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            標準孔板流量計

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            標準孔板流量計在防火閥門漏風量試驗中的作用應用

            作者: 來源: 發布時間:2017-12-15 10:36:32

             摘 要: 剖析《建筑通風和排煙系統用防火閥門》中關于環境溫度下的漏風量和耐火性能的試驗設備和試驗步驟的規定,總結防火閥門漏風量測量試驗過程中的問題,包括漏風量試驗安裝繁瑣;標準孔板流量計選用具有局限性;系統漏風量小于 25 m 3 /h難于實現;引風機選型復雜和漏風量計算過程中溫度壓力修正模糊等。建議標準修訂時,可采用轉接頭進行防火閥門安裝試驗;增加標準孔板流量計關鍵參數和適用范圍的描述;重新定義系統漏風量,保證可操作性;具體規定引風機的風量;增加漏風量測量過程中氣體介質冷卻裝置等。

             
                    防火閥門是建筑通風、空氣調節和排煙系統用的防火閥、排煙防火閥和排煙閥的通稱。防火閥和排煙防火閥分別安裝在建筑通風和排煙系統上,平時呈開啟狀態,火災時當管道內煙氣溫度達到特定溫度時關閉,并在一定時間內滿足漏風量和耐火完整性要求,起隔煙阻火作用;排煙閥安裝在機械排煙系統各支路端部(煙氣吸入口)處,平時呈關閉狀態并滿足漏風量要求,火災或需要排煙時手動或電動打開,起排煙作用。
             
                    目前,國內防火閥門產品執行的標準為 GB 15930-2007《建筑通風和排煙系統用防火閥門》,該標準共有 12項性能要求。其中,環境下的漏風量和耐火性能均涉及漏風量測試,該試驗直接反映了產品隔煙阻火作用效果。
             
            1 試驗裝置
            1.1 試驗裝置
                    防火閥門漏風量測量裝置主要包括連接管道、冷卻水箱、測量管路(含孔板流量計)和引風機。防火閥門連接管路結構,見圖 1 所示。
            防火閥門漏風量試驗裝置和連接管路示意圖
                    連接管道用于連接防火閥門與漏風量測量管路,模擬防火閥門實際安裝管路;冷卻水箱主要用于冷卻防火閥門耐火試驗中的介質,以免損壞壓差變送器和引風機;測量管路是通過孔板流量計前后的壓降來測量防火閥門在規定條件下的漏風量;引風機用于調節閥門前后氣體靜壓差,使其達到規定要求(300 Pa 或 1 000 Pa)。
             
            1.2 連接管路
                    連接管路為鍍鋅鋼板-保溫材料-鍍鋅鋼板的夾層結構,鋼板厚度為 3 mm,保溫材料厚度約 20 mm,采用夾層結構可適當地減小耐火試驗時連接管路的變形,同時降低連接管路外表面的溫升,增加連接管路的使用壽命和保證試驗過程中的人員安全。管道開口的寬度和高度與閥門的出口尺寸一致,對于矩形閥門,管道長度為開口對角線的兩倍,zui長為 2 m;對于圓形閥門,管道的長度為開口直徑的 2 倍,zui長為 2 m。
             
            2 問題與分析
            2.1 防火閥門安裝
                    防火閥門按外形分為圓形閥門和矩形閥門。圓形閥門常見直徑規格為 120~1 000 mm,共 19 種;矩形閥門常見有zui小規格 120 mm × 120 mm,zui大規格為 1 250 mm× 800 mm,共 53 種。對于不同規格的防火閥門需重新加工定制連接管道。而在試驗過程中發現,通過轉接頭來簡化防火閥門的安裝可以減少連接管道加工費用,同時在保證轉接頭與原有連接管道間密封性的條件下,轉接頭的使用對漏風量試驗結果準確性基本沒有影響,僅會增加管道風阻,增大引風機的負荷。因此,在保證引風機功率和風量足夠的前提下,可以使用轉接頭來簡化安裝。但使用轉接頭時,建議使用漸擴管或漸縮管形式,因為該種形式可以減小局部阻力,且能避免突變形成渦流,不改變防火閥門表面的受力情況,保證漏風量試驗結果不受影響。
             
            2.2 孔板流量計的選用
                    GB 15930-2007 中第 7.12.1.2 條要求氣體流量計宜采用標準孔板。標準孔板安裝簡單、性能可靠、價格低廉而且無需實流校準即可投用,但孔板量程比很小(一般不高于 10∶1),且線性差,這些缺點極大制約了孔板適應流量變化的能力。以矩形防火閥門為例,閥門開口面積從0.014 4 m 2 到 2.5 m 2 ,開口面積相差近 173 倍,而漏風量試驗計算的是單位面積上的漏風量,即要求孔板流量計的量程比至少大于 173,而這無法通過只選用一塊標準孔板來實現。目前,常用做法是通過選用不同量程范圍的標準孔板來測量相應范圍的漏風量。GB 15930-2007 中僅僅對流量測量準確度有要求,但并未對不同規格的防火閥門如何選用對應量程的標準孔板的原則作說明。GB 15930-2007 在孔板選用上缺少技術指導。因此,建議根據防火閥門的開口尺寸面積劃分不同等級,并增加測量各個等級閥門漏風量所需的標準孔板參數表,便于正確選用孔板,減少不同檢測機構間的差異。
             
