气体灭火系统灭火剂输送管道的安装与气压强度试验.doc

窗体顶端窗体顶端浅谈气体灭火系统灭火剂输送管道的安装与气压强度试验（上）朱劲武周铁祥（北京利达海鑫灭火系统设备有限公司，北京联系电话：[phone]）摘要：本文结合规范的要求，介绍了气体灭火系统灭火剂输送管道的安装与固定方式及管道连接的几种密封方法，探讨了灭火剂输送管道试验的方法和压力的确定，提出了进行气压强度试验时试验气源的选择与计算，以及试验管路的连接与试验注意事项等。关键词：气体灭火系统、灭火剂输送管道、密封、气压强度试验、氮气、试验压力。气体灭火系统属中、高压灭火系统，灭火时灭火剂输送管道需承受灭火剂喷放所产生的压强和冲击力，如果灭火剂输送管道安装出现问题，将酿成严重的事故，危害人们的生命和财产安全。如2013年3月，河北某大型水泥厂采用二氧化碳气体灭火系统保护的煤粉仓发生火灾，灭火时两位消防专干在电气启动失效时，进入瓶组间手动启动灭火系统，由于灭火剂输送管道安装质量问题，进入瓶组间内的钢管外丝与管件内丝在二氧化碳气体喷放时脱扣，二氧化碳气体全部喷洒到瓶组间内，瞬间的降温和窒息造成两人死亡的重大事件。气体灭火系统灭火剂输送管道一定要按规范的要求正确安装和严格试验，才能避免事故的发生，真正实现气体灭火系统为人民生命财产安全保驾护航的目的。GB50370-2005气体灭火系统设计规范和GB50263-2007气体灭火系统施工及验收规范中对气体灭火系统灭火剂输送管道的安装和试验均有严格的规定。现笔者根据多年的气体灭火系统施工安装与指导中摸索的经验，并结合规范的要求，谈谈气体灭火系统灭火剂输送管道的安装与气压强度试验。1 灭火剂输送管道安装严格按照规范的要求选用合格的材料和正确的安装方法，包括管道的连接、管道支吊架的安装、管道连接的密封等。1.1 管道连接方式管道连接方式主要有螺纹连接和法兰连接， GB50370-2005气体灭火系统设计规范中4.1.9 第4条规定：“管道的连接，当公称直径小于或等于80mm时，宜采用螺纹连接；大于80mm时，宜采用法兰连接。”此处规范中采用的用词是“宜”，表示允许稍有选择，属于非强制性条款。笔者也确实发现在施工安装时，公称直径大于80mm的管道经常采用螺纹连接。原因是采用螺纹连接时可以在现场使用套丝机机械加工螺纹，施工比较简单，而法兰连接需要将法兰与管道、管件进行焊接加工，施工比较麻烦。但笔者建议公称直径大于80mm的管道应采用法兰连接，主要考虑如下：一是连接的可靠性和施工的安全性。螺纹连接方式主要依靠管道上的外螺纹与管件上的内螺纹直接连接，当管道直径小时，需要的安装力矩相对较小，容易紧固。随着管径的增加，需要的安装力矩增大，紧固的难度也随之增加。气体灭火系统灭火剂输送管道安装在室内离地几米的高度，安装完全依靠手工工具和人力，安装大管道时，很难保证达到其所需的安装力矩。同时，管道越大变形量也越小，安装时对螺纹的垂直度、同轴度等要求也越高，尤其是在与弯头、三通等管件连接时还须考虑其安装角度和方向，就更难保证连接的可靠性了。且空中作业，施力不当，极易酿成安全事故。二是试验与维修的方便性。管道安装后，按规定应进行水压强度和气密性试验（气压强度试验），合格后方能投入使用。在安装时采用螺纹连接的大管道，由于安装力矩大，且在密封胶等填料的作用下，一旦泄漏，需要进行维修时，管道拆卸将是一件非常困难的事情。有时为了一个泄漏点需要拆几十米的管道，有时管道由于胶粘的太牢，必须使用氧割烤化方能拆卸，费时费力。法兰连接依靠螺栓紧固，安装时在两片法兰中间放入法兰垫，穿上螺栓，对角拧紧螺栓即可。安装省力，连接可靠，试验时即使泄漏。只需拆卸泄漏点的法兰，修复或更换配件即可。因此，建议公称直径大于80mm的管道应采用法兰连接。采用法兰连接时，由于法兰与管道之间的焊接，将不可避免的造成镀锌层的局部损坏。