二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

陳善彥 王杰

摘要：本文介紹了二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)的滅火機(jī)理，并結(jié)合工程實(shí)例，重點(diǎn)介紹高壓全淹沒(méi)二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)的適用范圍。

關(guān)鍵詞：二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng);高壓全淹沒(méi);變配電室

1 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)建筑物功能的要求越來(lái)越高，使得一些大中型城市中超高、超大的建筑物日益增多，這類(lèi)建筑在給廣大市民的生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也給城市消防安全管理帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。作為消防部門(mén)而言，在做好日常防火工作的同時(shí)，面對(duì)突發(fā)火災(zāi)及時(shí)有效將其撲滅在初起階段，才能避免造成更大經(jīng)濟(jì)損失。

本文主要根據(jù)二氧化碳的滅火特性及當(dāng)前應(yīng)用情況，結(jié)合工程實(shí)施，對(duì)二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及應(yīng)用中提出幾點(diǎn)建議。

2 二氧化碳滅火的基本原理

二氧化碳滅火主要原理為：窒息、冷卻、隔熱。首先，由于二氧化碳具有較高的濃度，因此液態(tài)的二氧化碳在常壓下會(huì)立即汽化，因而滅火時(shí)二氧化碳?xì)怏w可以排除空氣而包圍在燃燒物體的表面或分布于較密閉的空間中，以降低可燃物周?chē)蚍雷o(hù)空間內(nèi)的氧濃度，產(chǎn)生窒息作用而滅火。另外，在利用二氧化碳滅火的過(guò)程中，二氧化碳從儲(chǔ)存容器中噴放出來(lái)，使得二氧化碳迅速由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)， 從周?chē)詹糠譄崃?，以起到冷卻的作用。最后，由于二氧化碳?xì)怏w具吸熱和隔熱的功能，因此能夠迅速將火撲滅。

3 系統(tǒng)分類(lèi)

二氧化碳滅火系統(tǒng)按滅火劑儲(chǔ)存壓力不同可分為：高壓二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)和低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)。

二氧化碳滅火系統(tǒng)按應(yīng)用方式可分為：全淹沒(méi)滅火系統(tǒng)和局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)。

二氧化碳滅火系統(tǒng)按系統(tǒng)裝配形式組成可分為：獨(dú)立單元滅火系統(tǒng)和組合分配滅火系統(tǒng)。

4 工程實(shí)例

以白銀金地華府地下車(chē)庫(kù)內(nèi)變配電室為例，進(jìn)行高壓全淹沒(méi)二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)，變配電室建筑概況見(jiàn)下表。

4.1 二氧化碳的設(shè)計(jì)用量：

計(jì)算公式： ? M=Kb（K1A+K2V）;A=Av+30A0;0V=Vv-Vg，其中Kb=1.2，設(shè)計(jì)濃度40%。

A= 866（m2）;M=1125.12（kg）。

4.2泄壓口面積計(jì)算

計(jì)算公式： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ，其中Pt =4800Pa。噴放時(shí)間t=1min。Ax=0.124（m2），設(shè)置泄壓口尺寸0.5mx0.4m，泄壓口低標(biāo)高距地面4.6m。

開(kāi)口面積占總內(nèi)表面積百分?jǐn)?shù)：A0/AV=0.93%，小于規(guī)范所要求的不大于3%的要求。滿(mǎn)足規(guī)范要求。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 4.3噴頭布置及選用

噴頭布置：在防護(hù)區(qū)均勻布置12個(gè)噴頭，單個(gè)噴頭流量Qi=93.76（kg/min）。

噴頭選用：噴頭規(guī)格應(yīng)根據(jù)等效孔口面積確定， 噴頭等效孔口面積應(yīng)按下式計(jì)算：F=Qi/q0，其中q0 1.589，噴頭入口壓力3.96（MPa）。F= 59.00（mm2）

根據(jù)《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50193-93（2010版）附錄H，噴頭規(guī)格選用No=11，等效單孔直徑d=8.73（mm），等效孔口面積F=59.87（mm2），實(shí)際噴頭流量Qi= 95.13（kg/min） ，實(shí)際M=1114.56（kg）。

