二氧化碳自動滅火系統的設計分析

陳善彥 王杰

摘要：本文介紹了二氧化碳自動滅火系統的滅火機理，并結合工程實例，重點介紹高壓全淹沒二氧化碳自動滅火系統設計要點及二氧化碳自動滅火系統的適用范圍。

關鍵詞：二氧化碳自動滅火系統;高壓全淹沒;變配電室

1 引言

隨著我國社會經濟的快速發展，人們對建筑物功能的要求越來越高，使得一些大中型城市中超高、超大的建筑物日益增多，這類建筑在給廣大市民的生活帶來便利的同時，也給城市消防安全管理帶來了極大挑戰。作為消防部門而言，在做好日常防火工作的同時，面對突發火災及時有效將其撲滅在初起階段，才能避免造成更大經濟損失。

本文主要根據二氧化碳的滅火特性及當前應用情況，結合工程實施，對二氧化碳自動滅火系統在設計及應用中提出幾點建議。

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，因此液態的二氧化碳在常壓下會立即汽化，因而滅火時二氧化碳氣體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，以降低可燃物周圍或防護空間內的氧濃度，產生窒息作用而滅火。另外，在利用二氧化碳滅火的過程中，二氧化碳從儲存容器中噴放出來，使得二氧化碳迅速由液態轉化為氣態， 從周圍吸收部分熱量，以起到冷卻的作用。最后，由于二氧化碳氣體具吸熱和隔熱的功能，因此能夠迅速將火撲滅。

3 系統分類

二氧化碳滅火系統按滅火劑儲存壓力不同可分為：高壓二氧化碳自動滅火系統和低壓二氧化碳滅火系統。

二氧化碳滅火系統按應用方式可分為：全淹沒滅火系統和局部應用滅火系統。

二氧化碳滅火系統按系統裝配形式組成可分為：獨立單元滅火系統和組合分配滅火系統。

4 工程實例

以白銀金地華府地下車庫內變配電室為例，進行高壓全淹沒二氧化碳自動滅火系統設計，變配電室建筑概況見下表。

4.1 二氧化碳的設計用量：

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

A= 866（m2）;M=1125.12（kg）。

4.2泄壓口面積計算

計算公式： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ，其中Pt =4800Pa。噴放時間t=1min。Ax=0.124（m2），設置泄壓口尺寸0.5mx0.4m，泄壓口低標高距地面4.6m。

開口面積占總內表面積百分數：A0/AV=0.93%，小于規范所要求的不大于3%的要求。滿足規范要求。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 4.3噴頭布置及選用

噴頭布置：在防護區均勻布置12個噴頭，單個噴頭流量Qi=93.76（kg/min）。

噴頭選用：噴頭規格應根據等效孔口面積確定， 噴頭等效孔口面積應按下式計算：F=Qi/q0，其中q0 1.589，噴頭入口壓力3.96（MPa）。F= 59.00（mm2）

根據《二氧化碳滅火系統設計規范》GB50193-93（2010版）附錄H，噴頭規格選用No=11，等效單孔直徑d=8.73（mm），等效孔口面積F=59.87（mm2），實際噴頭流量Qi= 95.13（kg/min） ，實際M=1114.56（kg）。

4.3管網計算

4.3.1管網流量計算：

4.3.3管道壓力降。管網起點計算壓力（絕對壓力）;高壓系統應取5.17MPa。

總壓降：1.19（MPa），最不利點噴頭處壓力為3.98（MPa）。根據《二氧化碳滅火系統設計規范》GB 50193-93（2010版）規范，最不利點噴頭入口壓力：高壓系統不應小于1.4MPa，3.98 MPa>1.4 MPa，滿足規范要求。

4.4高壓系統儲存容器數量計算：

本工程選用高壓儲罐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）。

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

5 結語

二氧化碳自動滅火系統適用場所有：油浸變壓器，柴油發電機房，電器開關和配電室，電纜間和電纜溝，電器老化間，電子計算機房，數據儲存間，通訊機房，烘干設備，干洗設備，油漆生產線，印刷生產線，貨艙，圖書庫房，銀行金庫，檔案庫，食品倉庫，立體車庫，煙草庫，卷煙庫，紙張庫，棉花庫，毛皮庫，散裝液體庫房等。

