全淹沒二氧化碳滅火系統設計分析

劉景新

（北京沃利帕森工程技術有限公司，天津 300201)

我國國家標準的二氧化碳滅火系統設計與國外有許多相同之處，也有許多不同之處，國內二氧化碳滅火系統設計規范為GB 50193-93《二氧化碳滅火系統設計規范》，而國外多采用美國消防協會標 準 NFPA12《Standard on Carbon Dioxide Extinguishing systems》。因此，本文將主要針對這兩個規范的滅火系統進行分析，并著重分析這兩個規范的全淹沒滅火系統的相同點及不同點，因為全淹沒式的二氧化碳系統設計是普遍采用的滅火方式。

1 設計

1.1 定義

全淹沒滅火系統：是指在規定時間內，向固定封閉的防護區噴射一定濃度的二氧化碳，并使其均勻地充滿整個防護區。

組合分配滅火系統：是指采用一組二氧化碳滅火設備同時保護兩個或兩個以上防護區的滅火系統。

單元獨立滅火系統：是指采用一組二氧化碳滅火設備保護一個獨立的防護區的滅火系統。

1.2 滅火方式的選擇

二氧化碳滅火系統按其組成方式可分為組合分配滅火系統和單元獨立滅火系統，當被保護房間較多時，出于經濟考慮，組合分配滅火系統在實際中應用較多。但國標中規定在選擇組合分配保護形式時，若保護區為5個或超過五個，應設備用瓶組，滅火劑量不應小于設計用量。

2 設計計算

GB 50193-93與NFPA12-2008的CO2用量計算不同，下面通過兩個例子說明一下兩個標準各自的計算方式。

2.1 按GB 50193-93標準計算

以下為國內某人工島上電器模塊內的各個被保護區域CO2量計算表格，根據GB50193-93章節3.2可知，二氧化碳的設計濃度與房間凈容積、總表面積、物質系數、設計濃度、泄壓口等諸多參數有關，其計算公式如下，具體內容可見章節3.2.3.見表 1。

式中：M-二氧化碳設計用量（kg）；Kb-物質系數；K1-面積系數，取0.2kg/m3；K2-體積系數，取0.7kg/m3；A-折算面積（m2）；Av-防護區的側面、底面、頂面（包括其中的開口）的總面積（m2）；A0-開口總面積（m2）；V-防護區的凈容積（m3）；Vv-防護區容積（m3）；Vg-防護區內不燃燒體和難燃燒體的總體積（m3）。

系統采用組合分配方式，二氧化碳數量以保護體積最大房間為準。每瓶二氧化碳充裝45kg，則CO2瓶組數量為20瓶，因被保護區域大于等于5個，考慮100%備用，CO2總瓶數為20×2=40瓶。

2.2 按NFPA 12-2008標準計算

NFPA 12-2008中對全淹沒滅火系統也有兩種分類，一類為表面火災，一類為深位火災。根據NFPA 12-2008二氧化碳計算公式可知，二氧化碳的設計濃度與房間凈容積、體積系數等參數有關。房間凈容積可通過房間尺寸及內部可扣除容積計算得出，體積系數根據被保護房間的性質可通過表5.3.3或5.4.2.1查得。其計算公式如下：

表1

CO2氣體數量=房間凈體積 (m3)×體積系數(kg/m3)

以下為某浮式生產儲油輪電氣模塊內被保護房間的計算表格，火災類型為深位火災，其體積系數通過表5.4.2.1查得見表2。

表2

系統采用組合分配方式，二氧化碳數量以保護體積最大房間為準，每瓶二氧化碳充裝45kg，則CO2瓶組數量為25瓶。

3 啟動方式

CO2系統的啟動有自動、手動、機械式應急等多種開啟方式。

3.1 定義

自動控制方式：是指滅火系統配有感煙火災探測器和感溫式火災探測器?？刂票P上有控制方式選擇鎖，當將其置于“自動”位置時，滅火控制器處于自動控制狀態。當兩種探測器同時發出火災信號時，控制器發出火災聲、光信號，通知有火災發生，有關人員應撤離現場，并發出聯動指令，關閉風機、防火閥等聯動設備，經過一段時間延時后，即發出滅火指令，打開電磁閥，啟動氣體打開容器閥，釋放滅火劑，實施滅火。

