4 管網(wǎng)計算

時間：2007-05-08 來源： 作者：

4.0.1 管網(wǎng)起點是從干粉儲存容器輸出容器閥出口算起，單元獨立系統(tǒng)和組合分配系統(tǒng)均如此計算。管網(wǎng)起點壓力是干粉儲存容器的輸出壓力。管網(wǎng)起點壓力不應大于 2.5MPa 是依據(jù)干粉儲存容器的設(shè)計壓力確定的。管網(wǎng)最不利點所要求的壓力是依據(jù)噴頭工作壓力規(guī)定的，這里等效采用了日本標準。日本消防法施行規(guī)則第 2l 條§1 指出：噴頭工作壓力不應小于0.1MPa 。
注：本規(guī)范壓力取值，除特別說明外，均指表壓。

4.0.4 為使干粉滅火系統(tǒng)管道內(nèi)干粉與驅(qū)動氣體不分離，干粉—驅(qū)動氣體二相流要維持一定流速，即管道內(nèi)流量不得小于允許最小流量 Q_min，依此等效采用了英國標準推薦數(shù)據(jù)�！妒覂�(nèi)滅火裝置和設(shè)備·干粉系統(tǒng)規(guī)范》BS 5306:pt7—1988§7給出對應 DN25管子的最小流量Q_min為 1.5kg/s 。DN25 管子的內(nèi)徑 d 是 27mm ，由此得管徑系數(shù)

其他國外標準沒提供管徑系數(shù)K_D數(shù)據(jù)，主張采用生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)。在搜集到的資料中，有兩組數(shù)據(jù)所得管徑系數(shù)K_D值與本規(guī)定接近，具體如表 1 所示：

注：① 取自美國 Ansul 公司《于粉滅火系統(tǒng)》,P41 ，對應氣固比μ＝0.058 。
② 取自日本《滅火設(shè)備概論》，日本工業(yè)出版社， 1972 年版， P270 ；或見《消防設(shè)備全書》，陜西科學技術(shù)出版社， 1990 年版， P1263 ，對應氣固比μ＝0.044 。

應該指出：以上計算得到的是最大管徑值，根據(jù)需要，實際管徑值應取比計算值較小的恰當數(shù)值。經(jīng)濟流速時管徑值隨驅(qū)動氣體系數(shù)μ而異，當μ＝0.044 時，經(jīng)濟流速時管徑系數(shù)K_D＝10～11 ，即其最佳管道流量是允許最小流量的 4～5 倍。另外，當廠家以實測數(shù)據(jù)給出流量 (Q)一管徑 (d) 關(guān)系時，應該采用廠家提供的數(shù)據(jù)。實際管徑應取系列值。

4.0.5 關(guān)于管道附件的當量長度，應該按廠家給出的實測當量長度值取值，但目前實際還做不到，不給出數(shù)據(jù)又無法設(shè)計計算。按周亨達給出的管道附件的當量長度計算式為：L_J＝k×d ，其中是k當量長度系數(shù) (m/mm) ； 90°彎頭取 0.040 ，三通的直通部分取0.025 ，三通的側(cè)通部分取 0.075 。下面一同給出國外管道附件當量長度數(shù)據(jù)做比較 ( 見表 2) ：

注：① 東京消防廳《預防事務(wù)審查·檢查基準》，東京防災指導協(xié)會， 1984 年出版，P436 。
② 美國 Ansul公司《干粉滅火系統(tǒng)》，圖表 7 。
③ 周亨達主編《工程流體力學》，冶金工業(yè)出版社 1995 年出版， P124～135 。

顯然，按周亨達計算式計算值誤差偏大。而國外數(shù)據(jù)是在一定驅(qū)動氣體系數(shù)下的測定值，考慮到日本數(shù)據(jù)比 Ansul 數(shù)據(jù)通用性更好些，暫時推薦該組日本數(shù)據(jù)作為參考值。

4.0.6 設(shè)計管網(wǎng)時，應盡量設(shè)計成結(jié)構(gòu)對稱均衡管網(wǎng)，使干粉滅火劑均勻分布于防護區(qū)內(nèi)。但在實踐中，不可能做到管網(wǎng)結(jié)構(gòu)絕對精確對稱布置，只要對稱度在土5％范圍內(nèi)，就可以認為是結(jié)構(gòu)對稱均衡管網(wǎng)，可實現(xiàn)噴粉的有效均衡，見圖2。在系統(tǒng)中，可以使用不同噴射率的噴嘴來調(diào)整管網(wǎng)的不均衡，見圖 3 。

