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来源:未知作者:二氧化碳灭火系统 发布时间:2018-01-26 10:33:25 点击: 0
本文通过对低压二氧化碳灭火系统的原理、技术性能、系统组成和工作程序等方面的论述。探讨低压二氧化碳灭火系统在实践中的应用,并结合工程实例以及对高、低压二氧化碳灭火系统进行了比较。本文所作的理论探索,对今后二氧化碳消防系统设计了作有一定的指导作用。

1 概述
在工业和民用行业,目前我国使用的气体灭火剂主要是卤代烷CF3Br(1301)、CF2CLBr(1211)及二氧化碳(co2)三种气体。由于人们对环保意识的不断增强,二氧化碳灭火剂的需要量正不断地增加。因为二氧化碳灭火有很多长处,如被保护物毫不受灭火剂沾污,电绝缘性比空气还高,来源广泛,取之容易,价格便宜。因此,在冶金、石油、化工、能源、通讯、信息、建筑等重要部门和特别重要的而又要求自动和无污染灭火的场所中二氧化碳灭火正在被广泛地应用。

 
2 气体灭火系统的选择
2 1 气体灭火剂的选择
卤代烷1301灭火系统,在国际上使用已达30余年之久,具有灭火效率高,对人体毒性低,灭火不留痕迹的特点。但卤代烷灭火剂属氯氟烃类化合物,近年发现大量使用这类化台物对地球大气同温层中的臭氧层有破坏作用,使太阳的紫外线不受阻挡地直照地球,造成严重的环境破坏。1987年联合国就翩定了限制对环境有害的氟利昂和卤代烷灭火剂生产的“蒙特利尔议定书”,世界上将逐步禁止生产和使用卤代烷灭火剂,最早的禁用期限是2000年。现在美国、日本、新西兰和许多欧洲国家已停止使用。我国系第三世界国家,禁用期限可放到2010年。但实际上
现在国内新上的气体灭火系统基本上已不使用卤代烷,而相当多的系统使用二氧化碳作为气体灭火剂。作为1301等卤代烷的代用品除二氧化碳外,还有国外的烟烙尽(INER-GEN)、七氟丙烷(FM200)、曲代(TRIO—DIDE),国内的SDE等气体灭火剂,这些气体灭火剂也有其各自不同的性能和优缺点,但目前在钢铁厂的应用还相对较少,缺乏实践经验。
二氧化碳灭火系统的应用,已有很长的历史。早在1929年,世界上就颁布了二氧化碳灭火系统的标准,它是比较完善、成熟的灭火系统。二氧化碳灭火时,挥发成气体,完成灭火后,对现场不留痕迹,是一种无污染的“洁净”灭火剂,对迅速恢复生产最为有利。一般地,二氧化碳灭火系统可用于扑救下列火灾:灭火前可切断气源的气体火灾;液体火灾或石蜡、沥青等可熔化的固体火灾;固体表面火灾及棉毛、织物、纸张等部分固体深位火灾;电气火灾。
 
二氧化碳灭火的主要作用是窒息,其次是冷却。当灭火时二氧化碳被释放出来,它会分布于燃烧物的周围,稀释周围空气中的氧含量。氧含量降低会使燃烧时热的产生率减小,当热产生率减小到低于热散失率的程度。燃烧就会停止下来。这就是二氧化碳的窒息作用。
另一方面,在灭火中,二氧化碳从贮存装置中释放出来时,压力会骤然下降.使得二氧化碳迅即由液态转变成气态;又因为焓降的关系,温度会急剧下降,当其达到-56℃ 以下。气相的二氧化碳有一部分会转变成干冰。这时干冰的温度一般为-78℃ 。喷放在防护区的干冰吸取其周围的热量而升华,即产生冷却燃烧物的作用。
在国内钢铁企业中,二氧化碳灭火系统常用于热轧厂的地下液压站.电炉厂的油浸式电炉变压器室、电气开关室和一些冷轧厂的轧机、修磨等机组。
 
2.2 高、低压二氧化碳灭火系统的比较
高压二氧化碳灭火系统和低压二氧化碳灭火系统的主要区别在于二氧化碳的贮存系统。
 
2.2.1高压系统
高压系统是二氧化碳采用常温贮存。二氧化碳以较高的压力贮存。在常温条件下(0~ 60℃ 内),二氧化碳贮存器内的压力会随温度及充装率产生急剧变化,其设计温度采用20℃ .相应的设计贮存压力为5.17MPa。由于贮存容器要承受高压,大都使用高压气瓶。钢瓶容积有40升和68升两种,瓶的最高工作压力为15MPa。
灭火系统根据二氧化碳的设计用量来选定贮存瓶数,进行成组排列。每只贮存瓶设一瓶头阀,阀下连一根引升管,使二氧化碳液体从管内释放出来。
 
2.2.2 低压系统
二氧化碳低温贮存系统即为低压系统二氧化碳以相对较低的压力贮存。二氧化碳的贮存容器内的温度维持在-2O℃ ~-18℃ .则贮存容器内压力保持在2.07MPa左右。由于低压二氧化碳的贮存量较大,因而低压系统二氧化碳的贮存容器是用贮罐。

