专利名称：：一种相对封闭空间内全淹没式氮气灭火系统的利记博彩app
技术领域：
：本发明涉及一种灭火装置，尤其是涉及一种相对封闭空间内全淹没式氮气灭火系统。
背景技术：
：目前，企业内各种相对封闭空间发生的火灾已经成为生产过程中一个不能忽视的问题。以钢铁冶金企业内的隧道电缆发生火灾为例，作为相对封闭的空间，隧道电缆发生火灾的原因主要有以下几种情况1)外热作用下发生的火灾。在火灾现场，火场高温作用于导线电缆，其绝缘层会在极短的时间内发生脆化、炭化，甚至燃烧，由此失去绝缘能力，造成短路，引发次生的电气火灾或爆炸事故。在外热作用下，绝缘材料聚氯乙烯在240℃时开始出现明显的化学分解，470℃时就会完全炭化并燃烧。在800～1000℃的火场高温环境中，热分解产生的可燃烟气会形成较大的火舌沿风流方向扰动，形成不稳定的火舌阵面，这一阵面并不是真实的火焰传播速度，真实的火焰传播反映在沿电缆表面爬行的火焰阵面，该阵面的推进速度才是电缆真实的燃烧速度，即真实的火焰传播速度，此时导线电缆会很快失去绝缘能力，进而引发短路等次生电气事故，造成更大的损失。2)过载情况下发生的火灾。在钢铁企业一般通过交联电缆输送电能，当用电负荷增加时，可能会出现过载现象，过载会造成导线电缆发热加剧、温度升高、使用寿命下降，进而导致绝缘损伤，发生短路而引发火灾。3)短路状态下发生的火灾。短路是导线电缆火灾的重要原因。实际情况下的短路电流有时是额定电流的数百倍甚至上千倍。在短路状态下，导线电缆在瞬间会引起绝缘材料燃烧、熔化并引燃周围可燃物。电缆密集的地方一旦发生火灾，后果不堪设想。在诸多的电缆隧道、电气室及地下室火灾案例中，由于输电电缆老化、过载、短路，而导致的发热、过热以至延燃，从而引起的恶性火灾事故层出不穷，屡见不鲜。相对其它电缆而言，相对封闭空间的隧道内电缆是较容易发生火灾的地方。电缆隧道一般为地下封闭箱式结构。参见附图3所示，电缆隧道的箱体壁1’是由混凝土浇筑而成；在箱体壁1’的左、右两边固设有多层电缆桥架2’，电缆3’放置在电缆桥架2’上，在箱体内的中部设有可通过人的人行布道4’。由于隧道内部高度比较低矮，只在相应位置设有检修孔，通风及采光条件都比较差。如果发生火灾，烟气排出困难，内部能见度很低，外部的扑救人员及消防设备几乎不能进入，扑救火灾非常困难。而且，电缆隧道一般都比较长，有些隧道内电缆分层敷设，密度很大，着火后很容易延燃。在现有的情况下，电缆及电气设备的灭火技术主要有以下几种(1)水喷雾水喷雾灭火系统是在自动喷水灭火系统基础上发展起来的一种水灭火系统，可用在各种固体火灾和变压器火灾的场所。因其水滴不够细散，如在电缆隧道及电气室、地下室等设备场所采用此种方式灭火会使电缆间及电器设备的绝缘性能下降给火灾后的生产和恢复带来困难，另外由于灭火用水量较多，排水困难及需增加排水设备也是水喷雾灭火系统需要解决的问题之一。(2)细水雾细水雾灭火系统是利用柱塞泵或N2为驱动力，使水流形成雾化颗粒以使火场温度迅速降低，加之水雾的冲击力以及水雾在燃烧物表面形成的水蒸气层而使火灾的发展速度受到控制。细水雾灭火系统灭火的主要原理有以下几个方面水雾的冷却作用。细水雾灭火设备的特点是雾状水的粒径小，且喷雾的面积小。对燃烧物体表面温度有迅速下降的功能，当燃烧物体的温度达到燃点以下时，火焰熄灭，燃烧终止。水雾的窒息作用细水雾形成的水粒子或雾滴微粒喷到燃烧区后，由于水雾的温度瞬间升高，微小粒径的雾状水将迅速汽化，在汽化过程中吸收大量热，使燃烧区的温度进一步大幅度降低，同时大量水蒸气充斥燃烧空间，导致氧气浓度下降，火焰因窒息而熄灭。