二氧化碳灭火系统设计.docx

摘 要二氧化碳气体灭火剂具有较高的灭火效率和无污染等特点，针对在国内外禁止使用哈龙灭火剂及其灭火系统和国内越来越多的重要场所需要使用二氧化碳气体灭火系统进行保护的的情况，本设计以淮北市电信大楼为目标建筑物，对其进行了二氧化碳气体灭火系统设计。依据二氧化碳灭火系统设计规范，对淮北市电信大楼进行了气体灭火防护区划分、二氧化碳灭火用量的计算、系统管网布置等方面的工作。在此基础上，结合目标建筑物的实际情况，对其进行了安全疏散校验，进而完成了本设计。关键词: 电信大楼；二氧化碳；灭火系统；组合分配ABSTRACTCarbon dioxide gas extinguisher has high fire extinguishing efficiency and pollution-free characteristics,we aiming at Huaibei telecommunications building.Ha dragon extinguisher and extinguishingsystem have been banned at the home and abroad.On the basis of theCarbon dioxide fire system design code,Huaibei telecommunications building have been Divisioned of gas fire-extinguishing protective area,calculated the amount of Carbon dioxide fire extinguishing and layouted System pipeline,etc.On this basis,combining with the actualsituation,the goal building on the safe evacuation check,and then finished the design.Keyword: Telecommunications building；Carbon dioxide；Fire extinguishing agent system；Combined distribution 目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 国内外气体灭火系统发展现状11.2 二氧化碳灭火系统的分类21.3 二氧化碳灭火系统设计的目的及意义2第2章 淮北市电信大楼建筑物概况及设计依据42.1 建筑物概况42.2 设计依据4第3章 设计计算53.1 防护区的划分53.2 二氧化碳设计用量63.3 二氧化碳的贮存量93.4储存容器规格及数量确定93.5 灭火时间的确定103.6 管路布置103.6.1设定喷头布置和数量103.6.2 管网平面布置图133.7灭火系统管网计算163.8 管网设计流量计算163.8.1地下一层灭火系统管网设计流量计算173.8.2一、二层灭火系统管网设计流量计算183.8.3 三、四层灭火系统管网设计流量计算193.8.4 五、六、七层灭火系统管网设计流量计算193.9 管径初定203.9.1地下一层灭火系统管径计算203.9.2 一、二层灭火系统管径计算213.9.3三、四层灭火系统管径计算213.9.4 五、六、七层灭火系统管径计算223.10 管段长度的计算233.10.1 地下一层灭火系统管段长度计算233.10.2一、二层灭火系统管段长度计算243.10.3三、四层灭火系统管段长度计算253.10.4 五、六、七层灭火系统管段长度计算273.11管道压力降计算和高程压力计算283.12喷嘴的选择计算333.12.1喷头压力和等效孔口喷射率333.12.2喷头孔口尺寸计算333.12.3喷嘴的确定34第4章 安全疏散计算374.1疏散时间与允许疏散时间374.2 疏散计算的假设条件384.3 房间疏散时间计算384.4 各楼层防护区房间安全疏散计算评价40第5章 毕业设计心得体会46致 谢48参考文献49附 录50CONTENTSABSTRACTIABSTRACTIIChapter 1 Introduction11.1 Gas fire-extinguishing systems development situation at home and abroad11.2 The classification of carbon dioxide fire system21.3 The purpose of the carbon dioxide fire extinguishing system design and