对于这一问题，GB50263-2007气体灭火系统施工及验收规范中5.5第3条规定“已经处理的无缝钢管不宜采用焊接连接，与选择阀等个别连接部位需采用法兰焊接连接时，应对被焊接损坏的防腐层进行二次防腐处理”。实际施工中，现场所使用的无缝钢管和管件等都已经过热镀锌处理，焊接法兰后，对损坏的镀锌层应进行怎样的二次防腐处理，规范未做明确的规定。目前普遍认为的二次防腐处理的方法有两种：一是二次镀锌，二是涂防锈漆或环氧底漆。建议采用如下方法：首先，对于管道与法兰焊接后的二次防腐处理，建议对破坏的镀锌层和焊渣打磨干净后涂防锈漆或环氧底漆两遍以上，且钢管和法兰的内外表面都应涂漆，且第二遍应在第一遍完全干透后再行涂抹。其次，对于弯头、三通等管件的二次防腐处理，建议进行二次镀锌处理。目前，市场上有已焊接好法兰并镀锌的管件购买，也可以直接在厂家订购，省去了现场的焊接和二次镀锌，非常方便和实用。1.2管道支吊架的安装应符合规范要求气体灭火系统在喷放时将产生很大的冲击、振动、摇晃，加上管道自身的重量较大，因此在灭火剂管道安装时，应按规范要求用支吊架对管道进行固定，以支撑管道重量，防止管道弯曲变形并增强管道连接处螺纹或法兰强度，提高管道抗振能力，预防管道脱离。1.2.1管道支吊架的安装应符合规范要求GB50263-2007气体灭火系统施工及验收规范中5.5.3管道支、吊架的安装应符合下列规定：1管道应固定牢靠，管道支、吊架的最大间距应符合表5.5.3的规定。2管道末端应采用防晃支架固定，支架与末端喷嘴间的距离不应大于500 mm。3公称直径大于或等于50 mm的主干管道，垂直方向和水平方向至少应各安装1个防晃支架，当穿过建筑物楼层时，每层应设1个防晃支架。当水平管道改变方向时，应增设防晃支架。表5.5.3支、吊架之间最大间距DN (mm)1520253240506580100150最大间距(m)1.51.82.12.42.73.03.43.74.35.21.2.2 管道支吊架结构、安装尺寸和材料选用管道支吊架结构、安装尺寸和材料可依据GJBT-1009（07S207）气体消防系统选用、安装与建筑灭火器消防图集选用，根据管道固定方式和公称通径选择合适的支吊架形式（如图1图10），图中管道安装尺寸和支吊架材料见表1、表2。 图1：DN15DN50管道 图2：DN65DN150管道沿墙（柱）安装单管托架图 沿墙（柱）安装单管托架 图3：DN15DN40管道 图4：DN50DN150管道沿墙（柱）安装双管托架图 沿墙（柱）安装双管托架图 图5：DN15DN50管道单管吊架图 图6：DN65DN150管道单管吊架图 图7：DN50DN150管道双管吊架图 图8：钢板大样图 图9：管道穿墙敷设安装图 图10：管道穿楼板敷设安装图表2管道安装尺寸表 （mm）管径DN管道中心距L3L1L2L4L5152025324050658010012515015100704020110110804025110120120805032120120130140905040120130140150150100505013013015016017017010060906514015016017017019019011070200100801501601701801802002102101308020011510016017519019020020022022024014090220130125180190200200210210230250250260160110250140150200200210210230230250270270285300170120280150表3支架、吊架、套管材料规格表管径DN单管托架管径DN单管吊架支承角钢斜撑角钢钢板AB胀锚螺栓角钢钢板AB胀瞄螺栓1565L505L505801808M121101565L 505801808M1211080100L636L6361002008M1211080150L 