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标准孔板流量计在防火阀门漏风量试验中的作用应用

作者: 来源: 发布时间:2017-12-15 10:36:32

 摘 要: 剖析《建筑通风和排烟系统用防火阀门》中关于环境温度下的漏风量和耐火性能的试验设备和试验步骤的规定,总结防火阀门漏风量测量试验过程中的问题,包括漏风量试验安装繁琐;标准孔板流量计选用具有局限性;系统漏风量小于 25 m 3 /h难于实现;引风机选型复杂和漏风量计算过程中温度压力修正模糊等。建议标准修订时,可采用转接头进行防火阀门安装试验;增加标准孔板流量计关键参数和适用范围的描述;重新定义系统漏风量,保证可操作性;具体规定引风机的风量;增加漏风量测量过程中气体介质冷却装置等。

 
        防火阀门是建筑通风、空气调节和排烟系统用的防火阀、排烟防火阀和排烟阀的通称。防火阀和排烟防火阀分别安装在建筑通风和排烟系统上,平时呈开启状态,火灾时当管道内烟气温度达到特定温度时关闭,并在一定时间内满足漏风量和耐火完整性要求,起隔烟阻火作用;排烟阀安装在机械排烟系统各支路端部(烟气吸入口)处,平时呈关闭状态并满足漏风量要求,火灾或需要排烟时手动或电动打开,起排烟作用。
 
        目前,国内防火阀门产品执行的标准为 GB 15930-2007《建筑通风和排烟系统用防火阀门》,该标准共有 12项性能要求。其中,环境下的漏风量和耐火性能均涉及漏风量测试,该试验直接反映了产品隔烟阻火作用效果。
 
1 试验装置
1.1 试验装置
        防火阀门漏风量测量装置主要包括连接管道、冷却水箱、测量管路(含孔板流量计)和引风机。防火阀门连接管路结构,见图 1 所示。
防火阀门漏风量试验装置和连接管路示意图
        连接管道用于连接防火阀门与漏风量测量管路,模拟防火阀门实际安装管路;冷却水箱主要用于冷却防火阀门耐火试验中的介质,以免损坏压差变送器和引风机;测量管路是通过孔板流量计前后的压降来测量防火阀门在规定条件下的漏风量;引风机用于调节阀门前后气体静压差,使其达到规定要求(300 Pa 或 1 000 Pa)。
 
1.2 连接管路
        连接管路为镀锌钢板-保温材料-镀锌钢板的夹层结构,钢板厚度为 3 mm,保温材料厚度约 20 mm,采用夹层结构可适当地减小耐火试验时连接管路的变形,同时降低连接管路外表面的温升,增加连接管路的使用寿命和保证试验过程中的人员安全。管道开口的宽度和高度与阀门的出口尺寸一致,对于矩形阀门,管道长度为开口对角线的两倍,最长为 2 m;对于圆形阀门,管道的长度为开口直径的 2 倍,最长为 2 m。
 
2 问题与分析
2.1 防火阀门安装
        防火阀门按外形分为圆形阀门和矩形阀门。圆形阀门常见直径规格为 120~1 000 mm,共 19 种;矩形阀门常见有最小规格 120 mm × 120 mm,最大规格为 1 250 mm× 800 mm,共 53 种。对于不同规格的防火阀门需重新加工定制连接管道。而在试验过程中发现,通过转接头来简化防火阀门的安装可以减少连接管道加工费用,同时在保证转接头与原有连接管道间密封性的条件下,转接头的使用对漏风量试验结果准确性基本没有影响,仅会增加管道风阻,增大引风机的负荷。因此,在保证引风机功率和风量足够的前提下,可以使用转接头来简化安装。但使用转接头时,建议使用渐扩管或渐缩管形式,因为该种形式可以减小局部阻力,且能避免突变形成涡流,不改变防火阀门表面的受力情况,保证漏风量试验结果不受影响。
 
2.2 孔板流量计的选用
        GB 15930-2007 中第 7.12.1.2 条要求气体流量计宜采用标准孔板。标准孔板安装简单、性能可靠、价格低廉而且无需实流校准即可投用,但孔板量程比很小(一般不高于 10∶1),且线性差,这些缺点极大制约了孔板适应流量变化的能力。以矩形防火阀门为例,阀门开口面积从0.014 4 m 2 到 2.5 m 2 ,开口面积相差近 173 倍,而漏风量试验计算的是单位面积上的漏风量,即要求孔板流量计的量程比至少大于 173,而这无法通过只选用一块标准孔板来实现。目前,常用做法是通过选用不同量程范围的标准孔板来测量相应范围的漏风量。GB 15930-2007 中仅仅对流量测量准确度有要求,但并未对不同规格的防火阀门如何选用对应量程的标准孔板的原则作说明。GB 15930-2007 在孔板选用上缺少技术指导。因此,建议根据防火阀门的开口尺寸面积划分不同等级,并增加测量各个等级阀门漏风量所需的标准孔板参数表,便于正确选用孔板,减少不同检测机构间的差异。
 