注：所有噴嘴均以同一流量噴射。             注：噴嘴分別以 R,2R 或 4R流量噴射。

該計算式系等效采用《室內(nèi)滅火裝置和設(shè)備·干粉系統(tǒng)規(guī)范》BS 5306:pt7—1988§7.2 規(guī)定。

應該指出：在調(diào)研中也見到了非均衡系統(tǒng)，但本規(guī)范主張管網(wǎng)應盡量設(shè)計成對稱分流的均衡系統(tǒng)，所以前半句采用“宜”字；均衡系統(tǒng)可以是對稱結(jié)構(gòu)，也可以是不對稱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)對稱與不對稱的分界在對稱度，所以后半句采用“應”字。

4.0.7 國外標準沒提供壓力損失系數(shù)△p/L 數(shù)據(jù)，主張采用生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)。本計算式是依據(jù)沿程阻力的計算導出的，其推導過程如下：

根據(jù)周建剛等人就粉體高濃度氣體輸送進行的試驗研究結(jié)果( 引自周建剛、沈熙身、馬恩祥等著《粉體高濃度氣體輸送控制與分配技術(shù)》，北京：冶金工業(yè)出版社， 1996 年出版， P109～143) ，管道中的壓力損失計算式為：

式中△p——管道中的壓力損失 (Pa) ；
△pq——氣體流動引起的壓力損失 (Pa) ；
△pf——氣體攜帶的粉狀物料引起的壓力損失 (Pa) ；
λq——驅(qū)動氣體的摩擦阻力系數(shù)；
λf——干粉的摩擦阻力系數(shù)；
μ——驅(qū)動氣體系數(shù)；
ρQ——管道內(nèi)驅(qū)動氣體密度 (kg/m³) ；
υq——管道內(nèi)驅(qū)動氣體流動速度 (m/s) ；
d——管道內(nèi)徑 (m) ；
L——管段計算長度 (m) 。

把公式 (2) 和公式 (3) 代人公式 (1) 并移項得：

式中△p/L——管段單位長度上的壓力損失 (Pa/m) 。

當μ＝0.0286～0.143 時，有：

式中 g——重力加速度 (m/s²) ；取 9.81 。

在常溫下得管道中驅(qū)動氣體密度ρQ的表達式為：

ρ_Q＝（10p_e＋1）ρ_q0

式中ρq0——常態(tài)下驅(qū)動氣體密度 (kg/m³) ；
pe——計算管段末端壓力 (MPa)( 表壓 ) 。

驅(qū)動氣體在管道中的流速 wq 可由其體積流量 QQv(QQv＝μ×Q/ρQ) 和管道內(nèi)徑 d 表示，即有：
 

將(△p/L) 以 MPa/m 作單位，pe以 MPa 作單位， d 以 mm 作單位，整理上述各式并化簡得：

由于氣固二相流體在管道中的流速很大，所以沿程阻力損失系數(shù)λq。按水力粗糙管的情況計算，即：

λ_q＝[1.14-21g(△/d)]^-2

公式來自周亨達主編《工程流體力學》，北京：冶金工業(yè)出版社1995 年出版， P120 。

應該指出：當廠家以實測曲線圖給出△p/L 之值時，應該采用廠家提供的數(shù)據(jù)。

4.0.8～4.0.10 在公式 (4.0.7-1) 中，取常溫下管道中驅(qū)動氣體密度 ρ_Q的表達式為：ρ_Q＝(10P_e＋1)ρ_q0，公式中P_e為計算管段末端壓力。按理說應該取高程校正前管段平均壓力P_p代替公式(4.0.7-1) 中Pe計算結(jié)果才是△p/L的真值，可那時計算管段首端壓力P_b還是未知數(shù)，無法求得高程校正前管段平均壓力P_p。

