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(jiǎn)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(guó)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(cè)試， 按照國(guó)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(cè)量系統(tǒng)和壓力測(cè)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(cè)量其泄漏風(fēng)量.

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)防火閥漏風(fēng)量測(cè)試基本采用孔板測(cè)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(cè)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(jiǎn)單牢固， 無(wú)可動(dòng)部件， 長(zhǎng)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(cè)系統(tǒng)正是基于上述要求并采用噴嘴測(cè)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(cè)并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證.

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

1) 滿足國(guó)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(cè)符合國(guó)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(cè)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(cè)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(cè)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(guó)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(guò)流截面面積從0.102 4 m2至1.25 m2.

2 問(wèn)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(cè)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(lái)考慮， 需要處理的熱量

(1)

式中：CP為空氣比熱；t2為測(cè)試噴嘴后端溫度；t1為測(cè)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(cè)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(zhǎng)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(cè)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(guò)關(guān)后， 確定用此方案進(jìn)行流量的測(cè)試效果更佳.

氣體流量測(cè)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(cè)試管， 以適應(yīng)不同防火閥的檢測(cè)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(cè)量系統(tǒng)的保護(hù)

氣體流量測(cè)量系統(tǒng)全部由不銹鋼(ICr18Ni9Ti)制成， 在400 ℃以下能長(zhǎng)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(zhǎng)噴嘴測(cè)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(cè)定輸出流量Q4； 在漏風(fēng)量測(cè)試管的噴嘴前、 后端分別接入微壓計(jì)， 測(cè)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(shuō)明系統(tǒng)的泄漏在漏風(fēng)量測(cè)試管后端.

通過(guò)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(jiàn)表 2.

當(dāng)對(duì)防火閥、 穩(wěn)壓箱、 測(cè)試管路、 蝶閥及各節(jié)點(diǎn)確認(rèn)無(wú)泄漏后， 在穩(wěn)壓箱與外界保持300 Pa的壓差， 經(jīng)測(cè)試，P1=P2，Q1=0， 即表明泄漏量為零， 系統(tǒng)滿足測(cè)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(wú)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(cè)試方法之間的誤差， 此屬正常. 由此可定性、 定量地說(shuō)明該系統(tǒng)漏風(fēng)量的測(cè)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(yǔ)

本設(shè)計(jì)研制的防火閥門漏風(fēng)量檢測(cè)系統(tǒng)按國(guó)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(cè)量裝置溫升不高， 壓力測(cè)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(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠， 可以作為標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)裝置投入使用， 并可在使用中不斷加以完善.