根據二氧化碳滅火劑制備簡單、來源廣泛、價格低廉、潔凈、無腐蝕、不導電、滅火后完全氣化、無殘留物的特性。在設計應用中注意以下問題：

（1）二氧化碳自動滅火系統均為有管網滅火系統。

（2）二氧化碳自動滅火系統一旦發生誤噴或泄漏，很可能對人員造成傷害。二氧化碳全淹沒滅火系統不應用于經常有人停留的場所。

（3）低壓二氧化碳自動滅火系統在噴放時吸熱，使空氣中的水分凝結，在物體表面會產生水霧現象，因此，對遇水有影響的場所不太適用。

（4）低壓二氧化碳自動滅火系統有較好的經濟性，特別適用于較大的消防工程，且工程越大，節約投資越明顯

（5）相對于高壓熱氧化碳系統而言低壓二氧化碳自動滅火系統的占地面積很小，這樣就減少了對資源的節約。

（6）相對于設置的完善性，低壓二氧化碳自動滅火系統的系統完善性高于高壓系統，更加容易操作，操作簡單便捷更受歡迎。低壓系統可以以預先設定的時間來自動噴放滅火劑，同時任意的手動開啟或關閉系統來控制滅火劑的噴放和中斷噴放。

（7）低壓二氧化碳自動滅火系統有著便于安裝、維護成本低和容易檢修的特點。關于大型和中型消防工程來而言，高壓系統不但瓶組、管件、閥門等附件多，而且系統壓力相對較高，想對比而言存在這維護系數大，操作難得特點，但是低壓二氧化碳滅火系特點是便于操作，簡單這種設置降低了一定的經濟成本。。

（9）《二氧化碳滅火系統設計規范》GB50193-93附錄A可燃物的設計參數適用于固體深度火災，沒有在附錄A所列的可燃物的固體深度火災不能用二氧化碳氣體滅火系統。

（10）由于銀行金庫不容許設置對外洞口的特殊性，在設計二氧化碳滅火系統時防護區泄壓口的設計需特別研究，如Z字形泄壓口。

（11）食品倉庫、食品油品庫等場所，設計二氧化碳滅火系統時滅火劑必須滿足不得影響食品安全。

（12）圖書庫房中的珍藏庫，由于低壓二氧化碳滅火后有反潮現象，二氧化碳滅火系統不適用于珍藏庫。

（13）煙草庫消防設計時，由于低壓二氧化碳滅火后的反潮現象，對煙葉存在二次污染等問題，二氧化碳滅火系統不適用于煙草庫。

（14）二氧化碳不僅具有自動滅火，還有惰化保護功能。

惰化保護原理：惰化保護是通過供給并維持保護區內一定的惰性介質的濃度，控制保護區內易燃易爆物、氧化劑的濃度和溫度在規定的條件下，從而抑制氧化、防止過熱， 達到阻止爆燃現象的發生，以此降低保護區內潛在的火災危害，消除爆炸危險。

惰化保護應用范圍：為滿足火電廠、水泥廠等粉塵系統的特殊消防系統，適用于火電廠、水泥廠煤粉系統中的原煤倉、煤分倉、磨煤機、收塵器、除塵器、分離器、儲存箱、粉煤過濾室、輸送管道等處。

防患于未然減少二氧化碳的誤噴或泄漏產生事故和造成相關的經濟損失，應該做到如下預防控制措施：

（1）定期安排組織業務人員學習鞏固二氧化碳危害及防護知識，在實際工作中能有效保護自身安全。

（2）建立安全操作規程。

（3）要有相應的危害識別和風險控制措施。

（4）施工和檢維修中一定要關閉滅火系統并上鎖掛簽。

（5）生活區域的主要場所應該重點配備強制通風系統裝置和二氧化碳檢測報警的預防系統。重點場所（如機房公共區域、醫院、學校、政府）等人口密集地區一旦發生火災啟動了滅火系統，應該立刻有人進入處理恢復，如果沒有強制通風系統，很難在短期內將室內的有毒有害氣體徹底排出。在經常容易發生災害的場所或者隱患地方，必須強化配備二氧化碳檢測報警裝置，氣體一旦泄漏，立即啟動應急預案。

參考文獻：

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

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

[3] GB50370-2005，氣體滅火系統設計規范[S].

[4] GB50193-93，二氧化碳滅火系統設計規范[S].

[5] 賈晨喜，邵敬愛，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展[J/OL].化工進展.

作者簡介：

陳善彥（1973-），男，漢族，甘肅蘭州人，本科學歷，高級工程師。

王杰（1986-），男，漢族，甘肅蘭州人，研究生學歷，工程師。