防火閥門漏風(fēng)量檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

馬偉光

(公安部上海消防研究所， 上海 201199)

0 引 言

目前各種建筑物內(nèi)防、 排煙系統(tǒng)中的防火閥門(以下簡稱防火閥)得到了廣泛使用， 但由于所選用的材料和制造工藝各不相同， 防火閥在漏風(fēng)量性能(即密封性)上存在相當(dāng)大的差異， 值得我們關(guān)注. 當(dāng)各種防火閥在環(huán)境溫度下單位面積的漏風(fēng)量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))大于500 m3/(h·m2)， 或在著火情況下， 各種防火閥單位面積的漏風(fēng)量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))大于700 m3/(h·m2)， 則認(rèn)為該防火閥不符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求， 一旦發(fā)生火災(zāi)將失去防火作用.

根據(jù)火災(zāi)防護(hù)的要求， 對(duì)于各種防火閥應(yīng)進(jìn)行耐火試驗(yàn)時(shí)的漏風(fēng)量測試， 按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 159300-2007 的規(guī)定， 漏風(fēng)量試驗(yàn)裝置包括氣體流量測量系統(tǒng)和壓力測量及控制系統(tǒng)， 在防火閥的迎火面與背火面之間保持300 Pa壓差的條件下， 測量其泄漏風(fēng)量.

目前國內(nèi)針對(duì)防火閥漏風(fēng)量測試基本采用孔板測量的方式， 但孔板銳角邊的磨損和耐火試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的油煙顆粒附著將導(dǎo)致測量精度下降， 而噴嘴流量計(jì)雖然生產(chǎn)制造較復(fù)雜， 單價(jià)較高， 但其結(jié)構(gòu)簡單牢固， 無可動(dòng)部件， 長期使用穩(wěn)定可靠， 標(biāo)準(zhǔn)化程度高.

本設(shè)計(jì)研制的防火閥門漏風(fēng)量檢測系統(tǒng)正是基于上述要求并采用噴嘴測量的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)防火閥進(jìn)行實(shí)時(shí)可靠的漏風(fēng)量檢測并通過試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證.

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

1) 滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB 15930-2007《建筑通風(fēng)和排煙系統(tǒng)用防火閥門》中6.11和6.12的要求.

2) 漏風(fēng)量檢測符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 2624.1-2006 《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量 第1部分：一般原理和要求》和GB/T 2624.3-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量 第3部分：噴嘴和文丘里噴嘴》的要求.

3) 系統(tǒng)必須在試件喪失耐火作用、 測量管道處于高溫狀態(tài)下做出快速反應(yīng)， 并具有短暫工作的能力.

4) 根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)防火閥產(chǎn)品的常用規(guī)格， 確定防火閥過流截面面積從0.102 4 m2至1.25 m2.

2 問題分析和解決方法

2.1 防火閥背火面熱量輻射及溫升

在防火閥進(jìn)行耐火試驗(yàn)時(shí)， 考慮到最苛刻的工況， 以1 000 ℃作為防火閥迎火面的溫度， 防火閥最大允許漏風(fēng)量700 m3/(h·m2)為基點(diǎn)， 設(shè)計(jì)氣體流量測量系統(tǒng)、 后端的廢氣處理裝置以及系統(tǒng)裝置合理的耐溫措施.

若溫度由最高溫度t2=1 000 ℃降至t1=100 ℃， 根據(jù)防火閥最大的允許漏風(fēng)量QN=1.16×1 250=1 450 m3/h來考慮， 需要處理的熱量

(1)

式中：CP為空氣比熱；t2為測試噴嘴后端溫度；t1為測試噴嘴前端溫度.

若采用吸風(fēng)冷卻， 則需要的新鮮空氣量

(2)

當(dāng)室溫t1K為30 ℃， 所選擇的引風(fēng)機(jī)最高排風(fēng)溫度t2K為200 ℃， 且CP2,CP1近似于CP時(shí)

(3)

經(jīng)上述計(jì)算確定： 采用電機(jī)功率為22 kW， 風(fēng)量為8 500 m3/h， 全壓為5 000 Pa的引風(fēng)機(jī)， 可滿足不同防火閥的測試要求.

2.2 穩(wěn)壓箱壓力保持

為使防火閥的前后壓差ΔP滿足300 Pa并避免熱流沖擊， 將穩(wěn)壓箱設(shè)計(jì)成內(nèi)徑為2 000 mm， 長為1 500 mm的圓筒， 體積達(dá)到4.71 m3. 這樣， 當(dāng)最大的防火閥失去防火作用時(shí)， 將有3 s多的緩沖時(shí)間， 另外， 也有利于平穩(wěn)地測試防火閥漏風(fēng)量.

