中北大學課 程 設 計 說 明 書學生姓名:任合保學 號：1104024137學 院:化工與環境學院專 業:安全工程題 目:手提式泡沫滅火器設計（15L）指導教師： 李小東 職稱: 副教授 2015 年 1 月 22 日目錄1.課程設計目的42.課程設計內容及要求42.1泡沫滅火器的定義及分類42.2泡沫滅火器的工作原理42.3泡沫滅火器的滅火對象52.4手提式泡沫滅火器的結構52.5手提式泡沫滅火器的使用52.6手提式沫滅火器的基本參數62.7手提式泡沫滅火劑的基本參數72.7.1發泡倍數(N)72.7.2顆粒細度(X1)72.7.3水不溶物含量(X2)82.7.4水分含量(X3)82.8手提式泡沫滅火器的技術要求82.8.1 內劑82.8.2外劑82.8.3機械強度92.8.4結構92.8.5材料92.8.6制造工藝92.8.7外觀質量103.課程設計工作任務及工作量103.1滅火器材料設計103.2滅火器的強度設計103.2.1振動試驗113.2.2沖擊試驗113.2.3水壓試驗113.2.4爆破試驗123.3滅火器結構設計123.3.1設計壓力p123.3.2設計溫度T123.3.3滅火器圓筒殼體厚度t123.3.4滅火器的圓筒筒身高度h133.3.5滅火器的封頭133.3.6滅火器的瓶膽143.3.7滅火器的噴嘴1434滅火器藥劑及基本參數設計144.總結15參考文獻151.課程設計目的 人們在生活、工作、學習、娛樂的過程中，安全工作仍不能放松，尤其是對火災的防控，因此各種場所中都會配備適量的滅火器，其中泡沫滅火器由于結構簡單、操作靈活、使用方便，具有滅火速度快、效率高，可連續或間歇噴射等優點，應用比較廣。泡沫滅火器又分為手提式、舟車式和推車式，本次課程設計主要針對手提式泡沫滅火器。通過設計，進一步學習防火、滅火的基本理論知識，掌握各類滅火器的工作原理、規格、用途、效能以及使用方法。2.課程設計內容及要求2.1泡沫滅火器的定義及分類 泡沫滅火器是通過圓筒內酸性溶液與堿性溶液混合后發生化學反應，噴射出泡沫，覆蓋在燃燒物表面上，從而隔絕空氣而達到滅火效果的小型器械1。常用的化學泡沫滅火器有手提式、舟車式及推車式三種。 滅火器的型號編制方法應按CN 1182消防產品型號編制方法的規定。 標記示例：2.2泡沫滅火器的工作原理泡沫滅火器的器筒內盛裝碳酸氫鈉與泡沫液混合的水溶液，瓶膽內盛裝硫酸鋁水溶液，平時兩者是隔離的，使用時將滅火器顛倒過來，兩種溶液混合后立即發生化學反應，產生二氧化碳氣體和濃厚的泡沫，機筒內的泡沫受到二氧化碳氣體的壓力而噴射出來，當它噴到燃燒物體的表面上，便象絨氈一樣地遮蓋在上面，隔絕空氣，使燃燒物得不到氧氣而燃燒停止2。化學反應為：6NaHCO3 +Al2(SO4)3 3Na2SO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 從泡沫滅火器中噴出的泡沫具有冷卻作用、窒息作用、隔離作用。冷卻作用是由于燃燒物表面溫度很高，當泡沫噴射到燃燒物質表面時，泡沫中含有的水分氣化并吸熱使得燃燒物質表面溫度得以降低；窒息作用是噴出的泡沫覆蓋住了燃燒物質表面，泡沫隔離了空氣，使得燃燒物質得不到氧氣而窒息：隔離作用是由于泡沫的覆蓋作用使得燃燒物質與火源隔離開來，進而達到滅火的作用。