部压力作用。
喷嘴是用金属或尼绒材料制作而成，喷嘴作用很明显，它截面积大小对于灭火器喷射时间、喷射距离、灭火性能影响很大[4]。
泡沫药剂重要有三某些，碳酸氢钠（一号药剂）、硫酸铝（二号药剂）和发泡剂，重要作用是通过碳酸氢钠溶液和硫酸铝溶液发泡反映产生泡沫来覆盖燃烧介质进而灭火。

2.5手提式泡沫灭火器使用

图2.5 手提式泡沫灭火器构造
1—筒身；2—筒盖；3—喷嘴；
4—瓶胆；5—瓶胆盖；6—螺母

使用泡沫灭火器时可以手提筒体上部提环，迅速奔赴火场。但是如果灭火器过度倾斜，使用时横拿或颠倒，会使两种药剂混合而提前喷出，因此使用时候需要特别注意。当距离着火点10米左右，即可将筒体颠倒过来，一只手紧握提环，另一只手扶住筒体底圈，将射流对准燃烧物。在扑救可燃液体火灾时，如果已经呈流淌状燃烧，应当将泡沫由远而近喷射，使泡沫完全覆盖在燃烧液面上；如果在容器内燃烧，应将泡沫射向容器内壁，使泡沫沿着内壁流淌，逐渐覆盖着火液面。切忌直接对准液面喷射，以免由于射流冲击，反而将燃烧液体冲散或冲出容器，扩大燃烧范畴。在扑救固体物质火灾时，应将射流对准燃烧最剧烈处。灭火时随着有效喷射距离缩短，使用者应逐渐向燃烧区接近，并始终将，泡沫喷在燃烧物上，直到扑灭。使用时，灭火器应始终保持倒置状态，否则会中断喷射[5]。

2.6手提式沫灭火器基本参数

常用泡沫灭火器规格有6L、9L两种，它们基本参数按照表2.6所示规定。

表2.6手提式泡沫灭火器基本参数

规 格
项 目

MP6

MP9

灭火剂
灌装量
酸性剂
硫酸铝（g）
600±10

900±10

清水（ml）

1000±50

1000±50

碱性剂

碳酸氢钠（g）
430±10

650±10

清水（ml）
4500±100

7500±100
有效喷射时间（s）

≥40

≥60

有效喷射距离（m）

≥6

≥8

喷射滞后时间（m）

≤5

≤5

喷剩余率（%）

≤10

≤10

   灭火器使用温度范畴应符合GB 4351—84《手提式灭火器通用技术条件》中第3．3．1款规定。本原则推荐使用温度范畴为4～55℃。
     在使用温度范畴内，灭火器喷射性能应符合GB 4351—84中第3．3．2款规定。
   灭火器灭火性能应符合GB 4351—84中第3．4条规定。
     灭火器总重量不得不不大于20公斤[7]。
2.7手提式泡沫灭火剂基本参数
2.7.1发泡倍数(N)
2.7.1
式中，N 为发泡倍数；
V1为泡沫体积（ml）；
V2为内剂溶液体积(ml)；
V3为外剂溶液体积(ml)；
取两次测试平均值作为实验成果。
2.7.2颗粒细度(X1)
取适量泡沫粉，置于10目原则筛中进行筛选，然后称量剩余物，按下式计算：
2.7.2
式中：G——试样重量（g）；
G1——筛余物重量（g）；
2.7.3水不溶物含量(X2)
取适量泡沫粉，按规定进行溶解、过滤，将滤渣进行干燥，按下式计算 2.7.3
式中：G——试样重量（g）；
G2——干燥后坩埚与滤渣重量（g）；
G3——坩埚重量（g）；
2.7.4水分含量(X3)
取适量泡沫粉试样，按规定进行烘干，然后按下式计算：
2.7.4
式中：G——试样重量（g）；
G4——干燥后试样重量（g）[8]；