            2.3 系統漏風量
                    系統漏風量是指將關閉狀態的閥門安裝在測試系統的管道上,在其入口處用不滲漏的板材密封,啟動引風機使閥門前后靜壓差達到規定值時,測得的氣體流量。該物理參數一定程度上是為保證防火閥門安裝符合要求,確保閥門與連接管路之間縫隙較小甚至沒有縫隙。在試驗中發現,GB 15930-2007 中規定系統漏風量不大于 25 m 3 /h不適用于所有結構的防火閥門,見圖 2 所示。
            不同結構的防火閥門系統漏風量
                    當漏風量測試管道上不安裝閥門、直接加盲板時,測得管道漏風量為 15 m 3 /h,將非貫穿結構的閥門安裝到測試管道后,再加盲板測系統漏風量時,漏風量約為 20 m 3 /h,如圖 2(a)所示。將貫穿結構的閥門安裝到測試管道后,再加盲板測系統漏風量時,漏風量高達約 45 m 3 /h,如圖 2(b)所示。分析原因可知,執行機構內的溫感器插槽處不可避免地會有縫隙,必然會使系統漏風量增大。非貫穿結構的防火閥門漏風量測試時系統漏風量還能保證小于 25 m 3 /h,但當閥門結構為貫穿結構時,閥門結構上縫隙較多,無法再保證系統漏風量小于 25 m 3 /h。為此,建議在規定系統漏風量時,適當放寬要求,保證標準的可操作性。
             
            2.4 引風機選型
                    在漏風量測試中,主要是耐火性能試驗對引風機要求比較高,耐火性能試驗規定防火閥門在受火 90 min 的過程中,閥門前后靜壓差為(300±15)Pa 的條件下,漏風量均不大于 700 m 3 / (m 2 · h)。
             
                    防火閥門在受火之后,隨著時間的增加,變形增大,葉片與葉片之間、葉片與外框之間的縫隙都會有所增加,使得漏風量不斷變化,見圖 3 所示。當防火閥門縫隙增大時,要保證閥門前后靜壓差為(300±15)Pa,引風機的風量、風壓和功率等參數需要滿足一定要求才可以實現。如果引風機的功率很大,則耗電多、噪聲大,試驗成本高;若引風機功率不足,則漏風量測試系統適用的范圍比較小,而防火閥門的漏風量范圍又很大,造成測試系統適用性差。正確選型引風機既可以減少資源浪費,又可保證測試系統的測量范圍zui大化。筆者建議,GB 15930-2007標準增加對引風機選型的技術指導。
            耐火性能試驗單位面積漏風量曲線
            2.5 溫度壓力修正影響
                    在耐火性能測試中,通過防火閥截面進入測量管道的介質的溫度和壓力是不確定的,而且是動態變化的。流體的溫度、壓力的變化會引起密度的變化,由文獻[7]中公式計算得式(1),可以看出密度的變化必定會給體積流量測量結果帶來誤差。所以,要保證整個試驗結果測量準確,對介質的密度進行修正是必要的。
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                    式中: q v 為體積流量,m 3 /s; C 為流出系數; β 為直徑比;ε為可膨脹性系數;d 為工作條件下一次裝置節流孔或喉部的直徑,m; Δp 為孔板前后差壓,Pa;ρ 為流體密度,kg/m 3 ;K 為綜合系數,包含流出系數、膨脹系數、管道孔徑等參數。
             
                    文獻[9]中指出標準狀態下和設計工況下的氣體體積流量關系,見式(2)。
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                    式中: P 為距孔板流量計 1 倍管徑處的壓力,Pa; T 為孔板流量計后 2 倍管徑處的溫度,K;下標 n 為標準狀態下的參數值;下標 s 為設計工況下的參數值。
             
                    由式(2)可知,當溫度偏差 25 %,流量將會相差 50%,誤差很大,雖然通過溫度修正可以減少誤差,但現有的流量測量的溫度與壓力的補償方法有多種,而 GB 15930-2007 標準未對溫度壓力補償有所說明。通過試驗發現,整個耐火試驗過程中壓力值的變化較小,而溫度變化較大。建議在漏風量測試系統中加入水箱冷卻裝置,以起到降溫保護測量設備和減小溫度修正誤差的雙重作用。
             
            3 結 論
                    通過對 GB 15930-2007 標準的剖析和試驗過程的分析總結,建議標準更新時增加以下內容。
                    (1)防火閥門安裝過程中使用漸擴管或漸縮管的轉接頭以簡化安裝。
                    (2)根據防火閥門的開口尺寸劃分成不同等級,并增加測量各個等級的閥門漏風量所需的標準孔板參數表。
                    (3)適當放寬系統漏風量要求,增加風機選型的技術指導,保證標準的可操作性和指導性。
                    (4)漏風量測試系統中引入冷卻裝置,減小溫度壓力修正的影響及保護測量設備。

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