2.3泡沫滅火器的滅火對象 它適用于撲救油類等非水溶性液體的火災和木材、纖維、橡膠等固體火災?？捎糜趽錅鏏類和B類火災，但不能撲滅水溶性液體火災（如酒精）火災，因為這類液體會吸收泡沫中的水分，破壞泡沫。不能撲救D類火災，因為水能與輕金屬發生化學反應，加速燃燒。也不能用于撲救E類火災，因為水能導電;3。2.4手提式泡沫滅火器的結構 結構主要由筒身、瓶膽、筒蓋、噴嘴、泡沫藥劑組成。 筒身的主體用薄鋼板滾壓成圓筒焊接而成的。上下封頭是由薄鋼板沖壓成型與圓筒焊接而成。筒身的作用一方面是用來盛裝一號藥劑，另一方面就是用來承受滅火器內部藥劑化學反應的壓力。 瓶膽一般是用聚乙烯塑料或玻璃材料制作，用來盛裝二號藥劑。 筒蓋是由鋼板沖壓成型或用鑄鐵澆筑和工程塑料制作，筒身與筒蓋用螺栓連接，筒蓋和螺栓起到承載內部壓力的作用。 噴嘴是用金屬或尼絨材料制作而成，噴嘴的作用很明顯，它的截面積大小對于滅火器噴射時間、噴射距離、滅火性能影響很大4。 泡沫藥劑主要有三部分，碳酸氫鈉（一號藥劑）、硫酸鋁（二號藥劑）和發泡劑，主要作用是通過碳酸氫鈉溶液和硫酸鋁溶液的發泡反應產生的泡沫來覆蓋燃燒介質進而滅火的。 2.5手提式泡沫滅火器的使用圖2.5 手提式泡沫滅火器結構1筒身；2筒蓋；3噴嘴；4瓶膽；5瓶膽蓋；6螺母使用泡沫滅火器時可以手提筒體上部的提環，迅速奔赴火場。但是如果滅火器過分傾斜，使用時橫拿或顛倒，會使兩種藥劑混合而提前噴出，所以使用的時候需要特別注意。當距離著火點10米左右，即可將筒體顛倒過來，一只手緊握提環，另一只手扶住筒體的底圈，將射流對準燃燒物。在撲救可燃液體火災時，如果已經呈流淌狀燃燒，應該將泡沫由遠而近噴射，使泡沫完全覆蓋在燃燒液面上；如果在容器內燃燒，應將泡沫射向容器的內壁，使泡沫沿著內壁流淌，逐步覆蓋著火液面。切忌直接對準液面噴射，以免由于射流的沖擊，反而將燃燒的液體沖散或沖出容器，擴大燃燒范圍。在撲救固體物質火災時，應將射流對準燃燒最猛烈處。滅火時隨著有效噴射距離的縮短，使用者應逐漸向燃燒區靠近，并始終將，泡沫噴在燃燒物上，直到撲滅。使用時，滅火器應始終保持倒置狀態，否則會中斷噴射5。2.6手提式沫滅火器的基本參數 常見的泡沫滅火器規格有6L、9L兩種，它們的基本參數按照表2.6所示規定。表2.6手提式泡沫滅火器的基本參數規 格項 目MP6MP9滅火劑灌裝量酸性劑硫酸鋁（g）6001090010清水（ml）100050100050堿性劑碳酸氫鈉（g）4301065010清水（ml）45001007500100有效噴射時間（s）4060有效噴射距離（m）68噴射滯后時間（m）55噴剩余率（%）1010 滅火器的使用溫度范圍應符合GB 435184手提式滅火器通用技術條件中第331款的規定。本標準推薦使用溫度范圍為455。 在使用溫度范圍內，滅火器的噴射性能應符合GB 435184中第332款的規定。 滅火器的滅火性能應符合GB 435184中第34條的規定。 滅火器的總重量不得大于20公斤7。2.7手提式泡沫滅火劑的基本參數2.7.1發泡倍數(N) 2.7.1式中，N 為發泡倍數； V1為泡沫體積（ml）； V2為內劑溶液的體積(ml)； V3為外劑溶液的體積(ml)；取兩次測試的平均值作為實驗結果。