2.8手提式泡沫灭火器技术规定
2.8.1 内剂：
外观：白色或微带灰色粒状
颗粒细度：筛孔径 2.0mm，筛余物不不不大于 5.0％（m/m）
水不溶物含量：不不不大于 0.6％（V/V）
2.8.2外剂：
外观：均匀粉状
颗粒细度：筛孔径 2.0mm，筛余物不不不大于 5.0％（m/m）
水不溶物含量：不不不大于 0.6％（V/V）
水分含量：不不不大于 2.0％（m/m）
发泡倍数：不不大于 8
泡沫消失率：不不不大于 25%（V/V）
反映液pН值：6～8
灭火性能：不不大于 6B
泡沫封闭时间：不不大于 5min[8]
2.8.3机械强度
  灭火器筒体最小壁厚设计应符合GB 4351—84中第3．6．1款规定。其中设计压力为灭火器在60℃时内部灭火剂完全反映平衡压力。
  灭火器筒体、受内压器头及筒体与器头连接零件水压强度应符合GB 4351—84中第3．6．2款规定。
  灭火器爆破强度应符合GB 4351—84中第3．6．3款规定。
  灭火器抗振动性能应符合GB 4351—84中第3．6．4和3．6．5款规定。
  灭火器抗冲击性能应符合GB 4351—84中第3．6．6款规定。
2.8.4构造
  灭火器筒体与器头连接应可靠，使用时不得渗漏。其连接构造应采用下列其中之一。
  a．  M85×2螺纹连接，连接长度不不大于16毫米。
  b．  在ф105毫米圆周线上均布3只M8螺栓连接。
  舟车型灭火器内药瓶盖应密闭，在颠簸下不得渗出灭火剂，并且瓶盖启闭操作应灵活可靠。
  灭火器卸压构造应符合GB 4351—84中第3．10．2款规定。
  灭火器应设有过滤装置，其规定应符合GB 4351—84中第3．10．6款规定。
2.8.5材料
  灭火器钢制筒体材料应用镇定钢制造，其化学成分和机械性能应符合国家关于原则规定。
  灭火器器头材料应为镇定钢或其她金属材料制造，其化学成分和机械性能应符合国家关于原则规定。
  接触灭火剂橡胶、塑料件应由耐酸、耐碱材料制造。其规定应符合GB 4351—84中第3．9．2款规定。
  采用灭火剂应符合关于化学泡沫灭火器用灭火剂原则规定。
2.8.6制造工艺
  灭火器焊缝应均匀，不得有裂纹、烧穿、咬边及未焊透等缺陷。受压零件焊缝探伤检查应按GB 3323—82《钢焊缝射线照相及底片级别分类法》执行，其质量应符合3级规定。
  金属零件加工未注公差尺寸公差级别应符合GB 1804—79《公差与配合  未注公差尺寸极限偏差》中IT 14级规定。非金属零件加工未注公差尺寸公差级别应符合GB 1804—79中IT 16级规定。
  零件螺纹公差应符合GB 197—81《普通螺纹  公差与配合》中内螺纹7H级，外螺纹8g级规定。
  钣金、冲压零件表面应无重皮、皱纹及明显机械损伤等缺陷。
  喷嘴孔应光滑，无毛刺、凹坑等影响喷射性能缺陷。
  灭火器内外部表面等应进行防腐蚀解决，其规定应符合GB 4351—84中第3．7条规定。
2.8.7外观质量
  灭火器油漆件应漆膜色泽均匀，无龟裂，无明显流痕、气泡、划痕、碰伤等缺陷。
  电镀件表面应无气泡、明显划痕、碰伤等缺陷。
  贴花应端正、平服，不缺边少字，无明显皱褶、气泡等缺陷，且经外部腐蚀实验后，应不脱落[9]。

3.课程设计工作任务及工作量
3.1灭火器材料设计
灭火器钢制筒体材料应用镇定钢制造，其化学成分和机械性能应符合国家关于原则规定。手提式泡沫灭火器作为压力容器，材料选取应符合GB150《钢制压力容器》规定。该设计器具筒体材料采用20R，加工工艺为热轧或正火，这种材料有关性能及参数满足规定。
灭火器器头材料应为镇定钢或其她金属材料制造，其化学成分和机械性能应符合国家关于原则规定。器头也采用20R作为加工材料，使用工艺为热轧或正火。
   接触灭火剂橡胶、塑料件应由耐酸、耐碱材料制造。其规定应符合GB 4351—84中第3．9．2款规定。