2.2.3 高、低压=氧化碳灭火系统的比较
(1)低压二氧化碳灭火系统有较高的经济性,特别是被用于较大的消防工程。工程越大,节约投资越明显。对同样规模的系统采用低压系统此高压系统可节约投资20%- 30% 。发达国家可建造上百吨容量的贮罐,每分钟排放量可达数吨。
 
(2)低压二氧化碳灭火系统可以根据预先对各保护区设定不同的释放时间,来控制自动喷放灭火剂的剂量,还可以随时手动开启或关闭系统来控制灭火剂的喷放。而高压二氧化碳灭火系统只能根据预先设置的二氧化碳需用量进行喷放,不能调节。
 
(3)低压二氧化碳灭火系统使用更安全,因为低压二氧化碳灭火系统和高压二氧化碳灭火系统的差别就在于灭火剂贮存方式的不同。高压二氧化碳灭火系统的灭火剂在常温下贮存,瓶内二氧化碳处于饱和状态。压力随环境温度的改变而改变。最高贮存压力可达8MPa。为保证安全,对环境温度有严格的限制,最高不能超过49℃ 由于压力高,所有管件、阀门及控制设备易损坏、漏气,尤其随着环境温度的上升,容易发生意外排放及连接处松脱,存在着危险。低压二氧化碳灭火系统是将灭火剂存储在带隔热设施的容器内,并设有专门冷冻机控制,灭火剂的温度在较小的范围内变化。一般限定在-2O℃ 至-18℃ 内,贮存压力只有2.1MPa。相对来说比较安全。
 
2.2.4 高、低压= 氧化碳灭火系统的选择
根据实践经验,在选择高、低压二氧化碳灭火系统时,可以根据下列几个方面来考虑:
(1)在二氧化碳的设计用量小于1t时。可以选用高压系统。在二氧化碳的设计用量达到或超过1t时就可以选用低压系统。因为二氧化碳的贮存培大时,使高压钢瓶数量过多.占地过大,投资过高。此时,低压贮存系统可减少占地,降低投资,因而更为合理。
例如:某大型钢厂热轧厂地下藏压站的面积约为1500m2,高7.5m.体积约为11250m3, 二氧化碳贮存量约9000kg。如果采用40L二氧化碳钢瓶,需300多瓶,占地面积约需10m×18m,占地大投资也大,又给管理工作带来很大困难。而选择10t的低压贮罐系统只需7m×4m,显然更为合理。
又如:某大型钢厂150t电炉车间的电炉变压器室和LF变压器室消防选用了高压二氧化碳全淹没灭火系统(注:全淹没灭火系统Total flooding extinguishing system,在规定的时间内,向防护区喷射一定浓度的二氧化碳.并使其均匀地充满整个防护区的灭火系统)。由于在该项目中电器工艺允许将一个大的电炉变压器室分割成四个空间,这样每个防护区(注:防护区Protected area能满足二氧化碳全淹没灭火系统要求的有限封闭空间。)的空间缩小了很多,二氧化碳灭火设计用量也减少了 按最大的防护区需用量计算,只需用26个40L的钢瓶, 因此,在设计中将需要保护的空间尽量隔小,能减少二氧化碳的贮存量.这将给设计和施工带来便利。
 
(2)在局部应用灭火系统(注:局部应用灭火系统Local application extinguishing systern,向保护对象以设计喷射率直接喷射二氧化碳,并持续一定时间的灭火系统)中由于管路、喷头分布的不均匀性可选择高压系统。在设计贮存量较少的情况下。选用高压系统能在较大的范围内适应管路、喷头分布的不均匀性。另外,在修磨机工作时,局部温度很高,容易引起火灾,但整个机组较大,将其封闭起来不太可能,因此应采用局部二氧化碳灭火设施。

 
3 低压二氧化碳灭火系统
 
3.1 系统组成


一个完整的低压二氧化碳灭火系统主要由灭火剂贮存装置、主阀、反馈装置、先导控制器、灭火控制柜和管路、喷头等组成。二氧化碳灭火系统原理见图1。

3.2 核心设备
整套系统的核心设备是贮罐。灭火剂贮存在具有良好隔热能力的贮罐内. 通过制冷机使贮罐内温度保持在-20℃ , 对应的饱和压力为2.0MPa。贮罐上设置温度、压力和液位测量仪表, 并设置各自的高低限值。贮存容器上设有安全阀和爆破膜片. 作为紧急情况下容器超压泄放装置。测量参数除在容器上可以显示外,还可在专门设计的控制屏上显示。该控制屏还应具有接受防护区火灾信号并自动打开和关闭主阀的功能。该控制屏常设在机组附近。现在, 大型的钢铁企业多数将这些控制屏设在消防中心, 或设置控制中心与现场控制柜的远程通讯功能, 以实
现消防中心对现场火灾的监控或遥控操作。