63610020010M16150125150L757L75712023010M16150管径DN双管吊架管径DN双管托架角钢钢板AB胀瞄螺栓支承角钢斜撑角钢钢板AB胀锚螺栓5080L 505801808M121101550L505L505801808M12110100150L 63610020010M161506580L636L6361002008M12110穿墙、穿楼板钢套管100125L757L75712023010M16150DN152532506580100125150150L908L90813025010M20170DN150801001251502001.3管道连接的密封方法1.3.1螺纹连接的密封方法采用螺纹连接方式的管道，主要依靠管道螺纹和填料来密封。可用做管道螺纹密封的填料有很多种，实际应用中各有其优缺点，这里推荐几种常用的管道螺纹密封方法。（1）管螺纹专用密封胶密封。这是一种最简单有效的螺纹密封方法，使用时将管螺纹专用密封胶在内外螺纹上涂满，拧紧后经过一段时间固化以后即可。采用此种方法关键在于密封胶的选择。目前市场上可供选择的管螺纹密封胶很多，购买时一定要仔细阅读使用说明书，依据其适用温度、压力等级、螺纹规格，选用合适的品牌和型号。（2）麻丝粘胶密封。这是一种应用很久的密封方法，其具体做法是将捋好的麻丝缠绕在管道螺纹沟槽内，在麻丝表面涂抹环氧树脂或AB胶、万能胶、玻璃胶，连接管件后拧紧螺纹，利用麻丝吸胶膨胀后将管道螺纹密封住。采用此种方法密封非常牢固，但日后维修时不易拆卸。但应注意密封胶不能用铅油来代替，气体灭火系统管道不同水管，其承受的压力很高，用铅油容易造成泄漏。（3）麻丝粘胶加生料带密封。这是在第2种方法的基础上发展起来的一种密封方法。即在麻丝上涂完胶后，再在其上缠绕4到5圈生料带，目的是裹紧麻丝，方便丝扣的连接，还能起到美化外观的效果。此种方法经济耐用，推荐优先采用。（4）生料带密封。在管道螺纹上缠绕一定圈数的生料带，与管件连接后拧紧螺纹即可。采用此种方法，对螺纹的加工精度及生料带的缠绕方法要求较高。实际施工中，由于螺纹精度不够、生料带缠绕圈数不够或拧紧力矩不够，易造成泄漏，返工率较高。此种密封方法的优点是维修拆卸方便和成本低。1.3.2法兰连接的密封方法采用法兰连接方式的管道，其密封效果取决于法兰的类型和密封垫片的选用。焊接法兰分为平焊法兰和对焊法兰。平焊法兰的刚性较差，适用于压力p4MPa的场合；对焊法兰又称高颈法兰，刚性较大，适用于压力温度较高的场合。法兰密封面的型式有三种：平面型密封面，适用于压力不高、介质无毒的场合；凹凸密封面，适用于压力稍高的场合；榫槽密封面，适用于易燃、易爆、有毒介质及压力较高的场合。由于气体灭火系统药剂输送管道工作压力高，为确保密封，应选择凹凸面对焊法兰。法兰密封垫片是一种能产生塑性变形、并具有一定强度的材料制成的圆环。其材料为石棉橡胶板、石棉板、聚乙烯板等；也有用薄金属板(白铁皮、不锈钢)将石棉等非金属材料包裹起来制成的金属包垫片；还有一种用薄钢带与石棉带一起绕制而成的缠绕式垫片。普通橡胶垫片适用于温度低于120的场合；石棉橡胶垫片适用于对水蒸气温度低于450，对油类温度低于350，压力低于5MPa的场合，对于一般的腐蚀性介质，最常用的是耐酸石棉板。在高压设备及管道中，采用铜、铝、10号钢、不锈钢制成的透镜型或其他形状的金属垫片。高压垫片与密封面的接触宽度非常窄(线接触)，密封面与垫片的加工光洁度较高。气体灭火系统一般选用金属板包石棉法兰垫片或薄钢带缠石棉或聚四氟丙烯法兰垫片。窗体底端在灭火剂输送管道安装时，还应特别注意GB50263-2007气体灭火系统施工及验收规范中的以下规定：（1） 5.5.1中第1条采用螺纹连接时，管材宜采用机械切割；螺纹不得有缺纹、断纹等现象；螺纹连接的密封材料应均匀附着在管道的螺纹部分，拧紧螺纹时，不得将填料挤入管道内；安装后的螺纹根部应有23条外露螺纹；连接后，应将连接处外部清理干净并做防腐处理。