3.2灭火器强度设计

在使用灭火器扑救火灾或在灭火演习中，有时浮现灭火器顶盖、筒底飞出或筒身破裂等，导致伤人事故。这是由于灭火器没有适当强度，在撞击、超量装药或制造不合格等状况下导致。因而，为使灭火器能安全工作，灭火器应有一种合格强度。对泡沫灭火器进行强度设计，应当使其材料强度满足灭火器有关规定，灭火器抗振动性能、抗冲击性能、水压强度、爆破强度则需要进行有关实验来保证。
3.2.1振动实验
将灭火器以直立工作状态固定在振动台夹具中，对带有专用固定架灭火器，应将灭火器装在专用固定架中，然后再将固定架夹紧在振动台夹具中。
　　依次变化振动台振动方向，使灭火器按空间三个垂直轴线方向进行振动。每个方向振动实验按下列参数持续进行：
　　a）频率：40Hz；
　　b）振幅：1.0mm；
　　c）时间：2.0h。
　 经振动实验后灭火器应按GB4351-97中6.1.1进行喷射实验。测出喷射时间、喷射滞后时间和喷射剩余率。

3.2.2冲击实验
将灭火器放置在其规定最低使用温度（偏差为℃）环境中保持24h以上。实验应在最低使用温度环境中进行。对于贮气瓶灭火器，应把贮气瓶打开，间歇喷射装置关闭，使灭火器处在带压状态下进行冲击实验。
　　在灭火器器头垂直上方挂装一种圆柱形平底钢锤，直径为75mm，重量为kg，钢锤底部距离灭火器器头顶端高度按下列公式计算：
　　 H=M/20 3.1.3
式中：H——钢锤底部距灭火器器头顶端高度，m；
　　 M——灭火器总重量数，kg。
　　当计算值不大于0.3m时，H值取0.3m。
　　先将灭火器直立放置，钢锤自由落下冲击灭火器器头某些。然后再将灭火器水平放置，器头枕垫在钢块上，钢锤自由落下冲击灭火器器头某些。实验成果应符合GB4351-97中5.8.2规定。
　　实验后将灭火器内灭火剂清除，然后按GB4351-97中6.8.1进行水压实验，实验成果应符合GB4351-97中5.8.2规定。

3.2.3水压实验
将灭火器（或贮气瓶）安装在实验台上，实验台构造应保证灭火器筒体不受外力。实验采用水作加压介质，水温应不低于5℃。实验用压力批示仪精度应不低于1.5级。灭火器筒体与器头可分别进行实验，但它们之间连接零件与连接部位也应经受水压实验。
　　实验时先升压至最大工作压力，然后卸压，重复进行多次，以排除水中气体；然后缓慢、均匀升压至规定压力，在此压力下持续时间应不少于1min并仔细观测。实验成果应符合GB4351-97中5.10.1.1或5.10.2.1规定。

3.2.4爆破实验
将经水压实验合格灭火器（或贮气瓶）安装在实验台上，实验台应有安全防护设施。实验水温应不低于5℃，实验用压力批示仪精度应不低于1.5级。
　　实验时先升压至最大工作压力，然后卸压，重复进行多次，以排除水中气体；然后以缓慢均匀速率升压，直以灭火器（或贮气瓶）破裂。
　　如果未达到规定爆破压力前器头密封件处发生泄漏，则可将灭火器筒体与器头分别进行实验，但筒体与器间连接零件也应经爆破实验。爆破实验成果应符合GB4351-97中5.10.1.2或5.10.2.3规定[8]。
3.3灭火器构造设计
3.3.1设计压力p：
依照GB4351-97中5.10.1.1和5.10.1.2中规定，
3.3.2
3.3.3
其中，PB为最小爆破压力；
PE为实验压力；
PMS为最大工作压力；
选用最小爆破压力PB为5.5MPa,解得相应实验压力PE为2.8MPa，最大工作压力PMS为1.5MPa。最小爆破压力即为设计压力，因此设计压力p=5.5MPa。