4 低压二氧化碳灭火系统工作程序
低压二氧化碳灭火系统工作程序见图2。


4.1 自动灭火
灭火控制盘上的切换开关处于自动状态。当火灾探测器的二路不同的火灾信号(温感和烟感)同时传送到灭火控制盘,发出声光报警信号和人员撤离信号,切断通风设备,延迟30s后,由灭火控制器打开先导控制器,开启主阀,在60s内向火灾区域释放所需的全部二氧化碳灭火剂。灭火剂喷放结束后.关闭先导控制器,关闭主阀
 
4.2 手动灭火
灭火控制盘上的切换开关处于手动状态.在发现火灾并确认后,通过启动按钮指挥灭火控制器,打开先导控制器,打开主阀,喷放二氧化碳。需要停止喷放时,可使用截止按钮.关闭先导控制器,关闭主阀。
 
4.3 机械应急
本功能用于在自动和手动灭火控制失效后。由操作人员直接打开先导控制器,打开主阔,控制二氧化碳的喷放。

 
5 二氧化碳灭火系统的计算
本节的计算以笔者设计的某钢铁有限责任公司100t电炉工程的低压二氧化碳消防工程为例。本实倒采用的是全淹没式低压二氧化碳灭火系统。该工程已于1999年11月投入正常使用至今已经两年。
该工程中需要气体灭火的防护区有FSF(电炉)变压器室和LF(钢包炉)变压器室。二者的变压器单台容量均超过40MVA。变压器室的内净尺寸分别为7.25m(1)x9.50m(w)×6.20m(h)和8.95m(L)×7.00m(w)×6.20m(h)。鉴于二氧化碳灭火剂的性能和特点。电器设备在二氧化碳全淹没喷放时是不会受到损害的.也不会因导电引起触电事故.就采用了一套全淹没低压二氧化
碳灭火系统来满足两个变压器室的消防要求。低压贮罐为2.3t。该系统的贮罐间的布置如图3。


二氧化碳灭火系统需要对二氧化碳的设计用量和管网进行计算,并选择贮存容器的容积、管道和喷头规格。在此之前,我院设计的低压二氧化碳灭火系统的设备都是由国外引进的,并由外方作管路布置和管路计算。该消防系统则全部采用了国产的消防设备(这样规模的低压灭火设备在当时是国内第一套),投资额得到了有效的控制,总投资仅约30万元人民币。
 
5.1 二氧化碳设计用量
决定全淹没系统二氧化碳设计用量的主要因素是灭火浓度。通过二氧化碳设计用量的计算,进行贮罐容量的选择。

计算结果是FSF(电炉)变压器室防护区的二氧化碳设计用量约为0.8t,LF(钢包)变压器室管网防护区的二氧化碳设计用量约为0.75t 考虑到当地再次充装到二氧化碳的时间要大大超过24h,所以最后选用了一台贮存量为2.3t的低压贮罐。

5.2 二氧化碳管网计算
管网设计先由二氧化碳的流量初步进行管网布置和初选管径。根据初选管径计算液前气体流时间,在小于60s的前提下,根据各节点压力计算管网压力降,直至最末端节点二氧化碳喷放压力大于1.0MPa。即第一步初选管径,第二步计算阻力损失,第三步修正管径再计算阻力损失⋯ ⋯ ,直至阻力损失满足设计要求为止。





6 有关实践经验的总结
二氧化碳作为气体灭火剂的一种.有很多优点:灭火迅速、无残留物、无污染,对电气设备、贵重物品等尤其适用。但也存在敞点,在工程设计中应该重视,并应尽量克服这些不利因素,才能确保安全。
首先是要防止误喷。二氧化碳灭火装置的自动控制系统中,火灾探测器的误动作往往造成误喷。因为二氧化碳灭火强度高,全淹没式系统的设计浓度需34% 以上.具有很强的窒息性。而且二氧化碳无色无昧,浓度达到一定程度会造成人员窒息死亡。所以一定要等到两个独立信号都动作,才能启动气体释放机构,这两个信号最好是不同的,譬如说温感和烟感,而不是两个温感或两个烟感。甚至允许可以接受三个信号的控制。
其次,必须注意选择管道材料和管道焊接质量。二氧化碳喷放时的吸热作用.使二氧化碳的温度急剧下降,有时会出现干冰,干冰温度达-78℃ ,若与人体接触.会造成冻伤。在试车时需要反复试喷,可使管道的壁温达到-20℃ 以下,对管材和焊缝的要求较高,应特别注意选用管材和焊缝的低温强度问题。某大型钢厂的低压二氧化碳在试喷时,由于管道的焊接质量不合格.出现了在焊缝处的气体泄漏.导致外国专家差点被冻伤的事故。
二氧化碳的管道壁厚要厚于普通管道,按规定应采用(冷拔或冷轧精密无缝钢管)(GB3639)。
综上所述,在工程项目中设置消防的目的是为了保证设备和人员的安全.消防系统本身的可靠性是至关重要的。无论在设计还是施工中都必须有很强的安全和质量意识,严格的科学态度和严谨的工作作风,认真把握好从设计到施工的每一个环节才能做到万无一失,确保消防系统的切实可靠。平时还要做好管理、维护工作,这样才能保证一旦发生火灾,消防系统就能迅速发挥作用。