某型舰艇七氟丙烷固定式灭火系统的设计论文

SCI论文（www.lunwensci.com）
 
 　　摘要：为提高某型舰艇机舱灭火能力， 概述七氟丙烷灭火系统的组成， 根据该型舰艇机舱布局 、实际尺寸和灭火要求， 依据舰艇 灭火相关规范， 结合舰艇火灾报警的要求， 设计了报警控制系统; 结合机舱的实际结构和管路的布置原则， 设计管网系统; 忽略 了主机 、副机等设备所占据的空间， 全尺寸计算防护区体积和灭火剂用量; 依据管网的设计参数和管路当量表， 计算了喷头工作 压力 、高程压头 、管路的压力损失 、主管路和支管路的平均流量等， 提出一种舰艇七氟丙烷固定式灭火系统的设计方案 。对照相 关设计规范， 对设计方案进行了理论验算， 验算结果符合舰艇灭火的要求， 解决该型舰艇固定式灭火系统的理论设计问题， 为优 化舰艇固定式灭火系统提供了理论参考。

　　关键词 ：七氟丙烷,灭火系统设计,舰艇

　　Design of Heptafluoropropane Fixed Fire Extinguishing System for a Type of Warship

　　Li Guocheng， Wang Bingzhang

　　(Department of Electromechanical Management, China Maritime Police Academy, Ningbo, Zhejiang 315801. China)

　　Abstract: In order to improve the fire-fighting capacity of a certain type of ship engine room , the composition of heptafluoropropane fire- fighting system is summarized. According to the layout, actual size and fire-fighting requirements of the ship engine room, in accordance with the relevant specifications of ship fire-fighting and the requirements of ship fire alarm , the alarm control system is designed. The pipe network system is designed according to the actual structure of the engine room and the layout principle of the pipeline . Ignoring the space occupied by the main machine, auxiliary machine and other equipment, the volume of the protection area and the amount of fire extinguishing agent are calculated in full size. According to the design parameters of the pipe network and the pipeline equivalent table, the working pressure of the sprinkler, the elevation head, the pressure loss of the pipeline, the average flow of the main pipe and the branch pipe are calculated, and a design scheme of the fixed heptafluoropropane fire extinguishing system for naval ships is proposed . According to the relevant design specifications, the design scheme is theoretically checked, and the checking results meet the requirements of ship fire extinguishing, solve the theoretical design problems of this type of ship fixed fire extinguishing system , and provide a theoretical reference for optimizing the ship fixed fire extinguishing system.

　　Key words: heptafluoropropane; fire extinguishing system design; ship

　　引言：舰艇机舱内部有装备多 、电气线路复杂 、可燃物多 等特点， 一旦发生火灾， 火灾极容易在舰艇内部蔓延， 严重威胁舰艇生命力和战斗力 。控制火势是保证舰艇安 全的重要措施 。常见的惰性气体固定式灭火系统主要有 二氧化碳固定式灭火系统 、IG541 固定式灭火系统和 1301 卤代烷固定式灭火系统等 。二氧化碳灭火浓度高， 存在使人窒息的危险， 成本较低， 主要应用于商船; IG541 灭火浓度高， 释放速率慢; 1301 等卤代烷类灭火 剂， 灭火性能好， 但对环境产生次生危害 。 目前， 舰艇 常见的固定式灭火系统大多是二氧化碳固定式灭火系统 和 1301 固定式灭火系统， 存在灭火效率低和破坏环境的问题 。为同时解决这两个问题， 探讨新型的固定式灭火 系统势在必行。