3.3.2设计温度T：
由于手提式泡沫灭火器推荐温度范畴为：4 ～ 55℃，可得此灭火器设计温度为55℃。

3.3.3灭火器圆筒壳体厚度t

3.3.1

式中，p为设计压力 （MPa）；
为焊缝系数；
为许用应力 (MPa)；
为圆筒内径 (mm)；
（1）拟定有关参数：
焊缝系数：依照GB150《钢制压力容器》中规定，对于手提式泡沫灭火器采用单面焊、局部无损检测圆筒焊缝系数取0.8。
壁厚附加量C：C1 = -0.45mm,C2 = 0.05mm
许用应力：选用20R作为圆筒制作材料，查阅GB150《钢制压力容器》
设壳体名义厚度t＇= 6～16mm，得到设计温度在55℃许用应力 = 133MPa
（2）计算壳体厚度t:

3.3.4灭火器圆筒筒身高度h

取灭火器筒身直径为15厘米，依照公式3.3计算筒身高度h

3.3.4
式中，V ---- 体积（L）；
D ---- 筒身直径（mm）；
经计算可得灭火器筒身高度为:

848mm

3.3.5灭火器封头
此手提式泡沫灭火器采用椭圆形封头，封头重要参数有封头壁厚t和封头高度hi和直边段长度L,有关计算公式如下：
3.3.5.1
3.3.5.2
普通规定＜2.6 ，因此计算得到hi为30mm。直边段长度L≥25～50mm,L值可取为25mm。
将hi=30带入式3.3.5.2中，解得：
K= =1.37
t==5.4mm

3.3.6灭火器瓶胆

灭火器瓶胆采用耐碱材料设计，瓶胆容量2.0±0.1L。

3.3.7灭火器喷嘴

喷嘴内径：3.8±0.2mm

3．4灭火器药剂及基本参数设计
化学泡沫灭火器药剂有两种内剂（）和外剂()。而内剂硫酸铝稳定化合物是，通过药剂化学反映：6NaHCO3 +Al2(SO4)3 ﹦﹦﹦ 3Na2SO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 ↑，
借此拟定反映药剂比例：

依照GB4395-92中5.2.2规定和GB4400-84中1.3.1规定进行灭火器药剂内剂和外剂剂量设计，并得到有关设计参数。

内剂
硫酸铝（g）
1500±10
清水（ml）
1500±50
外剂
碳酸氢钠（g）
1080±10
清水（ml）
12500±100
有效喷射时间（s）
≧60
有效喷射距离（m）
≧8
喷射滞后时间（s）
≦5
喷射剩余率（%）
≦10

4.总结
通过本次课程设计，我理解了手提式泡沫灭火器构造、工作原理、灭火对象、用法、基本参数及技术规定。灭火器之因此能灭火跟灭火器喷出药剂对燃烧物质作用密不可分。燃烧三要素是可燃物、助燃物、火源，而灭火无外乎从三要素出发，惯用三种办法是：一是将燃烧物质与火源进行隔离；二是使燃烧物质接触不到氧气，进而窒息熄灭；三是通过对燃烧物质进行降温，当温度减少到燃烧物质着火点如下时，燃烧自动停止。泡沫灭火器也是运用这些原理来灭火。相信通过这次课程设计，我将明确如何对的使用灭火器，可以纯熟辨别各种类别灭火器。

参照文献
[1] 王德文.汽车油品重大火灾剖析.东南大学出版社,1995
[2] 左武炘.五金常识百问百答.中华人民共和国建材工业出版社,1996.05
[3] 石永春，胡役芹，胡利明.加油站工作人员业务知识问答.中华人民共和国石化出版社，  
[4] 雷德峰.灭火器生产使用安全技术. 四川科学技术出版社,1989.09
[5] 叁壹.公民避险自救常识.太白文艺出版社,.09
[6] 货匡国.化工容器及设备简要设计手册.北京：化工工业出版社，
[7] GB 4400 手提式化学泡沫灭火器
[8] GB 4395 化学泡沫灭火器用灭火剂
[9] GB 4351 手提式灭火器通用技术条件
[10] GB 4402 手提式干粉灭火器
[11] GB 5100 钢质焊接气瓶
[12] GB 5842 液化石油气钢瓶
[13] GN 11 消防产品型号编制办法