（2） 5.5.1中第2条采用法兰连接时，衬垫不得凸入管内，其外边缘宜接近螺栓，不得放双垫或偏垫。连接法兰的螺栓，直径和长度应符合标准，拧紧后，凸出螺母的长度不应大于螺杆直径的1/2且保有不少于2条外露螺纹。（3） 5.5.5灭火剂输送管道的外表面宜涂红色油漆。在吊顶内、活动地板下等隐蔽场所内的管道，可涂红色油漆色环，色环宽度不应小于50 mm。每个防护区或保护对象的色环宽度应一致，间距应均匀。2 灭火剂输送管道试验为确保气体灭火系统使用的安全性，杜绝事故的发生，灭火剂输送管道安装完毕应严格按规范的要求进行强度和气密性试验。通过试验全面检测钢管、管件、支吊架等零部件的产品质量和安装质量，综合评估系统管道的安全性能和密封性能。2.1 试验方法和试验压力确定GB50263-2007气体灭火系统施工及验收规范中关于灭火剂输送管道试验要求与试验方法有详细的规定，摘录几条如下：（1） 5.5.4 灭火剂输送管道安装完毕后，应进行强度试验和气压严密性试验，并合格。（2） E.1.3当水压强度试验条件不具备时，可采用气压强度试验代替。气压强度试验压力取值：二氧化碳灭火系统取80%水压强度试验压力，IG541混合气体灭火系统取10.5MPa，卤代烷1301灭火系统和七氟丙烷灭火系统取1.15倍最大工作压力。（3） E.1.5灭火剂输送管道经水压强度试验合格后还应进行气密性试验，经气压强度试验合格且在试验后未拆卸过的管道可不进行气密性试验。综上规定，结合施工现场情况，在灭火剂输送管道安装后，笔者建议采用气压强度试验代替水压强度试验和气密性试验。这样既避免了水压强度试验时泄漏对防护区设备和墙壁造成的水损现象，又节约了试验成本和工时。灭火剂输送管道气压强度试验的压力可按表3取值。系统类别最大充装密度（kg/m3）贮存压力（+20时）（MPa）贮瓶或减压后最大工作压力（+50时）（MPa）气密性试验压力（MPa）高压二氧化碳气体灭火系统6005.712.410低压二氧化碳气体灭火系统2.7混合气体（IG-541）灭火系统15.078.720.078.7七氟丙烷灭火系统11202.54.22.811204.26.76.79504.25.35.310805.68.08.0表3灭火剂输送管道气压强度试验压力2.2 试验气源的选用和计算依据规范的要求试验气源可以采用氮气或压缩空气。在进行气压强度试验时，应该采用何种气源比较经济合理呢？氮气需要从市场购买，压缩空气可以用空气压缩机直接供气，似乎采用压缩空气要经济一点。其实不然，首先，普通的空气压缩机产生的气压达不到试验规定的压力，还需专门购买或租用高压空气压缩机。其次，高压空气压缩机在工作中用水用电量大，且产气量少，需要的试验时间很长。尤其是在管道泄漏点多时，试验压力很难增高。曾经有施工方借用本公司的高压空气压缩机，在某工地进行管道试验时就遇到过压力不增加的情况，最后不得不改用氮气进行试验。在此，建议使用氮气作为试验气源。目前全国各地都有气站，购买非常方便，氮气的价格也不高，只需交纳一定押金，气站就能将灌装好的气瓶直接送到工地。试验加压用氮气瓶一般选用40升15MPa钢瓶，实际瓶内充装压力在13MPa左右。一个防护区灭火剂输送管道试验用气量需要多少瓶氮气，可以采用计算管道内的平衡压力的方法推导出所需钢瓶数量。为充分利用氮气瓶内的压力，减少氮气瓶的使用量，计算时应按单个氮气瓶依次向管网内加压计算钢瓶数量。从第一个氮气瓶向管道内加压开始计算求得管道内的平衡压力，直至第N个瓶，使计算出的管道内的平衡压力达到气压强度试验规定的压力值，N即为试验所需氮气瓶数。因试压过程中可能存在泄漏等问题，最终确定氮气瓶数量时，应按计算数量的1.051.1倍适当多配置几个计算。灭火剂输送管道做气压强度试验所需氮气瓶数量计算方式有两种：一种是采用公式进行理论计算，计算过程繁杂且耗时；第二种是查表法，通过表4和表5直接查表获得，简单、快速。