2.3 噴嘴設(shè)計(jì)

由于孔板的阻力是噴嘴的2～3倍， 大大增加了引風(fēng)機(jī)的負(fù)荷； 其次， 孔板在熱態(tài)時(shí)的剛性也比噴嘴差， 且使用范圍較窄(ReD≥1 260β2D)， 而噴嘴則只需滿足104≤ReD≤107即可， 且氣體平穩(wěn)、 靈敏度較高， 但噴嘴的加工較困難， 在用高精密數(shù)控機(jī)床加工且工藝過關(guān)后， 確定用此方案進(jìn)行流量的測試效果更佳.

氣體流量測量系統(tǒng)配置了4根直徑分別為100 mm, 150 mm, 200 mm和250 mm， 收縮比β約為0.5的流量測試管， 以適應(yīng)不同防火閥的檢測要求. 表 1 列出了允許最大漏風(fēng)量和噴嘴壓力損失.

表 1 允許最大漏風(fēng)量、 壓力損失及噴嘴的選用

噴嘴流量計(jì)算按GB 2624的要求， 以曲線擬合方法修正不同溫度時(shí)空氣的動(dòng)力粘性系數(shù)μ及材料膨脹， 系統(tǒng)采用埃特金迭代法求解流量， 迭代精度設(shè)定為10-6， 雷諾數(shù)誤差ΔReD≤10.

2.4 氣體流量測量系統(tǒng)的保護(hù)

氣體流量測量系統(tǒng)全部由不銹鋼(ICr18Ni9Ti)制成， 在400 ℃以下能長期平穩(wěn)工作， 抗氧化能力可達(dá)600 ℃. 為防止防火閥失去防火作用后大量熱流的涌入， 在進(jìn)口處設(shè)置了應(yīng)急蝶閥， 以隔離熱流.

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

系統(tǒng)在吸風(fēng)冷卻端按GB/T 1236的規(guī)定配置Φ250的長噴嘴測定吸入流量Q3； 在引風(fēng)機(jī)出口端同樣按GB/T 1236的規(guī)定配置Φ136的孔板(β=0.485 7)， 測定輸出流量Q4； 在漏風(fēng)量測試管的噴嘴前、 后端分別接入微壓計(jì)， 測定壓力P1,P2并計(jì)算漏風(fēng)量Q1.

若整個(gè)系統(tǒng)全部密封， 則應(yīng)滿足Q1=Q4-Q3； 若防火閥密封， 則應(yīng)Q1=0， 即P1=P2； 若ΔQ=Q4-Q3>Q1， 則說明系統(tǒng)的泄漏在漏風(fēng)量測試管后端.

通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行流量平衡試驗(yàn)后也證實(shí)了上述判斷， 具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 2.

當(dāng)對(duì)防火閥、 穩(wěn)壓箱、 測試管路、 蝶閥及各節(jié)點(diǎn)確認(rèn)無泄漏后， 在穩(wěn)壓箱與外界保持300 Pa的壓差， 經(jīng)測試，P1=P2，Q1=0， 即表明泄漏量為零， 系統(tǒng)滿足測試要求.

由于冷卻吸風(fēng)端至出口端孔板之間系統(tǒng)嚴(yán)格無泄漏， 那么形成表 2 中最后一項(xiàng)DQ=Q1-ΔQ都為負(fù)值的小量誤差可視為各部件的泄漏量和由于不同測試方法之間的誤差， 此屬正常. 由此可定性、 定量地說明該系統(tǒng)漏風(fēng)量的測試是可靠的并在可接受的誤差范圍內(nèi).

表 2 系統(tǒng)流量平衡試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)研制的防火閥門漏風(fēng)量檢測系統(tǒng)按國家標(biāo)準(zhǔn)GB 15930-2007《建筑通風(fēng)和排煙系統(tǒng)用防火防火閥》中6.11和6.12的要求進(jìn)行了防火閥環(huán)境溫度下的漏風(fēng)量及耐火性能試驗(yàn)， 引風(fēng)機(jī)排放正常， 排氣溫度略高于常溫； 測量裝置溫升不高， 壓力測量正常并保持明顯的靈敏度； 穩(wěn)壓箱壓力保持穩(wěn)定， 隔熱措施效果良好， 穩(wěn)壓箱外壁近似常溫(箱內(nèi)溫度為600 ℃～700 ℃)， 防火閥漏風(fēng)量的測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠， 可以作為標(biāo)準(zhǔn)的檢測裝置投入使用， 并可在使用中不斷加以完善.