4.3管網(wǎng)計(jì)算

4.3.1管網(wǎng)流量計(jì)算：

4.3.3管道壓力降。管網(wǎng)起點(diǎn)計(jì)算壓力（絕對(duì)壓力）;高壓系統(tǒng)應(yīng)取5.17MPa。

總壓降：1.19（MPa），最不利點(diǎn)噴頭處壓力為3.98（MPa）。根據(jù)《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50193-93（2010版）規(guī)范，最不利點(diǎn)噴頭入口壓力：高壓系統(tǒng)不應(yīng)小于1.4MPa，3.98 MPa>1.4 MPa，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4.4高壓系統(tǒng)儲(chǔ)存容器數(shù)量計(jì)算：

本工程選用高壓儲(chǔ)罐EMP70/5.7，容積：70L，滅火劑剩余量：3.4Kg，最大充裝量：42Kg。N=29.15（具），取30（具）。

由于所需鋼瓶數(shù)量較多，本工程單獨(dú)設(shè)置鋼瓶間，鋼瓶間布置如圖所示：鋼瓶間凈尺寸：7.2m（長(zhǎng)）x3m（寬）。

5 結(jié)語(yǔ)

二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)適用場(chǎng)所有：油浸變壓器，柴油發(fā)電機(jī)房，電器開(kāi)關(guān)和配電室，電纜間和電纜溝，電器老化間，電子計(jì)算機(jī)房，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存間，通訊機(jī)房，烘干設(shè)備，干洗設(shè)備，油漆生產(chǎn)線，印刷生產(chǎn)線，貨艙，圖書(shū)庫(kù)房，銀行金庫(kù)，檔案庫(kù)，食品倉(cāng)庫(kù)，立體車(chē)庫(kù)，煙草庫(kù)，卷煙庫(kù)，紙張庫(kù)，棉花庫(kù)，毛皮庫(kù)，散裝液體庫(kù)房等。

根據(jù)二氧化碳滅火劑制備簡(jiǎn)單、來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、潔凈、無(wú)腐蝕、不導(dǎo)電、滅火后完全氣化、無(wú)殘留物的特性。在設(shè)計(jì)應(yīng)用中注意以下問(wèn)題：

（1）二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)均為有管網(wǎng)滅火系統(tǒng)。

（2）二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)一旦發(fā)生誤噴或泄漏，很可能對(duì)人員造成傷害。二氧化碳全淹沒(méi)滅火系統(tǒng)不應(yīng)用于經(jīng)常有人停留的場(chǎng)所。

（3）低壓二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)在噴放時(shí)吸熱，使空氣中的水分凝結(jié)，在物體表面會(huì)產(chǎn)生水霧現(xiàn)象，因此，對(duì)遇水有影響的場(chǎng)所不太適用。

（4）低壓二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)有較好的經(jīng)濟(jì)性，特別適用于較大的消防工程，且工程越大，節(jié)約投資越明顯

（5）相對(duì)于高壓熱氧化碳系統(tǒng)而言低壓二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)的占地面積很小，這樣就減少了對(duì)資源的節(jié)約。

（6）相對(duì)于設(shè)置的完善性，低壓二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)的系統(tǒng)完善性高于高壓系統(tǒng)，更加容易操作，操作簡(jiǎn)單便捷更受歡迎。低壓系統(tǒng)可以以預(yù)先設(shè)定的時(shí)間來(lái)自動(dòng)噴放滅火劑，同時(shí)任意的手動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉系統(tǒng)來(lái)控制滅火劑的噴放和中斷噴放。

（7）低壓二氧化碳自動(dòng)滅火系統(tǒng)有著便于安裝、維護(hù)成本低和容易檢修的特點(diǎn)。關(guān)于大型和中型消防工程來(lái)而言，高壓系統(tǒng)不但瓶組、管件、閥門(mén)等附件多，而且系統(tǒng)壓力相對(duì)較高，想對(duì)比而言存在這維護(hù)系數(shù)大，操作難得特點(diǎn)，但是低壓二氧化碳滅火系特點(diǎn)是便于操作，簡(jiǎn)單這種設(shè)置降低了一定的經(jīng)濟(jì)成本。。

（9）《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50193-93附錄A可燃物的設(shè)計(jì)參數(shù)適用于固體深度火災(zāi)，沒(méi)有在附錄A所列的可燃物的固體深度火災(zāi)不能用二氧化碳?xì)怏w滅火系統(tǒng)。

（10）由于銀行金庫(kù)不容許設(shè)置對(duì)外洞口的特殊性，在設(shè)計(jì)二氧化碳滅火系統(tǒng)時(shí)防護(hù)區(qū)泄壓口的設(shè)計(jì)需特別研究，如Z字形泄壓口。