significance2Chapter 2 Huaibei city telecom survey and design basis for tall buildings42.1 Building profiles42.2 Design basis4Chapter 3 Design calculation53.1 Protection zone partition53.2 Carbon dioxide design dosage63.3 Carbon storage capacity93.4 Storage vessel specifications and determine the number93.5 Fire-fighting time determination103.6 Pipeline layout103.6.1 Set the nozzle layout and quantity103.6.2 Pipeline layout133.7 The hydraulic calculation extinguishing system163.8 Network design flow calculation163.8.1 Fire-fighting system underground layer173.8.2 The first and second floor fire-extinguishing systems183.8.3 The thirdt and fourth floor fire-extinguishing systems193.8.4 Fifth, sixth and seventh layer fire-extinguishing systems193.9 Early diameter set203.9.1 The first floor underground pipe diameter extinguishing system calculation203.9.2 First, second extinguishing system pipe diameter calculation213.9.3 Fifth, sixth and seventh layer extinguishing system pipe diameter calculation213.9.4 Fifth, sixth and seventh layer extinguishing system pipe diameter calculation223.10 Calculation of pipe length233.10.1 The first floor underground pipeline length calculation fire-fighting system233.10.2 First, second extinguishing system pipeline section length computation233.10.3 The third and fourth layer extinguishing system pipeline section length computation233.10.4 Fifth, sixth and seventh floor length calculation pipeline fire system233.11 Line pressure drop calculation and elevation pressure calculation273.12 Nozzle choice333.12.1 Nozzle pressure and equivalent orifice injection rate333.12.2 Nozzle orifice size calculation333.12.3 Determined the nozzle34Chapter4 Safe evacuation calculation374.1 Evacuation time and allow evacuation time374.2 The assumptions evacuation calculation384.3 Room evacuation time calculation384.4 Each floor room protection zones safe evacuation to calculate and evaluate40Chapter 5 Design experience and future Suggestions for correction46Acknowledgments48References49Appendix50第1章 绪 论随着科技的进步和社会经济的发展，大批工业和民用建筑尤其是高层建筑不断涌现，越来越多的机房、电信楼等不能用水灭火的场所，需要使用灭火后破坏性小的介质进行保护，气体灭火系统以其固有的特性 洁净、高效的灭火手段逐步得到了大家的认可。