2.7.2顆粒細度(X1)取適量泡沫粉，置于10目標準篩中進行篩選，然后稱量剩余物，按下式計算： 2.7.2式中：G試樣重量（g）； G1篩余物重量（g）；2.7.3水不溶物含量(X2)取適量的泡沫粉，按規定進行溶解、過濾，將濾渣進行干燥，按下式計算 2.7.3式中：G試樣重量（g）； G2干燥后坩堝與濾渣的重量（g）； G3坩堝的重量（g）；2.7.4水分含量(X3)取適量泡沫粉試樣，按規定進行烘干，然后按下式計算： 2.7.4式中：G試樣重量（g）； G4干燥后試樣的重量（g）8；2.8手提式泡沫滅火器的技術要求2.8.1 內劑：外觀：白色或微帶灰色粒狀顆粒細度：篩孔徑 2.0mm，篩余物不大于 5.0（m/m） 水不溶物含量：不大于 0.6（V/V） 2.8.2外劑：外觀：均勻粉狀顆粒細度：篩孔徑 2.0mm，篩余物不大于 5.0（m/m） 水不溶物含量：不大于 0.6（V/V） 水分含量：不大于 2.0（m/m）發泡倍數：不小于 8泡沫消失率：不大于 25%（V/V）反應液的p值：68滅火性能：不小于 6B泡沫封閉時間：不小于 5min82.8.3機械強度滅火器筒體的最小壁厚的設計應符合GB 435184中第361款的規定。其中設計壓力為滅火器在60時內部滅火劑完全反應的平衡壓力。滅火器的筒體、受內壓的器頭及筒體與器頭的連接零件的水壓強度應符合GB 435184中第362款的規定。滅火器的爆破強度應符合GB 435184中第363款的規定。滅火器的抗振動性能應符合GB 435184中第364和365款的規定。滅火器的抗沖擊性能應符合GB 435184中第366款的規定。2.8.4結構滅火器筒體與器頭的連接應可靠，使用時不得滲漏。其連接結構應采用下列其中之一。aM852螺紋連接，連接長度不小于16毫米。b在105毫米圓周線上均布3只M8螺栓連接。舟車型滅火器的內藥瓶蓋應密閉，在顛簸下不得滲出滅火劑，而且瓶蓋的啟閉操作應靈活可靠。滅火器的卸壓結構應符合GB 435184中第3102款的規定。滅火器應設有過濾裝置，其要求應符合GB 435184中第3106款的規定。2.8.5材料滅火器鋼制筒體的材料應用鎮靜鋼制造，其化學成分和機械性能應符合國家有關標準規定。 滅火器的器頭材料應為鎮靜鋼或其他金屬材料制造，其化學成分和機械性能應符合國家有關標準規定。接觸滅火劑的橡膠、塑料件應由耐酸、耐堿的材料制造。其要求應符合GB 435184中第392款的規定。采用的滅火劑應符合有關化學泡沫滅火器用滅火劑標準的規定。2.8.6制造工藝滅火器的焊縫應均勻，不得有裂紋、燒穿、咬邊及未焊透等缺陷。受壓零件的焊縫探傷檢查應按GB 332382鋼焊縫射線照相及底片等級分類法執行，其質量應符合3級要求。金屬零件的加工未注公差尺寸的公差等級應符合GB 180479公差與配合未注公差尺寸的極限偏差中IT 14級的規定。非金屬零件加工未注公差尺寸的公差等級應符合GB 180479中IT 16級的規定。零件的螺紋公差應符合GB 19781普通螺紋公差與配合中內螺紋7H級，外螺紋8g級的規定。