　　《蒙特利尔协定书 (修正案) 》 规定逐步淘汰卤代烷 灭火剂， 七氟丙烷因其良好的灭火特性和低污染 、低毒 性等特点， 在世界范围内得到了广泛应用[ 1] 。21 世纪 90 年 代 初， 随 着 我 国 加 入 了 《蒙 特 利 尔 协 定 书 (修 正 案) 》， 研究人员在七氟丙烷领域投入了大量的研究精 力， 取得了丰硕的成果[2] 。文献[3]采用等容压力计算方 法， 着重研究七氟丙烷气液状态下的物理和化学性质， 得到了标况下七氟丙烷的热力学数值 。文献[4]通过对比 水基固定式灭火系统和气体固定式灭火系统的优缺点， 分析了七氟丙烷固定式灭火系统灭火性能和灭火效果，并经试验表明七氟丙烷固定灭火系统更适用于精密场所、 资料库 、电气行业等 。李天逸[5]搭建试验平台， 着重从 灭火剂用量 、喷射时间 、喷射方式 3 个方面分析七氟丙 烷的灭火特性的问题， 结果表明： 七氟丙烷灭火剂选用 合适的剂量和特定的喷射速度， 能有效地抑制 202Ah 磷 酸铁锂电池过热 。孙环[6] 为了能快速检测七氟丙烷钢瓶 内的液位， 提出了一种电子贮压式的测量方式， 并经试 验表明， 该方法可靠且精度较高 。赖家文等[7] 通过改善 硬件 、改进灭火系统布置及优化七氟丙烷灭火系统的总 体设计， 设计了七氟丙烷高压开关柜火灾报警预警系统 方案， 经试验指出该方案能更快速地实现火灾报警 。 肖 立军[8] 针对变电站的灭火问题， 结合变电站的实例， 从 防护区压力保护 、结构强度 、运行管理等方面， 探讨了 提高灭火系统效率的措施 。李言杰[9] 概述了七氟丙烷气 体灭火系统设计方法， 建议从增大系统压力 、缩短喷射 时间和提高储压级别对系统进行优化设计， 经理论验算 表明， 该方法合理， 能提高系统的灭火效率 。徐晓丽 等[ 10]采用数值模拟的方法， 重点计算机舱和设备舱热值， 优化了七氟丙烷灭火系统 。郑均利[ 11]针对厂房七氟丙烷 灭火系统设计不规范导致灭火效率低的问题， 分析了设 计过程中常出现的失误， 通过区分保护区 、改进喷头设 计 、修改管网计算方法等优化七氟丙烷灭火系统设计方 法 。乔雨[ 12] 简述七氟丙烷灭火剂的优缺点， 分析日常维 护保养的漏洞， 在检测仪器 、检测方法和报废规定等方 面， 提出了改进的措施 。蒋光伦[ 13] 以某高层建筑为例， 分析七氟丙烷灭火系统在建筑内的运行状态， 总结七氟 丙烷的优点， 指出七氟丙烷灭火剂在陆基行业的应用前 景广阔 。王赛月[ 14]针对小型机房消防问题， 对比了几种 常见灭火剂的优缺点， 结合实际运行的情况， 指出七氟 丙烷作为清洁灭火剂， 具有广阔的市场前景 。邹明才[ 15] 通过七氟丙烷的工程应用实例， 从灭火时间 、喷放方式 和灭火浓度等方面， 着重分析了七氟丙烷灭火剂的性质， 指出七氟丙烷具有安全 、快速和效率的优点。

　　前人的研究表明七氟丙烷灭火剂因其灭火性能高 、 安全 、对环境友好等优点， 在陆基的化工 、建筑 、 电 力等行业应用广泛 。有关七氟丙烷研究主要集中在高 层建筑 、化工厂 、 图书馆 、变电站和电气设备间等， 取得了大量的研究成果 。但是， 有关海基七氟丙烷灭 火系统的研究较少， 涉及到舰艇领域的更少 。所以， 本文探讨七氟丙烷固定式灭火系统在舰艇领域的应用 设计， 对提高舰艇灭火能力 、保证舰艇安全和保护环 境有积极意义 。

　　1 设计原理和结构

　　七氟丙烷灭火剂绝缘值高 、灭火性能良好 、密闭条 件下， 灭火浓度低， 是一种安全 、高效 、性能良好的气体 。七氟丙烷灭火剂用于扑灭火灾时， 能起到降温， 窒 息和抑制燃烧的作用， 仅需 9% 浓度即可对密闭空间进 行封舱灭火 。七氟丙烷固定式灭火系统通常由火灾探测 系统 、报警系统和灭火系统组成， 如图 1 所示。
　　设计对象为某型舰艇的机舱， 机舱的层高为 6. 1 m， 长 4.5 m， 宽为 6.9 m， 其内部主要设备包括主机 、副机、 配电箱等。机舱七氟丙烷系统管网设计平面图如图2所示。
　　设计依据主要包括 《海上人命安全国际公约》 2009 版、《船舶固定式气体灭火系统通用要求》(GB/T29128- 2012 )、《气 体 灭 火 系 统 设 计 规 范》(GB50370-2005 )、 《气体灭火系统施工及验收规范》(GB50263-2007 )、《气 体灭火系统及零部件》(GB25972-2010 ) 等。

　　设计目标是满足舰艇封舱灭火 。即当舰艇机舱火势 过大， 无法扑救， 进行封舱灭火时， 能对机舱进行 1 次 封舱灭火， 在 10 s 内释放出所有灭火剂， 灭火剂释放有 效量， 机舱密闭条件下， 不低于 9% 浓度。

　　2 重要组成设计分析

　　2.1 控制系统组成

　　七氟丙烷灭火控制系统应能够独立自动地进行探测、控制报警 、灭火等功能 。启动方式有系统自动 、手动和 人工应急启动方式 。系统自动启动是指火灾发生后， 火 灾探测器甄别的火情后， 将信息发送到相应的报警与灭 火系统， 并发出警报声和闪烁灯 、灭火指令; 设备开启 联动， 在 0~30 s之间的延迟后， 电磁启动器开启， 氮气 瓶的容器阀 、分区释放阀 、灭火剂存储瓶容器阀等相应 开启， 最后释放出灭火剂扑灭火灾 。手动控制是火情或 来自报警系统上的火灾信息被人为发现时， 人工按下手 动启动按钮， 启动七氟丙烷灭火系统， 最后达到释放 灭火剂灭火的目的 。应急操作是指发生报警或控制设备 故障而无法正常使用的情况下， 如果火灾被人为察觉， 则应告知其他人员疏散离开， 同时手动启动联动设备， 再采取灭火行动 。七氟丙烷灭火系统的工作流程如图 3 所示。
　　2.2 管网设计

