摘要：通過對《某單位危險品倉庫七氟丙烷氣體滅火系統設計的幾點體會》及《對七氟丙烷氣體消防防護區泄壓口計算的商榷》兩文中存在問題的分析，并通過較詳細的計算，得出對實際應用具有參考價值的結論。
    關鍵詞：七氟丙烷滅火系統；泄壓口；理想氣體狀態方程；道爾頓定律

    先前看到《消防技術與產品信息》2003年第3期一篇題為《某單位危險品倉庫七氟丙烷氣體滅火系統設計的幾點體會》的文章，我認為其中的防護區壓強的計算方法不妥；后又看到第9期也有一篇題為《對七氟丙烷氣體消防防護區泄壓口計算的商榷》文章對其提出質疑，但我覺得前者還有一些根本性的錯誤后者沒有提到，而且后者有一些觀點我認為也值得商榷，故認為有必要對此問題再深入分析計算，希望對大家在具體工程設計中能夠起到參考作用。
1  氣瓶里七氟丙烷不是以氣態儲存的
    從第3期作者把滅火劑總量W＝560ke除以氣瓶充裝密度P＝614.7 kg/m3，得出氣瓶內氣相容積Vt＝0.911m3并直接代人后面的計算公式中可看出，作者誤以為七氟丙烷在氣瓶里是氣態儲存的，從而導致計算結果出現嚴重偏差(這一點第9期作者并未提到)。
    由于七氟丙烷在20℃時的蒸氣壓僅為0.391MPa(絕壓)，因此它充裝到氣瓶里只需很低的壓力就可保持液態，但由于它的蒸氣壓太低，靠它自身的蒸氣壓不可能使它快速地從系統中輸送到防護區，為此在氣瓶中充裝足夠重量的七氟丙烷滅火劑后，另外充進干燥的氮氣加壓到2.5MPa或4.2MPa。因此在氣瓶里儲存的主要是液相的七氟丙烷和氣相的氮氣，另有少量溶解于七氟丙烷中的氮氣和揮發在氮氣中的七氟丙烷蒸氣(后兩者基本可忽略)。
2  采用理想氣體狀態方程定溫狀態下的簡化式P·V＝C對混合氣體進行計算
    在計算方法上，第9期作者在“存在的問題”中3．1“V氣的容積是對應儲存氣壓2580kPa時的容積，而不是噴口壓力1151 kPa的容積”的這個觀點是正確的，但對3．3條提到的“P·V＝C是理想氣體狀態方程P·V/T·R＝C在定溫狀態下的簡化式，由于不同氣體的氣體常數R不同，防護區是氣體滅火劑與空氣的混合氣體，故不應套用該簡化公式計算”這一觀點我認為值得商榷。
    其實P·V/T·R＝C這一公式首先是由P·V／T·Rm＝C為涉及氣體質量計算而推導出來的，后者才是原本的理想氣體狀態方程。前者中R＝Rm/M，為每kg理想氣體的氣體常數，隨氣體的分子量變化而變化，M為每千摩爾氣體質量，而Rm是每千摩爾理想氣體的氣體常數，稱為通用氣體常數，也稱普適氣體恒量，不會隨氣體的分子量變化而改變。也就是說，只要不需用該方程計算涉及氣體質量的問題，都可用后者的簡化式P·V＝C來計算各種氣體包括混合氣體壓力和體積的變化。
3  要求出防護區內壓，只需計算新增氣體的分壓
    至于第9期作者在“存在的問題”中3．2條“理想氣體狀態方程的計算壓力應以絕對壓力計算，但所得結果應大于一個標準大氣壓”中的前半點我是認同的(但無證據顯示第3期作者不是采用絕壓來計算)，但對后半點我認為應看具體計算方式而定。按作者的本意應該是認為在理想氣體狀態方程中，應把原防護區中空氣的量加上噴放后增加的氣體的量，求出混合后防護區的絕對壓力且其數值應大于一個標準大氣壓。這計算方法本沒有錯誤，但在該條件下會使計算過程復雜化。
    由于理想氣體混合物各組成分子間沒有內聚力作用且分子體積可以不計，各組成氣體的分子間互相不影響各自行為。根據道爾頓定律：“理想氣體混合物的壓力等于各組成氣體分壓力的總和”。因為防護區原來的表壓為零，因此只需計算出氮氣和藥劑噴放到防護區分散、氣化后的氣體分壓之和即為全封閉條件下防護區受的內壓壓強，從而大大簡化了計算過程。