2.2.1 公式计算方法管道内的平衡压力可按以下公式进行估算：（公式1）式中 P2管道内的平衡压力；P0加压前管道内的压力； V0防护区管网容积，可查表2取值计算；P1氮气瓶的充装压力，取值13MPa； V1氮气瓶容积，取值40L； V2防护区管网容积与氮气瓶容积之和。例1：已知某七氟丙烷气体灭火系统，需做7.71MPa的气压强度试验。防护区1管网容积为100L，求试验需用氮气瓶数量？计算如下：第1瓶时管道内的平衡压力：（MPa）；第2瓶时平衡压力：（MPa）；第3瓶时平衡压力：（MPa）；由此得出试验需用氮气瓶3个，考虑泄漏等因素应配备4个氮气瓶。2.2.2 查表计算法表4 管道容积参数表管道 公称容积 通径(L) （mm）管长(m)DN25DN32DN40DN50DN65DN80DN100DN125DN150104.91 8 13 20 33 50 79 123 177 157.36 12 19 29 50 75 118 184 265 209.81 16 25 39 66 100 157 245 353 2512.27 20 31 49 83 126 196 307 442 3014.72 24 38 59 99 151 236 368 530 3517.17 28 44 69 116 176 275 429 618 4019.63 32 50 79 133 201 314 491 707 4522.08 36 57 88 149 226 353 552 795 5024.53 40 63 98 166 251 393 613 883 5526.98 44 69 108 182 276 432 675 971 6029.44 48 75 118 199 301 471 736 1060 6531.89 52 82 128 216 327 510 797 1148 7034.34 56 88 137 232 352 550 859 1236 7536.80 60 94 147 249 377 589 920 1325 8039.25 64 100 157 265 402 628 981 1413 8541.70 68 107 167 282 427 667 1043 1501 9044.16 72 113 177 298 452 707 1104 1590 9546.61 76 119 186 315 477 746 1165 1678 10049.06 80 126 196 332 502 785 1227 1766 10551.52 84 132 206 348 528 824 1288 1855 11053.97 88 138 216 365 553 864 1349 1943 11556.42 92 144 226 381 578 903 1411 2031 12058.88 96 151 236 398 603 942 1472 2120 12561.33 100 157 245 415 628 981 1533 2208 13063.78 104 163 255 431 653 1021 1595 2296 13566.23 109 170 265 448 678 1060 1656 2384 14068.69 113 176 275 464 703 1099 1717 2473 14571.14 117 182 285 481 728 1138 1779 2561 15073.59 121 188 294 497 754 1178 1840 2649 查出管网容积V0后，依据试验压力查表5查出试验用氮气瓶数量。