鈑金、沖壓零件表面應無重皮、皺紋及明顯的機械損傷等缺陷。噴嘴孔應光滑，無毛刺、凹坑等影響噴射性能的缺陷。滅火器內外部表面等應進行防腐蝕處理，其要求應符合GB 435184中第37條的規定。2.8.7外觀質量滅火器的油漆件應漆膜色澤均勻，無龜裂，無明顯流痕、氣泡、劃痕、碰傷等缺陷。電鍍件表面應無氣泡、明顯劃痕、碰傷等缺陷。貼花應端正、平服，不缺邊少字，無明顯皺褶、氣泡等缺陷，且經外部腐蝕試驗后，應不脫落9。3.課程設計工作任務及工作量3.1滅火器材料設計滅火器鋼制筒體的材料應用鎮靜鋼制造，其化學成分和機械性能應符合國家有關標準規定。手提式泡沫滅火器作為壓力容器，材料選擇應符合GB150鋼制壓力容器的規定。該設計器具筒體材料采用20R，加工工藝為熱軋或正火，這種材料的相關性能及參數滿足要求。滅火器的器頭材料應為鎮靜鋼或其他金屬材料制造，其化學成分和機械性能應符合國家有關標準規定。器頭也采用20R作為加工材料，使用工藝為熱軋或正火。 接觸滅火劑的橡膠、塑料件應由耐酸、耐堿的材料制造。其要求應符合GB 435184中第392款的規定。3.2滅火器的強度設計在使用滅火器撲救火災或在滅火演習中，有時出現滅火器頂蓋、筒底飛出或筒身破裂等，造成傷人事故。這是因為滅火器沒有合適的強度，在撞擊、超量裝藥或制造不合格等情況下造成的。因此，為使滅火器能安全工作，滅火器應有一個合格的強度。對泡沫滅火器進行強度設計，應該使其材料強度滿足滅火器的相關要求，滅火器的抗振動性能、抗沖擊性能、水壓強度、爆破強度則需要進行相關試驗來保證。3.2.1振動試驗 將滅火器以直立工作狀態固定在振動臺的夾具中，對帶有專用固定架的滅火器，應將滅火器裝在專用固定架中，然后再將固定架夾緊在振動臺夾具中。依次改變振動臺的振動方向，使滅火器按空間三個垂直軸線方向進行振動。每個方向的振動試驗按下列參數連續進行：a）頻率：40Hz；b）振幅：1.0mm；c）時間：2.0h。 經振動試驗后的滅火器應按GB4351-97中6.1.1進行噴射試驗。測出噴射時間、噴射滯后時間和噴射剩余率。3.2.2沖擊試驗將滅火器放置在其規定的最低使用溫度（偏差為）環境中保持24h以上。試驗應在最低使用溫度環境中進行。對于貯氣瓶滅火器，應把貯氣瓶打開，間歇噴射裝置關閉，使滅火器處于帶壓狀態下進行沖擊試驗。在滅火器器頭的垂直上方掛裝一個圓柱形的平底鋼錘，直徑為75mm，重量為kg，鋼錘底部距離滅火器器頭頂端的高度按下列公式計算： H=M/20 3.1.3式中：H鋼錘底部距滅火器器頭頂端的高度，m； M滅火器總重量數，kg。當計算值小于0.3m時，H值取0.3m。先將滅火器直立放置，鋼錘自由落下沖擊滅火器的器頭部分。然后再將滅火器水平放置，器頭枕墊在鋼塊上，鋼錘自由落下沖擊滅火器的器頭部分。試驗結果應符合GB4351-97中5.8.2的要求。試驗后將滅火器內滅火劑清除，然后按GB4351-97中6.8.1進行水壓試驗，試驗結果應符合GB4351-97中5.8.2的要求。3.2.3水壓試驗 將滅火器（或貯氣瓶）安裝在試驗臺上，試驗臺結構應保證滅火器筒體不受外力。試驗采用水作加壓介質，水溫應不低于5。試驗用壓力指示儀精度應不低于1.5級。