二氧化碳气体灭火剂具有较高的灭火效率、较低的灭火浓度、电绝缘性高、在其使用灭火浓度范围内对人员没有伤害及清洁无污渍等优异性能。因此，在世界各国得到了广泛的使用，越来越多的重要场所采用二氧化碳气体灭火系统进行防护1。1.1 国内外气体灭火系统发展现状第一次世界大战前，二氧化碳灭火系统在国外已开始应用。它是开发应用最早的气体灭火系统，随着应用的需要和二化碳灭火系统技术的成熟性，使其受到各国的重视。美国、英国、德国、日本、澳大利亚、国际标准化组织等都相继制定了二氧化碳灭火系统的标准或规范。我国从50年代开始应用二氧化碳灭火系统，并于1993年颁布了国标二氧化碳灭火系统设计规范（GB5019393），使二氧化碳灭火系统的设计有了依据。该规范仅适用于高压二氧化碳灭火系统。目前我国普遍应用的是高压二氧化碳灭火系统。我国于1983年至1985年分别颁布了二氧化碳、1211和1301灭火剂的国家标准；1984年颁布了二氧化碳、1211灭火器国家标准；1987年、1992年、1993年和1997年发布了卤代烷1211灭火系统设计规范、卤代烷1301灭火系统设计规范、二氧化碳灭火系统设计规范和气体灭火系统施工及验收规范，1999年局部修订了二氧化碳灭火系统设计规范，增加了关于低压二氧化碳灭火系统的规定。我国的气体灭火技术在二十世纪六十年代之后得到了普遍应用和迅速发展。它被广泛应用于计算机房、通讯机房、图书馆、档案馆、博物馆、重点文物保护单位及工厂的控制室、变配电室、飞机座舱与货舱、飞机发动机短舱、船舶的轮机舱与货舱以及电厂等重要保护场所。 我国的消防主要规范建筑设计防火规范(GBJ16-67-95-97)和人民防空工程设计防火规范(GBJ98-87-97)、高层民用建筑设计防火规范(GB50045-95-97)及建筑灭火配置设计规范(GBJ140-90-97)等四项国家规范在保护大气臭氧层和人类生态环境专题上的1997年同时局部修订条文，二氧化碳逐步替代与淘汰哈龙2。1.2 二氧化碳灭火系统的分类二氧化碳灭火系统分为高压和低压两种。高压二氧化碳灭火泵统的灭火剂是在常温下储存，其饱和蒸气压为5.8MPa，多用40L或80L高压钢瓶储存，每瓶充装量仅为25kg和50kg。因为二氧化碳的灭火浓度较高，一般在34%以上，对于大防护空间可能需要几百个瓶组，灭火设备占地面积太大，安装、管理也不方便，使高压二氧化碳灭火系统的使用受到限制；低压二氧化碳灭火系统的灭火刺是在低温(-18)下储存其饱和蒸气压为2.1MPa，可用大容量的低压容器储存。其储存量虽多可达百吨，灭火设备的占地面积小、造价低、安装、管理方便、灭火剂释放灵活，可随时关闭，不象高压系统，一经开启便无法关闭，安装及管理方便，但需配有一套能自动控制温度的致静系统3。1.3 二氧化碳灭火系统设计的目的及意义由于卤代烷灭火系统使用受到限制，二氧化碳灭火系统的应用领域正在扩大。所以我国应加快二氧化碳灭火系统的研制及其设计规范的制定工作，特别需要加大对低压二氧化碳灭火的研究。因为低压二氧化碳灭火系统在国外应用很普遍，虽然本次设计选用的是高压二氧化碳灭火系统，并且我国广泛使用的是高压系统，但是低压系统更加的方便，只是由于受限于国内技术，所以目前还不能广泛使用。在日常的设计施工中，只要按照科学的方式方法去设计施工，就能让二氧化碳灭火系统更安全、更有效地为我们服务，更及时有效地扑灭火灾。在此我们有必要对其设计作出进一步的探究。本设计通过研究二氧化碳灭火系统现阶段的应用情况来完善其主要设计参数。采用二氧化碳灭火剂扑灭室内封闭空间火灾时，特别要考虑到要保护防护区内人员不受到伤害，为了保证扑灭火灾而要求的维护构件需要达到的强度这一基本原则4。本设计以淮北市电信大楼为目标建筑物对其进行二氧化碳气体灭火方案设计和优选，这一设计任务的完成对于丰富安全工程专业知识，训练绘图、设计能力具有重要的作用和意义。其目的是合理地设计气体灭火系统，使之有效地达到扑灭火灾，保护人身和财产安全。第2章 市电信大楼建筑物概况及设计依据2.1 建筑物概况市电信大楼位于市中心广场西侧，西邻地区幼儿园，北临少儿图书馆，南接淮海东路，地理位置优越，交通便捷。在总体布局上，电信中心主体建筑面向淮海东路，呈南北向布置。建筑层后退道路红线7.0m，并将临街6.0m一跨架空，不仅有利于人流集散，而且减少了建筑对城市街道的压迫感。在保证使用的情况下，最大限度的将空间贡献给城市。