　　采用镀锌钢管铺设管网， 七氟丙烷管网系统计算图 如图 4所示， 七氟丙烷管网设计参数如表 1所示; 七氟丙 烷管网设计管段当量表如表 2所示。

　　七氟丙烷灭火系统管网计算结果如表 4~6所示。

　　3 测试验证与结果分析

　　管网计算结果验证如表 7所示。
　　由表 7可知：

　　( 1)《气体灭火系统设计规范》 要求防护区实际应用 浓度不应大于设计浓度 1.1倍， 设计浓度为 9%， 实际喷 射浓度为 9.25%， 符合要求;

　　( 2)《气体灭火系统设计规范》 要求二级增压焊接结 构储存容器充装量不应大于 950 kg/m3. 系统充装量为 670 kg/m3. 符合要求;

　　( 3)《气体灭火系统设计规范》 要求系统管道内容积 不应大于流经该管网的七氟丙烷储存量体积的 80%， 所 设计七氟丙烷管道容积与流经管网的灭火剂的储存量体 积比为 29.03%， 符合要求。

　　4 结束语

　　依据相关设计规范， 结合某舰艇机舱布局， 通过设 计七氟丙烷固定式灭火系统管网， 计算机舱防护体积、 灭火剂的用量和管道压力的损失等， 从理论设计角度， 提出了某型舰艇七氟丙烷固定式灭火系统的设计方案 。 该设计方案从理论上提高了某型舰艇机舱封舱灭火的效 率， 并为其他类型舰艇固定式灭火系统的优化提高了参 考方向。

　　生时， 结合车厢探测器报警信号， 能够直观准确判定火 灾源头位置， 及时疏散乘客， 降低损失。

　　5 结束语

　　研究国内相关同类车型地铁车载 FAS 系统方案配置

　　后， 本文结合常规 A、B型地铁车辆项目中车载 FAS 系统 实际需求， 设计研发出一套能够适用于国内所有地铁的 通用化车载 FAS 系统方案 。通过对其系统配置方案设计、 计算 、校验等进行对比分析， 充分验证了所提方案的可 行性和可靠性 。采用该方案， 能够规范地铁车载 FAS 系 统的主要基本配置， 仅针对车辆特殊需求调整相应配置 即可完成系统初步技术方案， 减少了重复性的基础计算 验证工作， 缩短了前期制定技术方案的周期; 规避了各 城市地铁同类别车型地铁 FAS 系统由于配置多样化， 系 统设备配置型号不一， 故障点排查及相关应急措施不统 一等问题， 有效降低了用户的系统采购成本和维护成本; 同时， 可有效减少由此带来的研究变量多样化， 风险变 量不确定等问题， 简化和统一了轨道交通车辆火灾研究 数据来源的基本背景条件， 为我国在这种特殊运动腔室 火灾研究工作中提供基础保障。

　　参考文献：

　　[1] 朱奥妮 . 2000—2019 年国内外地铁火灾事故统计分析[J]. 城 市轨道交通研究,2020.3(8):148-150.

　　[2] 裴江林 . 地铁火灾自动报警系统设计与应用[J]. 消防界,2021 (2):75-76.

　　[3] 林晓飞 . 地铁乘客火灾应激反应及干预研究[D]. 北京:北京交 通大学,2020.

　　[4] GB 50116—2013.火灾自动报警系统设计规范[S]. [5] GB 50157—2013.地铁设计规范[S].

　　[6] 陈斯,苏钊颐,陶涛,等 . 多区域地铁车厢火灾烟气蔓延特性的 数值仿真研究[J]. 铁路计算机应用,2020.29(7):5-10.

　　[7] Hansen R. Design of fire scenarios for Australian underground hard rock mines-Applying data from full-scale fire experiments [J]. Journal of Sustainable Mining, 2019. 18(4):163-173.

　　[8] 戚宜欣,杜红兵,周心权,等 . 运动受限空间内火灾研究的现状 与展望[J]. 中国安全科学学报,2000.10(4):6-10.

　　[9] 苟琦林 . 高速列车客室火灾蔓延特性研究[D]. 成都:西南交通 大学,2018.

　　[10] 朱中杰 .地铁车辆火灾热释放速率计算方法研究[D].成都:西 南交通大学,2016.

　　[11] MAO S H,LI Y Z. Experiment study on burning rate in a full- scale train model[C]//Proceedings of Fourth International Symposium on Tunnel Safety and Security,2012.

　　[12] 金涛 .铁路客车火灾报警系统的研究[D]. 大连 :大连交通大 学,2012.

　　第一作者简介 ：张 丽 ( 1984-)， 女， 硕士， 高级工程师， 研 究领域为轨道交通车辆设计及相关技术。
 
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！

文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/64267.html