در طراحی سیستم‌های اطفاء حریق مبتنی بر گاز دی‌اکسید کربن (CO₂)، یکی از پیچیده‌ترین مراحل، طراحی و محاسبه دقیق سایز لوله‌ها و دهانه‌ها است. این فرآیند تأثیر مستقیم بر کارایی، ایمنی و هزینه نهایی پروژه دارد. در این مقاله، بر اساس ضمیمه C استاندارد NFPA 12، به نحوه محاسبه و اصول طراحی لوله‌کشی برای این سیستم‌ها می‌پردازیم.
توجه: ضمیمه C از استاندارد NFPA 12 صرفاً جنبه اطلاعاتی دارد و بخشی از الزامات الزامی استاندارد نیست.
چالش اصلی در طراحی لوله‌ها
گاز دی‌اکسید کربن در حالت مایع و تحت فشار اشباع از مخزن خارج می‌شود. با عبور از لوله‌کشی، به دلیل اصطکاک، فشار کاهش یافته و CO₂ شروع به تبخیر می‌کند و مخلوطی از مایع و بخار تولید می‌شود. این فرآیند باعث افزایش حجم و سرعت جریان شده و افت فشار در انتهای لوله بیشتر از ابتدای آن خواهد بود.
بیشتر بخوانید: طراحی سیستم اطفاء حریق با گاز دی‌اکسید کربن (CO₂)
روش محاسبه افت فشار
برای طراحی دقیق، از منحنی‌های فشار در مقابل طول معادل استفاده می‌شود. این منحنی‌ها با استفاده از معادلات ارائه‌شده در بخش 4.7.5.1 استاندارد NFPA 12 ترسیم شده‌اند.
در این معادلات دو فاکتور کلیدی استفاده می‌شود:
- Y: دارای واحدهای فشار ضربدر چگالی است.
- Z: یک نسبت بدون بعد است.
این فاکتورها بر اساس فشار ذخیره‌سازی (PI) و فشار خط (P) تعیین می‌شوند.
فشار مرجع در سیستم‌های فشار پایین و بالا
- در سیستم‌های فشار پایین، میانگین فشار تخلیه حدود 285 psi (1965 kPa) است. برای محاسبات، فشار مرجع 300 psi (2068 kPa) در نظر گرفته می‌شود.
- در سیستم‌های فشار بالا، فشار بستگی به دمای محیط دارد (معمولاً 70°F یا 21°C). میانگین فشار در این حالت حدود 750 psi (5171 kPa) است.
یک نمونه محاسبه واقعی
در یک مثال عملی، فرض کنیم خط اصلی از مخزن آغاز می‌شود و طول آن 300 فوت است. فشار در انتهای این خط 228 psi است. اگر یک انشعاب از همین خط منشعب شود و طول کل مسیر به 410 فوت برسد، فشار در انتهای این انشعاب به حدود 165 psi خواهد رسید.
با استفاده از این فشار و نرخ جریان (مثلاً 500 lb/min)، مساحت دهانه مورد نیاز اسپرینکلر حدود 0.567 اینچ مربع (366 میلی‌متر مربع) محاسبه می‌شود.
انتخاب سایز لوله و دهانه اسپرینکلر
طراحی سیستم توزیع گاز CO₂ بر اساس نرخ جریان مورد نیاز در هر اسپرینکلر انجام می‌شود. با استفاده از منحنی‌های جریان و داده‌های بخش 4.7.5.2 می‌توان دهانه مناسب را برای فشار مشخص انتخاب کرد.
در سیستم‌های فشار بالا، جریان کل از چندین سیلندر تأمین می‌شود. نرخ جریان از هر سیلندر و مقاومت اتصالات تأثیر قابل توجهی بر افت فشار دارد.
بیشتر بخوانید: مزایای سیستم‌های اعلام حریق با سیم و بی‌سیم
استفاده از جداول معادل طول لوله
- جدول C.1(d) برای اتصالات رزوه‌ای
- جدول C.1(e) برای اتصالات جوشی
- برای اتصالات مکانیکی شیار‌دار، باید از اطلاعات سازنده استفاده شود.
همه این جداول بر اساس لوله‌های Schedule 40 طراحی شده‌اند، اما برای Schedule 80 نیز قابل استفاده هستند.
تأثیر ارتفاع در طراحی سیستم
در مواردی که تفاوت ارتفاعی در مسیر لوله‌کشی وجود دارد، باید فشار هیدرواستاتیک را اصلاح کرد. جداول C.1(f) و C.1(g) مقادیر اصلاحی برای سیستم‌های فشار پایین و بالا را ارائه می‌دهند.
جمع‌بندی
طراحی اصولی و علمی سیستم‌های اطفاء حریق با گاز دی‌اکسید کربن نیازمند آشنایی کامل با دینامیک جریان، افت فشار، رفتار گاز در مسیر لوله‌کشی و استفاده دقیق از استانداردهایی مانند NFPA 12 است. درک صحیح این مفاهیم به طراحان و مهندسان کمک می‌کند تا سیستم‌هایی مطمئن، مؤثر و مقرون‌به‌صرفه پیاده‌سازی کنند.
اگر در حال طراحی یا بازنگری سیستم اطفاء حریق پروژه خود هستید، تیم تخصصی اسپین الکتریک با بهره‌گیری از استانداردهای بین‌المللی و تجربه اجرایی گسترده، آماده ارائه مشاوره و خدمات مهندسی دقیق به شماست.
اگر به دنبال خرید بیم دتکتور هستید، همین حالا به فروشگاه اینترنتی اسپین الکتریک مراجعه کنید. ما مجموعه‌ای از بهترین برندهای بیم دتکتور را با مناسب ترین قیمت بیم دتکتور و گارانتی اصالت کالا ارائه می‌دهیم. برای مشاهده مشخصات فنی، مقایسه مدل‌ها و ثبت سفارش آنلاین، همین حالا وارد سایت شوید و با چند کلیک ساده، خریدی مطمئن را تجربه کنید!
سوالات متداول
آیا می‌توان از لوله‌های Schedule 80 به جای Schedule 40 استفاده کرد؟
بله. هرچند جداول ضمیمه C استاندارد NFPA 12 بر اساس لوله‌های Schedule 40 تدوین شده‌اند، اما برای مقاصد عملی، همین مقادیر برای Schedule 80 نیز قابل استفاده هستند. با این حال، بهتر است در پروژه‌های حساس، با در نظر گرفتن چگالی بالاتر، محاسبات دقیق‌تری انجام شود.
در چه شرایطی باید اصلاح فشار بر اساس ارتفاع انجام شود؟
اگر تغییر ارتفاع در مسیر لوله‌کشی قابل توجه باشد (مثلاً بیش از چند متر)، باید اثر فشار هیدرواستاتیک در نظر گرفته شود. برای این منظور، از جداول C.1(f) و C.1(g) برای سیستم‌های فشار پایین و بالا استفاده می‌شود.
آیا افت فشار در انتهای لوله بیشتر از ابتدای آن است؟ چرا؟
بله، زیرا با کاهش فشار در مسیر، بخشی از مایع CO₂ تبخیر می‌شود و حجم مخلوط گاز و مایع افزایش می‌یابد. این موضوع باعث افزایش سرعت جریان و در نتیجه افت فشار بیشتر در انتهای لوله نسبت به ابتدای آن می‌شود.