同时该建筑位置特殊，周围没有其他高大建筑，为此结合布局采用了对称设计，并自热形成了简洁的体量对比与体块穿插；并且利用了框架、切削、凹凸及虚实对比手法；主入口处两层通高，结构构件外露，柱面及梁外包铝板，形成了一个空间变化丰富，光影效果强烈的视觉中心。电信大楼中心主楼一共七层，地下室一层，建筑总面积9200m2,建筑高度42.5m，容积率：0.84，覆盖率：19%。2.2 设计依据根据气体灭火系统设计规范（GB50370-2005）、建筑设计防火规范（GB50016-2006）、二氧化碳洁净气体灭火系统设计规范和洁净灭火剂灭火系统标准（NFPA2001）等中的相关规定，对淮北市电信大楼的气体灭火系统进行计算与设计。第3章 设计计算3.1 防护区的划分 由于 市电信大楼一、二层布局相同，三、四层布局相同，五、六、七层布局相同，所以设置的防护区也相同。根据防护区划分原则，共划分如下防护区：地下一层：电缆通道、进线充气室、低压配电室；一、二层：器材销售厅、电缆通道、营业厅；三、四层：程序交控机房、设备间、电缆通道；五、六、七层： 机房、设备间。各防护区的尺寸如表3.1所示。表3.1 各防护区的尺寸 楼层防护区名称防护区长（m）防护区宽（m）层高（m）地下一层电缆通道7.55.56进线充气室147.56低压配电室13.576一、二层器材销售厅5.55.56电缆通道18.252.16营业厅18.75156三、四层程序交控机房14.512.96设备间11.44.86电缆通道18.752.16五、六、七层机房28.514.36设备间11.44.863.2 二氧化碳设计用量本次设计采用全淹没式，二氧化碳灭火系统全淹没方式的二氧化碳灭火剂用量应控制在一定的范围内，即在灭火剂喷放后在防护区的浓度高于有效灭火浓度，并尽可能对人体不产生不良影响的范围内，消防设计时必须根据防护区的体积、温度、压力以及灭火剂的特性来确定灭火剂的用量。对于全淹没系统，二氧化碳灭火总用量一般为设计灭火用量、流失补偿量、管网内和储存容器内的灭火剂的剩余之和。根据二氧化碳灭火系统设计规范5，确定物质系数kb=1.5，设计浓度 c=47%。二氧化碳设计用量的计算公式如下：MKb（K1AK2V） （3.1） AAv30A0 VVvVg式中：M二氧化碳设计用量，kg；Kb物质系数；K1面积系数，kg/，取0.2kg/ m2；K2体积系数，kg/m3，取0.7kg/m3； A折算面积，m2；A0开口总面积，m2； AV防护区的内侧面、底面、顶面的总面积，m2； V防护区的净容积，m3；VV防护区容积，m3；Vg防护区内非燃烧体和难燃烧体的总体积，m3。防护区折算总面积计算结果见表3.2，防护区容积计算结果见表3.3，各防护区二氧化碳设计用量计算结果见表3.4所示。楼层防护区名称地下一层电缆通道41.25238.55.4400.5进线充气室1054685.4630低压配电室94.54355.4597一、二层器材销售厅30.25162.255.4324.25电缆通道38.325320.855.4482.85营业厅281.25967.5402167.5三、四层程序交控机房187.05702.9301602.9设备间54.72303.8415753.84电缆通道38.325320.855.4482.85五、六、七层机房407.551328.7402528.7设备间54.72303.8415753.84楼层防护区名称Vv防护区容积（m）V防护区净容积（m）地下一层电缆通道247.5245进线充气室630625低压配电室567562一、二层器材销售厅181.5180电缆通道229.95227营业厅16891684三、四层程序交控机房1122.31117设备间328.32323电缆通道229.95227五、六、七层机房2445.32440设备间328.32323楼层防护区名称m2V防护区净 容积（m）M二氧化碳设计用量（kg）地下一层电缆通道400.5245377.4进线充气室630625845.25低压配电室597562769.2一、二层器材销售厅324.25180286.275电缆通道482.85227255.47营业厅2167.516842418.45三、四层程序交控机房1602.911171653.72设备间753.84323565.302电缆通道482.85227383.205五、六、七层机房2528.724403320.61设备间753.84323565.302 该电信楼共有8个楼层，并且一套系统所保护的防区不超过8个，所以本次设计设计4套二氧化碳气体灭火系统，对各个防区进行保护。由于本设计采用组合分配系统，用一套灭火剂贮存装置保护多个防护区的灭火系统，必然有一个防护区灭火剂用量最大，所以A、V取各个楼层中系统所保护的防护区的最大值。根据以上两个表格可得出各层灭火系统的二氧化碳的设计用量，结果如表3.5所示。