水膜的覆盖作用喷雾射流扩散面积大，在较短的时间内在燃烧物的表面形成水膜，起到隔绝空气和冷却物体的作用，使可燃物难以继续燃烧。细水雾灭火系统是目前被广泛采用在钢铁冶金企业电缆隧道、电气室、地下室等设置场所的灭火系统。但是该系统存在对水源质量要求高、控制系统相对比较复杂、工程造价较高等缺陷。(3)超细干粉超细干粉灭火剂把化学灭火的优势和物理灭火的优势有机的结合起来。对有焰燃烧的化学抑制作用以及对热辐射的遮隔、冷却作用是这种灭火剂的主要优势。超细干粉灭火剂既适用于相对封闭的空间，又适用于开放场所局部部位的灭火。灭火效率较高，国内已有在钢铁冶金企业内采用灭火的先例。但喷口温度较高，在保护区内应用时有因复燃而发生二次火灾的可能性，同时因受药剂的使用年限的影响，需要及时更换而增加投入资金，对灭火一旦不成功后，对复燃尚缺乏应对措施。(4)二氧化碳二氧化碳灭火系统是迄今为止灭火效果比较好的气体灭火系统，其主要灭火机理是窒息和冷却。但该系统组成较复杂，造价相对较高，不适宜在超大空间及经常有人工作的场所采用。总之，上述灭火系统在相对封闭空间内进行灭火都有一定的缺陷。
发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种相对封闭空间内全淹没式氮气灭火系统。该灭火系统的氮气灭火剂本身不具有导电性，也无腐蚀性，在确认火灾被扑灭后可将氮气直接排放到空气中，不会对周围环境造成污染，也不会在灭火过程中产生次生灾害。为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案它包括氮气供气管网、流量计、电磁阀、火灾报警控制器、管道、供气支管、气体喷头和火灾探测器；所述氮气供气源通过管道与流量计相连接，所述流量计通过管道与电磁阀相连接，所述电磁阀通过管道与供气支管相连接；所述供气支管与气体喷头相连接；所述火灾探测器设在相对封闭空间的保护区内部，且该火灾探测器通过数据传输线与火灾报警控制器相连接；所述火灾报警控制器分别通过数据传输线与流量计和电磁阀相连接；所述供气支管、气体喷头、火灾探测器都设在相对封闭空间的保护区内部。进一步地，所述氮气供气管网为恒压供气管网，并且在该管网上设有气路单向阀；所述氮气供气管网与流量计之间设有信号阀门；所述信号阀门与流量计之间设有压力继电器；所述信号阀门、压力继电器分别通过数据传输线与火灾报警控制器相连接。进一步地，为保证在氮气供气管网停气时有氮气供气源存在，所述氮气供气管网上设有氮气储罐，且该氮气储罐与氮气供气管网之间设有截止阀。所述的氮气储罐在紧急时可以做氮气供气源。进一步地，为了随时检测相对封闭空间的保护区内的氧气浓度，在相对封闭空间的保护区内设有氧气浓度检测计，该氧气浓度检测计通过数据传输线与火灾报警控制器相连接。进一步地，为更好的了解相对封闭空间的保护区内的火警情况，在相对封闭空间的保护区内设有声光报警器，该声光报警器通过数据传输线与火灾报警控制器相连接。进一步地，为了及时处理相对封闭空间的保护区内突发火灾，相对封闭空间的保护区的防火门附近设有紧急启动按钮，该按钮通过数据传输线与火灾报警控制器相连接。进一步地，所述相对封闭空间的保护区的防火门附近设有放气指示灯，该放气指示灯通过数据传输线与火灾报警控制器相连接。进一步地，为使全部断电状态下也能顺利开启本灭火系统，所述管道上设有与电磁阀并联的手动紧急阀。进一步地，所述气体喷头在相对封闭空间的保护区内根据灭火设计要求可设相应个数。氮气灭火系统管网压力、流量计算1、灭火气体需求量计算在完全封闭的防护区内进行气体喷射灭火时，会使防护区内压力明显升高。