滅火器筒體與器頭可分別進行試驗，但它們之間的連接零件與連接部位也應經受水壓試驗。試驗時先升壓至最大工作壓力，然后卸壓，反復進行數次，以排除水中氣體；然后緩慢、均勻升壓至規定的壓力，在此壓力下持續時間應不少于1min并仔細觀察。試驗結果應符合GB4351-97中5.10.1.1或5.10.2.1的規定。3.2.4爆破試驗 將經水壓試驗合格的滅火器（或貯氣瓶）安裝在試驗臺上，試驗臺應有安全防護設施。試驗水溫應不低于5，試驗用壓力指示儀精度應不低于1.5級。試驗時先升壓至最大工作壓力，然后卸壓，反復進行數次，以排除水中氣體；然后以緩慢均勻速率升壓，直以滅火器（或貯氣瓶）破裂。如果未達到規定的爆破壓力前器頭密封件處發生泄漏，則可將滅火器筒體與器頭分別進行試驗，但筒體與器間的連接零件也應經爆破試驗。爆破試驗結果應符合GB4351-97中5.10.1.2或5.10.2.3的規定8。3.3滅火器結構設計3.3.1設計壓力p：根據GB4351-97中5.10.1.1和5.10.1.2中的規定， 3.3.2 3.3.3其中，PB為最小爆破壓力； PE為試驗壓力； PMS為最大工作壓力；選取最小爆破壓力PB為5.5MPa,解得相應的試驗壓力PE為2.8MPa，最大工作壓力PMS為1.5MPa。最小爆破壓力即為設計壓力，所以設計壓力p=5.5MPa。3.3.2設計溫度T：由于手提式泡沫滅火器的推薦溫度范圍為：4 55，可得此滅火器的設計溫度為55。3.3.3滅火器圓筒殼體厚度t 3.3.1式中，p為設計壓力 （MPa）；為焊縫系數； 為許用應力 (MPa)； 為圓筒內徑 (mm)；（1）確定相關參數：焊縫系數：根據GB150鋼制壓力容器中的規定，對于手提式泡沫滅火器采用單面焊、局部無損檢測的圓筒的焊縫系數取0.8。壁厚附加量C：C1 = -0.45mm,C2 = 0.05mm許用應力：選用20R作為圓筒的制作材料，查閱GB150鋼制壓力容器設殼體名義厚度t= 616mm，得到設計溫度在55的許用應力 = 133MPa（2）計算殼體厚度t: 3.3.4滅火器的圓筒筒身高度h取滅火器的筒身直徑為15厘米，根據公式3.3計算筒身高度h 3.3.4 式中，V - 體積（L）； D - 筒身直徑（mm）；經計算可得滅火器筒身的高度為:848mm 3.3.5滅火器的封頭此手提式泡沫滅火器采用橢圓形封頭，封頭的重要參數有封頭壁厚t和封頭高度hi和直邊段長度L,相關的計算公式如下： 3.3.5.1 3.3.5.2一般規定2.6 ，所以計算得到hi為30mm。直邊段長度L2550mm,L值可取為25mm。將hi=30帶入式3.3.5.2中，解得：K= =1.37t=5.4mm3.3.6滅火器的瓶膽滅火器的瓶膽采用耐堿材料設計，瓶膽容量2.00.1L。3.3.7滅火器的噴嘴噴嘴內徑：3.80.2mm34滅火器藥劑及基本參數設計化學泡沫滅火器的藥劑有兩種內劑（）和外劑()。而內劑硫酸鋁的穩定化合物是，通過藥劑的化學反應：6NaHCO3 +Al2(SO4)3 3Na2SO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 ，借此確定反應藥劑的比例： 根據GB4395-92中的5.2.2規定和G