m2kg3.3 二氧化碳的贮存量 灭火剂剩余量是根据我国现行采用的40L二氧化碳储存容器测试结果得出的，充装量为25 kg，喷放后的剩余量为1-2，占充装量的5%-8%。一般存储容器剩余量按设计用量8%计算，管网剩余量可忽略不计6。（系统二氧化碳的存储量计算结果见表3.6）Mc = M + Ms + Mr （3.2）式中：MS储瓶内灭火剂剩余量，kg， 一般取MS=8%M； Mr管道内灭火剂剩余量，kg， 高压系统Mr=0。kgMSkgMckg3.4储存容器规格及数量确定 目前我国二氧化碳容器贮存压力均为5.17MPa规格，储存容器为无缝钢质容器，它由容器阀、虹吸管、钢瓶组成，耐压值为22.05Mpa。二氧化碳高压系统的储存容器规格有：32L、40L、45L、50L、82.5L7。其相应的最大充装量见表3.7。储存容器容积（L）3240455082.5最大充装量（kg）2025283155本设计选用储存容积为40L规格，其额定充装量25kg。二氧化碳储瓶数的计算公式如下： N= MC /25 （3.3）根据上式可得出二氧化碳储瓶的数量，计算结果见表3.8（在计算过程中N的值可能带有小数点，这种情况下对N进行取整）。系统名称储存容器容积（L）最大充装量（kg）数量（瓶）地下一层灭火系统402537402510540257240251443.5 灭火时间的确定 二氧化碳灭火系统设计规范中对于灭火剂喷放时间有如下要求：全淹没系统扑救表面火灾时，二氧化碳喷放时间不应大于1min；扑救固体深位火灾时，二氧化碳喷放时间不应大于7min，并应在前2min之内使防火区的浓度达到30%。电信大楼的火灾主要是电器类的火灾，来自于电气设备的燃烧等，其火灾类型为固体深位火灾，灭火时间主要采用第二种情况，即二氧化碳喷放时间为7min，并在前2min之内使防火区的浓度达到30%。3.6 管路布置3.6.1设定喷头布置和数量1. 喷头的选择淮北市电信大楼层高6m，根据表3.9中喷头的型号以及其应用高度和直径，各楼层均选应用高度为6米，喷洒半径为2.5米的喷头。2. 喷头的布置架空型喷头的安装，一般应垂直于保护对象的表面，其瞄准点应该是保护面积的中心。当确需非垂直布置时，安装角不应小于45，其瞄准点偏向喷头安装位置的一方见图3.1，偏离尺寸可依照表3.9确定。喷头非垂直布置时的设计流量和保护面积应与垂直布置相同，同时喷头在布置时应确保对防护区全覆盖，不留死角（见图3.2）8。型号接管尺寸当量标准号喷口计算面积（2）保护半径（m）应用高度（m）EQT-5(阴)ZG3/8”50.121.74EQT-6(阴)ZG3/8”60.181.74EQT-7(阴)ZG3/8”70.241.74EQT-8(阴)ZG1/2”80.321.74EQT-9(阴)ZG1/2”90.492.24EQT-10(阴)ZG1/2”100.62.25EQT-11(阴)ZG3/4”110.712.25EQT-12(阴)ZG3/4”120.842.25EQT-13(阴)ZG3/4”130.972.25EQT-14(阴)ZG3/4”141.112.56EQT-15(阴)ZG3/4”151.272.56喷头安装角偏离喷头保护面积中心的距离Lb45600.25Lb60750.25Lb0.125Lb75900.125Lb0图3.1 架空型喷头的安装方式B1.B2喷头安装位置；E1.E2喷头瞄准点；S喷头出口至瞄准点的位置（m）；Lb单只喷头正方形保护面积的的边长（m）；L0偏离保护面积中心的距离。图3.2 喷头布置方式3.6.2 管网平面布置图各楼层防护区管网平面布置图见图3.3至图3.6。图3.3 地下一层管网平面布置图图3.4 一、二层管网平面布置图图3.5 三、四层管网平面布置图图3.6 五、六、七层管网平面布置图3.7灭火系统管网计算管网计算的原则是使管道直径满足输送设计流量的要求，同时应保证每个喷嘴入口压力不低于喷嘴最低工作压力的要求。3.8 管网设计流量计算管网中干管的设计流量计算公式：Q= M / t （3.4）式中：Q干管的设计流量，kg/min； t二氧化碳喷射时间，min。 管网布置采用的是均衡布置，均衡管网中喷嘴的设计流量按下式计算： Q= Q/ N （3.5）式中：Q单个喷嘴的设计流量，kg/min； N喷嘴总数； Qg管网中支管的设计流量。 Q = NgQ（3.6）式中：Q支管的设计流量，kg/min； Ng安装在计算支管下游的喷嘴数量。全淹没灭火系统扑救表面火灾时，二氧化碳喷射时间不应大于1min；扑救固体深位固体火灾时，二氧化碳喷放时间不应大于7min，并应在前2min之内使防护区的浓度达到30%。30%浓度的物质系数可按公式计算： K=ln(1-C)/ln(1-0.34)=ln(1-0.3)/ln(1-0.34)=0.869。