按照设计规范，在这类防护区中必须开设泄压孔，保证防护区内的压强小于允许范围。因此防护区的压强在较快地到达允许压强后不再随时间变动，喷口出口处的背压pe即为防护区内的压强。当防护区内压力稳定不变时，单位时间内喷入防护区的气体体积等于通过泄压孔排出的气体体积。氮气的分子量为28，混合空气的分子量为28.95。两者的差别比较小，可以忽略两种气体密度的差别，认为氮气在空气中的质量百分比数与体积百分比数相等。首先计算所需气体灭火剂的质量。假设某时刻t时防护区内喷入的纯氮气在总气体中的质量分数为η(t)，在t+Δt时刻，纯氮气的质量百分比数变则为η(t+Δt)，于是Δt的时间间隔内，氮气的质量变化应满足下面的关系η(t+Δt)Mt＝η(t)Mt+dm-η(t)dm其中Mt为防护区内气体总质量，不随时间变化。dm为Δt时间内充入的氮气质量，同时也是排出防护区的灭火用氮气和空气的混合气体质量。将上式写成微分关系dη1-η=dmMt]]>两边分别积分，得-ln(1-η)|0ηN2=mMt|0MN2]]>以电缆隧道火灾为例根据要求，60秒内喷入的氮气体积占到总体积的38.3％，即ηN2＝38.3％，代入上面的积分表达式，可以得到充入的氮气质量与防护区内气体总质量的比值。MN2Mt=0.480]]>对防护区内的气体质量进行估算Mt=ρV=pVRT=101300Pa×396m3287J/kg·K×300K=465.94kg]]>于是可得60秒内有喷管喷入的氮气总量为MN2＝223.63Kg。由流量计测得的氮气流量为VN2=MN2ρ=12.036m3]]>防护区内氧气含量为ηo2＝13.0％。2、管道内流动参数计算1)简单情况计算主干管截面积远大于支管若主干管道的截面积远大于各支管的截面积，根据连续性方程，主干管内气体的流动速度很小，可以忽略不计。管内的总压在各处相等，因此能保证各个喷口在相同的条件下工作，满足设计要求。此时的管道相当于一个大的储气罐，假设充入的氮气的压力为1.6Mpa，根据完全气体状态方程ρ0=p0RT=1600000Pa287J/kg·K×300K=18.58kg/m3]]>喷口的质量流量可以从气体动力学的公式中得到Qc=Sρ0a02γ-1[pep0]2γ-[pep0]γ+1γ]]>另外，单个喷管的质量流量可以表示为Qc=MN26T]]>T为总喷气时间，将上面两式联立求解，可以解得单个喷管的截面积为Sc=MN26T[ρ0a02γ-1[pep0]2γ-[pep0]γ+1γ]-1]]>取防护区的压力为大气压进行计算，得出单个喷管的截面积约为Sc＝4.18×10-4m22)复杂情况修正若主干管道的截面积不是远大于支管的话，就可能将主干管中的气体看成是静止的，此时可以将流动按广义一维定常流动处理，由于支管中有气体分流流出，因此管道中的流动是添质流动，单位时间质量增量为负。将包含支管的一段主干管取为控制体。下标1表示控制体的入口参数，下标2表示出口参数。可以得到下面的方程连续方程ρ1u1S＝dm+ρ2u2S动量方程ρ1u12+p1=ρ2u22+p2]]>能量方程ρ1u1h1S＝dmh1+ρ2u2h2S将连续性方程代入能量方程，并且利用从支管流出的气体总焓与主干管里的流体是相同的这一条件，可以将能量方程化简为h1＝h2即管道内各点的焓值相同。式中的dm为从支管内流走的质量流量，通过等熵关系和能量方程可以得到喷管的流量与干流参数的关系。dm=Scρ0a02γ-1[pep0]2γ-[pep0]γ+1γ]]>其中ρ0，a0，p0为主流的滞止参数。