表5常用气体灭火系统气压试验氮气瓶数量选用表管网容积V氮气 试验瓶组 压力(个) （MPa）管网容积(L)7.7（4.2MPa七氟丙烷气体灭火系统）10.5（IG541混合气体灭火系统）12（二氧化碳气体灭火系统）5023510035815047112005101525071218300814213509162440010182745011203150012223455013243760014264065016284370017304775018325080019345485020365690021385995022406310002343661050244569110026477311502749771200285180125029538313003055861350315789140032599514503361961500356399例2：某七氟丙烷灭火系统，防护区管道公称通径和长度分别为：DN100，25米； DN80，13米；DN65，9米；DN50，24米。水压强度试验压力为7.7MPa，求试验用氮气瓶数？解：（1）查表4求管网容积：V0=196+75+33+49=353（L）； （2）查表5得试验用氮气瓶数为10瓶； （3）考虑泄漏等因素，增加1瓶备用，得出试验用氮气瓶数为11瓶。2.3 气压强度试验管网连接进行灭火剂输送管路气压强度试验时，将氮气通过管路连接到选择阀出口灭火剂输送管路上焊接的压力讯号器座上，向管网内加压，是最方便的一种连接方法。试验管网连接见图11。1、氮气瓶 2、氮气瓶出口接头3、输气管1 4、针形阀5、压力表 6、输气管2 7、选择阀 8、试压接头 9、压力讯号器座 10、灭火剂输送管路 图11：气压强度试验管网连接图如图11所示，将氮气瓶出口接头2与氮气瓶1相连，试压接头8与选择阀出口灭火剂输送管路上的压力讯号器座9相连，开启氮气瓶阀门和针形阀4即可向灭火剂输送管路内充压。压力平衡后，关闭针形阀和氮气瓶阀门，更换氮气瓶，直至压力表5显示的压力达到试验压力。2.4 试验注意事项（1）试验前应确认所试区域选择阀已处于关闭状态，所试区域外围管网已处于封闭状态，也就是说喷嘴处是否用堵头或钢管一端是否用焊接钢板进行封堵。（2）试验前应先进行预试验，先将针型阀打开，再缓慢打开氮气瓶，同时观察压力表5的变化情况，当压力值上升到0.2MPa时，关闭氮气瓶和针型阀，检查每个焊接处与螺纹接口处是否有泄漏，如有泄漏，应修复后方可继续向管道内充气试压。 （3）试验时，应逐步缓慢增加压力，当压力升至试验压力的50%时，停止加压，经观察未发生泄漏或异状，继续按试验压力的10%逐级升压，每级稳压3min，直至达到试验压力。关闭气源或针型阀，稳压3min后，各管道无变形，泄漏量不超过试验压力的10%为合格。（4）试验过程中如需更换氮气瓶，应先将针型阀关闭，再将氮气瓶关闭，将氮气瓶出口接头与氮气瓶分离，更换新氮气瓶。试验过程中如发现有泄漏等现象，应中止加压，查明原因修复后方可继续试验。 （5）试验结束后，旋松氮气瓶出口接头螺套半圈，将输气管1内的氮气缓慢排净后，方能将出口接头完全拆卸下来。然后将输气管1固定住，缓慢打开针型阀将管网中的氮气释放到空气中，切记一定要缓慢释放，以免高压气体伤人或损坏设备。管网内气体排放干净后，才能拆除输气管2，继续进行下一个区域的试验。（6）为了减少试验用氮气瓶数量，降低试验成本，可将试验合格后管道内有压力的气体引到下一个需要试验的防护区管道内。参考文献：1 GB 50370-2005，气体灭火系统设计规范.2 GB 50263-2007，气体灭火系统施工及验收规范.3 GB 25972-2010，气体灭火系统及部件.4 GB 16669-2010，二氧化碳灭火系统及部件通用技术条件.5 GJBT-1009（07S207），气体消防系统选用、安装与建筑灭火器.结稿日期：2014-1-12；修订日期：2014-9-18作者地址：北京市北京经济技术开发区荣京东街17号北京利达海鑫公司作者邮编：100176 电话：[phone]窗体底端