2.3 系统漏风量
        系统漏风量是指将关闭状态的阀门安装在测试系统的管道上,在其入口处用不渗漏的板材密封,启动引风机使阀门前后静压差达到规定值时,测得的气体流量。该物理参数一定程度上是为保证防火阀门安装符合要求,确保阀门与连接管路之间缝隙较小甚至没有缝隙。在试验中发现,GB 15930-2007 中规定系统漏风量不大于 25 m 3 /h不适用于所有结构的防火阀门,见图 2 所示。
不同结构的防火阀门系统漏风量
        当漏风量测试管道上不安装阀门、直接加盲板时,测得管道漏风量为 15 m 3 /h,将非贯穿结构的阀门安装到测试管道后,再加盲板测系统漏风量时,漏风量约为 20 m 3 /h,如图 2(a)所示。将贯穿结构的阀门安装到测试管道后,再加盲板测系统漏风量时,漏风量高达约 45 m 3 /h,如图 2(b)所示。分析原因可知,执行机构内的温感器插槽处不可避免地会有缝隙,必然会使系统漏风量增大。非贯穿结构的防火阀门漏风量测试时系统漏风量还能保证小于 25 m 3 /h,但当阀门结构为贯穿结构时,阀门结构上缝隙较多,无法再保证系统漏风量小于 25 m 3 /h。为此,建议在规定系统漏风量时,适当放宽要求,保证标准的可操作性。
 
2.4 引风机选型
        在漏风量测试中,主要是耐火性能试验对引风机要求比较高,耐火性能试验规定防火阀门在受火 90 min 的过程中,阀门前后静压差为(300±15)Pa 的条件下,漏风量均不大于 700 m 3 / (m 2 · h)。
 
        防火阀门在受火之后,随着时间的增加,变形增大,叶片与叶片之间、叶片与外框之间的缝隙都会有所增加,使得漏风量不断变化,见图 3 所示。当防火阀门缝隙增大时,要保证阀门前后静压差为(300±15)Pa,引风机的风量、风压和功率等参数需要满足一定要求才可以实现。如果引风机的功率很大,则耗电多、噪声大,试验成本高;若引风机功率不足,则漏风量测试系统适用的范围比较小,而防火阀门的漏风量范围又很大,造成测试系统适用性差。正确选型引风机既可以减少资源浪费,又可保证测试系统的测量范围最大化。笔者建议,GB 15930-2007标准增加对引风机选型的技术指导。
耐火性能试验单位面积漏风量曲线
2.5 温度压力修正影响
        在耐火性能测试中,通过防火阀截面进入测量管道的介质的温度和压力是不确定的,而且是动态变化的。流体的温度、压力的变化会引起密度的变化,由文献[7]中公式计算得式(1),可以看出密度的变化必定会给体积流量测量结果带来误差。所以,要保证整个试验结果测量准确,对介质的密度进行修正是必要的。
20171215104054.jpg
        式中: q v 为体积流量,m 3 /s; C 为流出系数; β 为直径比;ε为可膨胀性系数;d 为工作条件下一次装置节流孔或喉部的直径,m; Δp 为孔板前后差压,Pa;ρ 为流体密度,kg/m 3 ;K 为综合系数,包含流出系数、膨胀系数、管道孔径等参数。
 
        文献[9]中指出标准状态下和设计工况下的气体体积流量关系,见式(2)。
20171215104059.jpg
        式中: P 为距孔板流量计 1 倍管径处的压力,Pa; T 为孔板流量计后 2 倍管径处的温度,K;下标 n 为标准状态下的参数值;下标 s 为设计工况下的参数值。
 
        由式(2)可知,当温度偏差 25 %,流量将会相差 50%,误差很大,虽然通过温度修正可以减少误差,但现有的流量测量的温度与压力的补偿方法有多种,而 GB 15930-2007 标准未对温度压力补偿有所说明。通过试验发现,整个耐火试验过程中压力值的变化较小,而温度变化较大。建议在漏风量测试系统中加入水箱冷却装置,以起到降温保护测量设备和减小温度修正误差的双重作用。
 
3 结 论
        通过对 GB 15930-2007 标准的剖析和试验过程的分析总结,建议标准更新时增加以下内容。
        (1)防火阀门安装过程中使用渐扩管或渐缩管的转接头以简化安装。
        (2)根据防火阀门的开口尺寸划分成不同等级,并增加测量各个等级的阀门漏风量所需的标准孔板参数表。
        (3)适当放宽系统漏风量要求,增加风机选型的技术指导,保证标准的可操作性和指导性。
        (4)漏风量测试系统中引入冷却装置,减小温度压力修正的影响及保护测量设备。

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