设左右控制面上状态参数的平均值用下标m表示则有γγ-1p0ρ0=γγ-1pmρm+um22]]>p0ρ0γ=pmρmγ]]>a0=γp0ρ0]]>经过代入和化简后，对于该控制体可以建立以左右控制面状态参数ρ1，u1，p1，ρ2，u2，p2为变量的三个关系式。根据消防系统的管路设计，共有六个支管，将主干管分为六段，每段各包含一个支路，那么共有3×7个未知数，3×6个互相独立的关系式，另外喷口上游的气体与来流之间满足等熵关系和能量方程，最末一个喷口下游气体的速度为0，这样又可以补充3个关系式，形成21个未知数，21个方程的封闭方程组，可以求解。假设支管的截面积取Sc＝4.18×10-4m2，下面就不同的主干管横截面积分别计算流动参数，分析各个喷口的流量。计算结果列于表中<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="848">主干管横截面积上游速度m/s喷孔流量(kg/s)1(上游)23456(下游)Sc＝0.04m2u＝2.770.6203200.6203300.6203390.6203450.6203500.620352Sc＝0.004m2u＝4200.620860.6219030.622720.623330.62370.6239Sc＝0.002m2u＝86.10.62270.62710.63040.63290.63440.6352Sc＝0.0015m2u＝117.80.6250.6330.6390.6440.6460.657</table></tables>由计算结果看来，当为102的量级时，上游的速度很小。各孔流量的最大误差约为5.2×10-5。当时上游来流的速度比较大，各孔流量的最大误差约为4.9×10-3。当主干管的截面积与支管的截面积为同一个量级时，上游速度很大，各孔流量有一定差别，约为5％。由上面计算结果可以看出，主干管的粗细对管道中的流动有一定的影响，主干管中与气源相连接的地方有一定的速度，向下游逐渐递减。靠近后侧的气体喷头质量流量比较大，喷管的喷射气体的速度有一定的差别。另外主管与支管的截面积差别越大误差越明显。根据以上这些原理，可以设计主干管的截面积，使喷管流量误差满足要求。3、结论与管路设计参数电缆隧道氮气灭火系统由恒定压强气源供给灭火气体，当防护区内的灭火气体浓度达到一定标准后，就可以起到灭火作用。为了避免防护区内压力过高，需要在防护区壁面设置泄压孔，这样在喷气过程中，防护区内的压力基本恒定。当充入的纯氮气的体积占总体积的38.3％是能达到灭火的效果，经过计算可以得到充入的氮气的质量MN2=223.63kg]]>流经流量计的氮气体积VN2=12.036m3]]>防护区内氧气含量为ηO2=13%]]>当干管的横截面积远大于支管时，干管内的流体速度可以忽略，连接各喷口处的总压基本相等，因此各喷口的出流速度基本相等。当干管支管的横截面积的比值减小时，干管内的流动速度将增大，各喷口处的总压的差也会变大，这将导致各喷口的喷射流量有差别，但是计算表明这一差别很有限。当干管与支管的面积比为10时，喷口的流量的相对差别仅为0.5％。因此只要两者的截面积不是很接近时，即使不加任何的限压装置各喷口的流量基本相等。所以，技术方案进一步地改进，所述相对封闭空间的保护区内的供气支管设有分管道，该分管道的截面积和供气支管的截面积之比在1∶8～12。本发明的有益效果是本发明采用氮气灭火剂本身不具有导电性，也无腐蚀性，在电缆隧道火灾被扑灭后，打开防火门或通风孔，将氮气排放到空气中，不会对周围环境造成污染，也不会在灭火过程中产生次生灾害；同时，本灭火系统的系统组成简单、成本低且操作方便可长期稳定运行。