手動控制方式：將控制器上的控制方式選擇鎖置于“手動”位置時，滅火控制器處于手動控制狀態。這時，當火災探測器發出火警信號時，控制器即發出火災聲、光報警信號，而不啟動滅火裝置，需經人員觀察，確認火災已發生時，可按下保護區外或控制器操作面板上的“緊急啟動按鈕”，即可啟動滅火裝置，釋放滅火劑，實施滅火。

應急機械啟動工作方式：用于控制器失效時，當職守人員判斷為火災時，應立即通知現場所有人員撤離現場，在確定所有人員撤離現場后，手動關閉聯動設備并切斷電源，打開對應保護區選擇閥，成組或逐個打開對應保護區儲瓶組上的容器閥，即刻實施滅火。

3.2 啟動方式的選擇

GB50193-93規定CO2滅火系統應能自動、手動、機械式應急等操作，而NFPA 122008則要求系統應能自動或手動及手動應急操作。

4 系統組成

滅火系統主要由：滅火劑貯瓶、高壓軟管、液流單向閥、啟動裝臵、選擇閥、氣控單向閥、低壓泄壓閥、壓力訊號器、安全閥、集流總管、選擇閥集流管、出管件、框架、稱重機構、泄漏報警箱、啟動管路、滅火劑輸送管道、噴嘴、報警控制系統等組成。

根據GB50193-93設計的系統組件應滿足GB50263-97《氣體滅火系統施工及驗收規范》相關要求，根據NFPA 12-2008設計的系統組件一般應具備美國保險商實驗室(UL)或美國工廠互保研究中心（FM）等認證要求。

5 瓶組布置

二氧化碳瓶組可儲存在單獨的房間內，或儲存在特制的鋼制箱體內，國外習慣于放置在單獨的鋼制箱體內。瓶組及組件放于室外時，應注意其上帶電組件的防爆等級要求，瓶組放于室內時，應有自然或機械通風設備，以防止人進入時發生窒息危險。瓶組布置時應便于更換，并排布置時不應超過3排。

6 管網

室內固定管網的材料國內一般為20#高壓無縫鋼管內外熱鍍鋅，并符合GB8163-87。國外通常采用A106 Gr.B等級的無縫鋼管。管網的管徑尺寸應通過計算獲得，噴嘴的設置應確保覆蓋房間的每個需保護區域，噴嘴安裝在滅火系統管網末端，噴嘴的尺寸也應計算，使管網及噴嘴的設計可以達到規范的釋放時間要求。另外兩個規范都規定全淹沒二氧化碳滅火系統的噴放時間不應小于1min，當撲救固體深位火災時，噴射時間不應大于7min，并應在2min內使二氧化碳濃度達到30%。噴嘴有全淹沒無噴罩噴嘴，全淹沒有噴罩噴嘴，有噴罩噴嘴主要用于粉塵等較多的環境中。另外噴頭出口處不應有物體遮擋。

7 釋放報警系統

被保護房間室內及入口門外應配有聲光報警系統，且門在任何情況下都應能從內部打開，國外業主通常還要求門應有自動關閉及30s故障報警等功能。

8 結束語

GB 50193-93《二氧化碳滅火系統設計規范》與NFPA12《Standard on Carbon Dioxide Extinguishing systems》兩個規范雖然在某些規定方面略有不同，但總體設計相差并不大，設計時的主要依據還是業主的規格書要求及相關規范中的規定，隨著國內企業與國際間的不斷合作，不免要接觸一些國外的標準，希望本文能給大家在以后的工作中有所幫助。