（11）食品倉(cāng)庫(kù)、食品油品庫(kù)等場(chǎng)所，設(shè)計(jì)二氧化碳滅火系統(tǒng)時(shí)滅火劑必須滿(mǎn)足不得影響食品安全。

（12）圖書(shū)庫(kù)房中的珍藏庫(kù)，由于低壓二氧化碳滅火后有反潮現(xiàn)象，二氧化碳滅火系統(tǒng)不適用于珍藏庫(kù)。

（13）煙草庫(kù)消防設(shè)計(jì)時(shí)，由于低壓二氧化碳滅火后的反潮現(xiàn)象，對(duì)煙葉存在二次污染等問(wèn)題，二氧化碳滅火系統(tǒng)不適用于煙草庫(kù)。

（14）二氧化碳不僅具有自動(dòng)滅火，還有惰化保護(hù)功能。

惰化保護(hù)原理：惰化保護(hù)是通過(guò)供給并維持保護(hù)區(qū)內(nèi)一定的惰性介質(zhì)的濃度，控制保護(hù)區(qū)內(nèi)易燃易爆物、氧化劑的濃度和溫度在規(guī)定的條件下，從而抑制氧化、防止過(guò)熱， 達(dá)到阻止爆燃現(xiàn)象的發(fā)生，以此降低保護(hù)區(qū)內(nèi)潛在的火災(zāi)危害，消除爆炸危險(xiǎn)。

惰化保護(hù)應(yīng)用范圍：為滿(mǎn)足火電廠、水泥廠等粉塵系統(tǒng)的特殊消防系統(tǒng)，適用于火電廠、水泥廠煤粉系統(tǒng)中的原煤倉(cāng)、煤分倉(cāng)、磨煤機(jī)、收塵器、除塵器、分離器、儲(chǔ)存箱、粉煤過(guò)濾室、輸送管道等處。

防患于未然減少二氧化碳的誤噴或泄漏產(chǎn)生事故和造成相關(guān)的經(jīng)濟(jì)損失，應(yīng)該做到如下預(yù)防控制措施：

（1）定期安排組織業(yè)務(wù)人員學(xué)習(xí)鞏固二氧化碳危害及防護(hù)知識(shí)，在實(shí)際工作中能有效保護(hù)自身安全。

（2）建立安全操作規(guī)程。

（3）要有相應(yīng)的危害識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

（4）施工和檢維修中一定要關(guān)閉滅火系統(tǒng)并上鎖掛簽。

（5）生活區(qū)域的主要場(chǎng)所應(yīng)該重點(diǎn)配備強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)裝置和二氧化碳檢測(cè)報(bào)警的預(yù)防系統(tǒng)。重點(diǎn)場(chǎng)所（如機(jī)房公共區(qū)域、醫(yī)院、學(xué)校、政府）等人口密集地區(qū)一旦發(fā)生火災(zāi)啟動(dòng)了滅火系統(tǒng)，應(yīng)該立刻有人進(jìn)入處理恢復(fù)，如果沒(méi)有強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)，很難在短期內(nèi)將室內(nèi)的有毒有害氣體徹底排出。在經(jīng)常容易發(fā)生災(zāi)害的場(chǎng)所或者隱患地方，必須強(qiáng)化配備二氧化碳檢測(cè)報(bào)警裝置，氣體一旦泄漏，立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

參考文獻(xiàn)：

[1] 祝鶴.煤化工生產(chǎn)縮短氣密性檢查時(shí)間的研究[J].化工管理，2020? ? ? （16）：120-121，134.

[2] 趙遠(yuǎn)，賀建雄，姜宏，熊春榮.非晶態(tài)有機(jī)鋯聚合物制備及其光? ? ?催化CO_2合成甲醇[J].精細(xì)化工，2020，37（06）：1163-1170.

[3] GB50370-2005，氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] GB50193-93，二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 賈晨喜，邵敬愛(ài)，白小薇，肖建軍，楊海平，陳漢平.二氧化碳加氫? ? ?制甲醇銅基催化劑性能的研究進(jìn)展[J/OL].化工進(jìn)展.

作者簡(jiǎn)介：

陳善彥（1973-），男，漢族，甘肅蘭州人，本科學(xué)歷，高級(jí)工程師。

王杰（1986-），男，漢族，甘肅蘭州人，研究生學(xué)歷，工程師。