图1是本发明的系统结构示意图；图2是本发明在相对封闭空间的保护区内的供气支管和分管道结构示意图；图3是电缆隧道内的电缆分布结构示意图。具体实施例方式参见图1所示，本发明包括氮气供气管网16、流量计6、电磁阀7、火灾报警控制器9、管道17、供气支管19、气体喷头13和火灾探测器12；所述氮气供气管网16通过管道17与流量计6相连接，所述流量计6通过管道17与电磁阀7相连接，所述电磁阀7通过管道17与供气支管19相连接；所述供气支管19与气体喷头13相连接；所述火灾探测器12设在相对封闭空间的保护区18内部，且该火灾探测器12通过数据传输线与火灾报警控制器9相连接；所述火灾报警控制器9分别通过数据传输线与流量计6和电磁阀7相连接；所述供气支管19、气体喷头13、火灾探测器12都设在相对封闭空间的保护区18内部。进一步改进的实施例，所述氮气供气管网16为恒压供气管网，并且在该管网16上设有气路单向阀3；所述氮气供气管网16与流量计6之间设有信号阀门4；所述信号阀门4与流量计之间设有压力继电器5；所述信号阀门4、压力继电器5分别通过数据传输线与火灾报警控制器9相连接。进一步改进的实施例，为保证在氮气供气管网16停气时有氮气供气源存在，所述氮气供气管网16上设有氮气储罐1，且该氮气储罐1与氮气供气管网16之间设有截止阀2；所述的氮气储罐1在紧急时可以做氮气供气源。进一步改进的实施例，为了随时检测相对封闭空间的保护区18内的氧气浓度，在相对封闭空间的保护区18内设有氧气浓度检测计15，该氧气浓度检测计15通过数据传输线与火灾报警控制器9相连接。进一步改进的实施例，为更好的了解相对封闭空间的保护区18内的出警情况，在该保护区18内设有声光报警器14，该声光报警器14通过数据传输线与火灾报警控制器9相连接。进一步改进的实施例，为了及时处理相对封闭空间的保护区18内突发火灾，相对封闭空间的保护区18的防火门20附近设有紧急启动按钮10，该按钮10通过数据传输线与火灾报警控制器9相连接。进一步改进的实施例，所述相对封闭空间的保护区18的防火门20附近设有放气指示灯11，该放气指示灯11通过数据传输线与火灾报警控制器9相连接。进一步改进的实施例，为使全部断电状态下也能顺利开启本灭火系统，所述管道17上设有与电磁阀7并联的手动紧急阀8。进一步改进的实施例，所述气体喷头13在相对封闭空间的保护区18内根据灭火设计要求设6个气体喷头13。参见图2所示，进一步改进的实施例，所述相对封闭空间的防护区18内的供气支管19设有分管道21，所述气体喷头13设在该分管道21上，且所述分管道21的截面积和供气支管19的截面积之比是1∶10。本发明的工作原理如下氮气是一种无色、无味、不导电的气体，密度大约与空气相等，相对分子质量28.02；沸点(0.1014MPa绝对压力)-195.8℃；凝固点-210.0℃，过压蒸气比容(20℃、0.1014MPa时)0.8583m3/kg。氮气主要灭火原理是(1)降低防护区内空气中氧气的体积百分比数，灭火前氧气体积百分比数为21％，A类表面火灾灭火后降至13.44％、B类火灾灭火后降至11.82％、C类火灾灭火后降至11.82％、E类表面火灾灭火后降至12.96％；(2)利用氮气的热容量降低燃烧的温度。实验证明，当氧气体积百分比数低到14.5％以下时，几乎所有可燃物的火都会熄灭，从而达到灭火的目的。氮气灭火系统的灭火性能主要取决于纯N2的惰性。随着纯N2的淹没过程，保护区内的氧气不断减少。火焰的氧气供给逐渐被切断，从而导致燃烧率和火焰底部温度的降低。当温度下降到500℃以下时，火焰被扑灭。