4  藥劑噴放后防護區理論內壓壓強的合理計算
    藥劑噴放后對防護區的增壓應主要計算氣態的氮氣膨脹和液態的七氟丙烷氣化兩方面。
    仍以第3期的油漆庫為例：
    氣瓶總容積V瓶＝0.911m3；氣瓶表壓Pt＝2500kPa(原Pt＝2580kPa可能是絕壓，現取20C時的標準充裝壓力)；藥劑量Ⅳ＝560 kg；防護區體積V防＝835.2 m3。
4．1  計算防護區中氮氣的分壓
4．1．1  先算出氣瓶內液相容積和氣相容積
    DBJ 15—23—1999中已給出七氟丙烷20C時的液體密度r＝1407 kg/m3
    V液＝W/r＝560/1407＝0.398 m3
    Vt＝V瓶一V液＝0.911-0.398＝0.513 m3
4．1．2  用理想氣體狀態方程在定溫狀態下的簡化式計算防護區中新增的氮氣分壓
    由于氣瓶中還留有1 bar絕壓的氮氣，原液相部分容積可近似認為是被七氟丙烷蒸氣填充，故噴放到防護區那部分氮氣的絕壓基本等于原氣瓶表壓。
    P氣·V氣＝P氮·V防
    P氮＝2500X0.513/835.2＝1．54 kPa
4．2  計算防護區中七氟丙烷汽化后的分壓
4．2．1  先算出七氟丙烷汽化后在常壓下的體積：
    由DBJ 15—23—1999中S＝K1+K2T可算出七氟丙烷20℃常壓下過熱蒸氣比容為0．1373m3/kg。
    V藥＝W·S＝560X0.1373＝76.89 m3
4．2．2  算出防護區中七氟丙烷汽化后的分壓
    P常·V藥＝P藥·V防
    P藥＝101X 76.89/835.2＝9.30 kPa
4．3  防護區中新增氮氣和七氟丙烷蒸氣分壓之和為
    P氮+P藥＝10．84 kPa
    必須考慮到七氟丙烷汽化要吸收大量的熱量，會使防護區溫度明顯下降，從而抵消了一部分壓強，從DBJl5—23—1999中規定“防護區的最低環境溫度不應低于-10℃(條文說明中解釋：是依據七氟丙烷的沸點，以保證七氟丙烷噴放到防護區后能迅速汽化的要求)以及七氟丙烷在常壓下的沸點-16.4℃可推測出：七氟丙烷汽化后防護區平均溫度下降不應大于6℃。用理想氣體狀態方程在定容狀態下的簡化式P/T＝C可算出溫度下降導致的最大可能壓降P溫＝2.29kPa(具體計算過程不再列出)。最后得出全封閉條件下防護區的內壓壓強最小值
     P防＝P氮+P藥一P溫＝8.55 kPa。
    由于我未能得到七氟丙烷氣化潛熱的數據，導致以上的計算不很精確，但應與實際比較接近。
    通過以上計算得出，系統噴放后，油漆庫受的內壓壓強遠遠超過它的最低允許壓強，應設泄壓口或者設不上鎖的可外開彈簧門或設彈性閉門器的外開門。
5  對開泄壓口的建議
    由以上的計算數據可看出：對防護區內壓影響最明顯的是七氟丙烷蒸氣分壓P藥，P氮和P溫由于互相抵消后數值很小，在粗略的計算中可不用考慮。由于P藥與實際滅火濃度成正比，所以實際滅火濃度大小決定了防護區內壓的高低(高原、高山地區還應乘以海撥高度修正系數K)。而七氟丙烷在通常的應用中滅火濃度在8％以上，與上例中的8.3％差不多，故通常P防都應大于8 kPa，遠超出NFPA—12A中規定的各種建筑物的最低允許壓強，且這突然增高的壓力會嚴重危害未能及時疏散人員的安全，另外DBJ 15-23-1999中規定的七氟丙烷設計用量已包含了從泄壓口的流失，只要泄壓口按規范設置就不需增加。故建議除有特殊要求通過計算能保證安全的場合，所有采用七氟丙烷氣體滅火系統保護的防護區都應設泄壓口或者設不上鎖的可外開彈簧門或設彈性閉門器的外開門。

　　【文章出處：江門市建設監理顧問公司】