达到30%浓度所需的喷放二氧化碳灭火剂的用量计算公式： M=Kb(K1A+K2V) （3.7）3.8.1地下一层灭火系统管网设计流量计算 M = 0.86(0.2630+0.7625)485kg管网中干管的设计流量：Q=4852=242.5kg/min1 电缆通道管段：（1）（2） 流量：Q1 = Qg = 242.5（kg/） （2）（3） Q2 = Qg/2 = 121.3（kg/） （3）（4） Q3 = Qg/4 = 60.6（kg/） 2 进线充气室管段：（1）（2） 流量：Q1 = Qg = 242.5（kg/） （2）（3） Q2 = Qg/2 = 121.3（kg/） （3）（4） Q3 = Qg/4 = 60.6（kg/） （4）（5） Q4 = Qg/8 = 30.3（kg/） 3 低压配电室 管段：（1）（2） 流量：Q1 = Qg = 242.5（kg/） （2）（3） Q2 = Qg/2 = 121.3（kg/） （3）（4） Q3 = Qg/4 = 60.6（kg/） （4）（5） Q4 = Qg/8 = 30.3（kg/）3.8.2一、二层灭火系统管网设计流量计算M = 0.86（0.22167.5+0.71684）1388kg管网中干管的设计流量：Q=13882=694kg/min1 电缆通道管段：（1）（2） 流量：Q1 = Qg = 694（kg/） （2）（3） Q2 = Qg/2 =347（kg/） （3）（4） Q3 = Qg/4 = 173.5（kg/）2 器材销售厅管段：（1）（2） 流量：Q1 = Qg = 694（kg/） （2）（3） Q2 = Qg/2 =347（kg/） （3）（4） Q3 = Qg/4 = 173.5（kg/）3 营业厅管段：（1）（2） 流量：Q1 = Qg = 694（kg/） （2）（3） Q2 = Qg/2 =347（） （3）（4） Q3 = Qg/4 = 173.5（kg/）（4）（5） Q4 = Qg/8 = 86.8（kg/） （5）（6） Q5 = Qg/16 = 43.4（kg/）管段：（1）（2） 流量：Q1 = Qg = 694（kg/） （2）（3） Q2 = Qg/2 =347（kg/） （3）（4） Q3 = Qg/4 = 173.5（kg/）（4）（5） Q4 = Qg/8 = 86.8（kg/）3.8.3 三、四层灭火系统管网设计流量计算M = 0.86（0.21062.9+0.71117）856kg管网中干管的设计流量：Q=8562=428kg/min1 电缆通道管段：（1）（2） 流量：Q1 = Qg = 428（kg/） （2）（3） Q2 = Qg/2 =214（kg/） （3）（4） Q3 = Qg/4 = 107（kg/）2 程序交换机房管段：（1）（2） 流量：Q1 = Qg = 428（kg/） （2）（3） Q2 = Qg/2 =214（kg/） （3）（4） Q3 = Qg/4 = 107（kg/）（4）（5） Q4 = Qg/8 = 53.5（kg/） （5）（6） Q5 = Qg/16 = 26.75（kg/）3 设备室管段：（1）（2） 流量：Q1 = Qg = 428（kg/） （2）（3） Q2 = Qg/2 =214（kg/） （3）（4） Q3 = Qg/4 = 107（kg/）（4）（5） Q4 = Qg/8 = 53.5（kg/）3.8.4 五、六、七层灭火系统管网设计流量计算M = 0.86（0.22528.7+0.72440）1904kg管网中干管的设计流量：Q=19042=952kg/min1 设备室管段：（1）（2） 流量：Q1 = Qg =952（kg/min） （2）（3） Q2 = Qg/2 =476（kg/mi） （3）（4） Q3 = Qg/4 = 238（kg/min）（4）（5） Q4 = Qg/8 = 119（kg/min）2 机房管段：（1）（2） 流量：Q1 = Qg =952（kg/min） （2）（3） Q2 = Qg/2 =476（kg/min） （3）（4） Q3 = Qg/4 = 238（kg/min）（4）（5） Q4 = Qg/8 = 119（kg）（5）（6） Q5 = Qg/16 = 59.5（kg） （6）（7） Q6 = Qg/32 =29.8（kg）3.9 管径初定 二氧化碳在高压或低压储存灭火系统中的管道流动属于气液两相流动，这是系统计算的基本点，在初选管径时，为使管道流态符合紊流条件并尽量准确，采用如下公式10：D = KdQ1/2 （3.8）式中：D管道内径，mm；Kd管径系数，取值1.41-3.78，本系统Kd取值2.2；