当火灾探测器12探测到火灾时，火灾探测器12将有关数据通过数据传输线输送至火灾报警控制器9，火灾报警控制器9通过数据传输线向电磁阀7发出开启指令，氮气恒压供气管网16通过流量计6、电磁阀7，然后通过管道17、19到达气体喷头13处，气体喷头13喷出氮气扑灭火灾。当全部断电紧急情况状态下，可以直接打开手动控制阀8直接灭火。本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。权利要求1.一种相对封闭空间内全淹没式氮气灭火系统，其特征在于它包括氮气供气管网、流量计、电磁阀、火灾报警控制器、管道、供气支管、气体喷头和火灾探测器；所述氮气供气源通过管道与流量计相连接，所述流量计通过管道与电磁阀相连接，所述电磁阀通过管道与供气支管相连接；所述供气支管与气体喷头连接；所述火灾探测器设在相对封闭空间的保护区内部，且该火灾探测器通过数据传输线与火灾报警控制器相连接；所述火灾报警控制器分别通过数据传输线与流量计和电磁阀相连接；所述供气支管、气体喷头、火灾探测器都设在相对封闭空间的保护区内部。2.根据权利要求1所述的氮气灭火系统，其特征在于所述氮气供气管网为恒压供气管网，并且在该管网上设有气路单向阀；所述氮气供气管网与流量计之间设有信号阀门；所述信号阀门与流量计之间设有压力继电器；所述信号阀门、压力继电器分别通过数据传输线与火灾报警控制器相连接。3.根据权利要求1或2所述的氮气灭火系统，其特征在于所述氮气供气管网上设有氮气储罐，且该氮气储罐与氮气供气管网之间设有截止阀。4.根据权利要求3所述的氮气灭火系统，其特征在于在相对封闭空间的保护区内设有氧气浓度检测计，该氧气浓度检测计通过数据传输线与火灾报警控制器相连接。5.根据权利要求4所述的氮气灭火系统，其特征在于在相对封闭空间的保护区内设有声光报警器，该声光报警器通过数据传输线与火灾报警控制器相连接。6.根据权利要求5所述的氮气灭火系统，其特征在于相对封闭空间的保护区附近设有紧急启动按钮，该按钮通过数据传输线与控制系统相连接。7.根据权利要求6所述的氮气灭火系统，其特征在于所述相对封闭空间的保护区的防火门附近设有放气指示灯，该放气指示灯通过数据传输线与火灾报警控制器相连接。8.根据权利要求7所述的氮气灭火系统，其特征在于所述管道上设有与电磁阀并联的手动紧急阀。9.根据权利要求8所述的氮气灭火系统，其特征在于所述相对封闭空间的保护区内的供气支管设有分管道，该分管道的截面积和供气支管的截面积之比在1∶8～12。10.根据权利要求9所述的氮气灭火系统，其特征在于所述气体喷头在相对封闭空间的保护区内根据灭火设计要求可设相应个数。全文摘要一种相对封闭空间内全淹没式氮气灭火系统，它包括氮气供气管网、流量计、电磁阀、火灾报警控制器、管道、供气支管、气体喷头和火灾探测器；所述氮气供气源通过管道与流量计相连接，所述流量计通过管道与电磁阀相连，所述电磁阀通过管道与供气支管相通连接；所述供气支管与气体喷头连接；所述火灾探测器设在相对封闭空间的保护区内部，且该火灾探测器通过数据传输线与火灾报警控制器相连接；所述火灾报警控制器分别通过数据传输线与流量计和电磁阀连接；所述供气支管、气体喷头、火灾探测器都设在相对封闭空间的保护区内部。本发明具有不会对周围环境造成污染、也不会在灭火过程中产生次生灾害、系统组成简单、成本低廉且运行稳定等优点。文档编号F17D1/02GK101066493SQ200710100250公开日2007年11月7日申请日期2007年6月6日优先权日2007年6月6日发明者刘伟民,葛硕勋,王申申请人:北京海安高科消防技术有限公司