通過公式 (4.0.8) 已估算出高程校正前管段首端壓力，故可估算出高程校正前管段平均壓力P_p。

為求得高程校正前管段首端壓力P_p真值，應采用逐步逼近法。逼近誤差當然是越小越好，公式 (4.0.9-2) 已滿足工程要求。

管道節(jié)點壓力計算，有兩種計算順序：一種是從后向前計算順序——已知管段末端壓力P_e求管段首端壓力P_b，這種計算順序的優(yōu)點是避免能源浪費；另一種是從前向后計算順序——已知管段首端壓力P_b求末端壓力P_e，這種計算順序方便選取干粉儲存容器。當采用從前向后計算順序時，對以上計算式移項處理即可：

另外注意：當采用上式計算時，求取 (△p/L)i時需要用Pb代替公式 (4.0.7—1) 中的P_e。

為了使設(shè)計者掌握該節(jié)點壓力計算方法，下面舉例說明。其中管壁絕對粗糙度厶按鍍鋅鋼管取 0.39mm( 見周亨達主編《工程流體力學》，北京：冶金工業(yè)出版社 1995 年出版，P253) 。

[例1]已知：末端壓力Pe＝0.15Mpa,干粉輸送速率Q＝2kg/s,d(DN25)＝27mm,管段計算長度L＝1m。流向與水平面夾角γ＝-90°，常態(tài)下驅(qū)動氣體密度ρq0＝1.165kg/m³,干粉松密度ρf＝850kg/m³,氣固比μ＝0.044（如圖4所示管段）。

求：管段首端壓力P_b。
解：

即：管段首端壓力為：P_b＝0.156Mpa

[例2]已知：首端壓力Pb＝0.48Mpa,干粉輸送速率Q＝20kg/s,d＝(DN65)＝66mm,管段計算長度L＝60m，流向與水平夾角γ＝0°，常態(tài)下驅(qū)動氣體密度ρ_q0＝1.165kg/m³，干粉松密度ρ_f＝850kg/m³,氣固比μ＝0.044（如圖5所示管段）。
求：管段末端壓力P_e。
解：

因為γ＝0 ，所以 LY×sinγ＝0 ，即不需要高程校正。

即：管段末端壓力P_e＝P_e＇＋ 0 ＝0.2785(MPa) 。

4.0.12 管網(wǎng)內(nèi)干粉的殘余量 mr的計算式是按管網(wǎng)內(nèi)殘存的驅(qū)動氣體的質(zhì)量除以驅(qū)動氣體系數(shù)而推導出來的，管網(wǎng)內(nèi)殘存的驅(qū)動氣體質(zhì)量為： ρQVD ，當Pp以 MPa 作單位時，

P_Q＝ (10p_p＋1)ρ_q0

所以有：m_r＝V_D(10p_p＋1)ρ_q0/μ

應該指出：理論上講，干粉儲存容器內(nèi)干粉剩余量為：

m_s ＝ V_c(10p₀ ＋ 1)ρ_q0/μ

式中V_c——干粉儲存容器容積 (m³) 。

但此時V_c是未知數(shù)；另外，驅(qū)動氣體系數(shù)盧是理論上的平均值，實肛上對單元獨立系統(tǒng)和組合分配系統(tǒng)中干粉需要量最多的防護區(qū)或保護對象來說，到噴射時間終了時，氣固二相流中含粉量已很小，按公式 (4.0.12-2) 計算得到的管網(wǎng)內(nèi)干粉殘余量已含很大裕度。因此，按 m＋m_r之值初選一干粉儲存容器，然后加上廠商提供的m_s，值作為m_c。值，可以說夠安全。

4.0.14 非液化驅(qū)動氣體在儲瓶內(nèi)遵從理想氣體狀態(tài)方程，所以可按公式 (4.0.14-1) 和公式 (4.0.14-2) 計算驅(qū)動氣體儲存量。液化驅(qū)動氣體在儲瓶內(nèi)不遵從理想氣體狀態(tài)方程，所以應按公式(4.0.14-3) 和公式 (4 。 0.14-4) 計算驅(qū)動氣體儲存量。

4.0.15 清掃管道內(nèi)殘存干粉所需清掃氣體量取 10 倍管網(wǎng)內(nèi)驅(qū)動氣體殘余量為經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

當清掃氣體采用儲瓶盛裝時，應單獨儲存；若單位另有清掃氣體氣源采用管道供氣，則不受此限制。
要求清掃工作在 48h 內(nèi)完成是依據(jù)干粉滅火系統(tǒng)應在 48h 內(nèi)恢復要求規(guī)定的。