二氧化碳自动灭火系统的设计分析

陈善彦 王杰

摘要：本文介绍了二氧化碳自动灭火系统的灭火机理，并结合工程实例，重点介绍高压全淹没二氧化碳自动灭火系统设计要点及二氧化碳自动灭火系统的适用范围。

关键词：二氧化碳自动灭火系统;高压全淹没;变配电室

1 引言

随着我国社会经济的快速发展，人们对建筑物功能的要求越来越高，使得一些大中型城市中超高、超大的建筑物日益增多，这类建筑在给广大市民的生活带来便利的同时，也给城市消防安全管理带来了极大挑战。作为消防部门而言，在做好日常防火工作的同时，面对突发火灾及时有效将其扑灭在初起阶段，才能避免造成更大经济损失。

本文主要根据二氧化碳的灭火特性及当前应用情况，结合工程实施，对二氧化碳自动灭火系统在设计及应用中提出几点建议。

2 二氧化碳灭火的基本原理

二氧化碳灭火主要原理为：窒息、冷却、隔热。首先，由于二氧化碳具有较高的浓度，因此液态的二氧化碳在常压下会立即汽化，因而灭火时二氧化碳气体可以排除空气而包围在燃烧物体的表面或分布于较密闭的空间中，以降低可燃物周围或防护空间内的氧浓度，产生窒息作用而灭火。另外，在利用二氧化碳灭火的过程中，二氧化碳从储存容器中喷放出来，使得二氧化碳迅速由液态转化为气态， 从周围吸收部分热量，以起到冷却的作用。最后，由于二氧化碳气体具吸热和隔热的功能，因此能够迅速将火扑灭。

3 系统分类

二氧化碳灭火系统按灭火剂储存压力不同可分为：高压二氧化碳自动灭火系统和低压二氧化碳灭火系统。

二氧化碳灭火系统按应用方式可分为：全淹没灭火系统和局部应用灭火系统。

二氧化碳灭火系统按系统装配形式组成可分为：独立单元灭火系统和组合分配灭火系统。

4 工程实例

以白银金地华府地下车库内变配电室为例，进行高压全淹没二氧化碳自动灭火系统设计，变配电室建筑概况见下表。

4.1 二氧化碳的设计用量：

计算公式：   M=Kb（K1A+K2V）;A=Av+30A0;0V=Vv-Vg，其中Kb=1.2，設计浓度40%。

A= 866（m2）;M=1125.12（kg）。

4.2泄压口面积计算

计算公式：                                     ，其中Pt =4800Pa。喷放时间t=1min。Ax=0.124（m2），设置泄压口尺寸0.5mx0.4m，泄压口低标高距地面4.6m。

开口面积占总内表面积百分数：A0/AV=0.93%，小于规范所要求的不大于3%的要求。满足规范要求。                                                                                                                                               4.3喷头布置及选用

喷头布置：在防护区均匀布置12个喷头，单个喷头流量Qi=93.76（kg/min）。

喷头选用：喷头规格应根据等效孔口面积确定， 喷头等效孔口面积应按下式计算：F=Qi/q0，其中q0 1.589，喷头入口压力3.96（MPa）。F= 59.00（mm2）

根据《二氧化碳灭火系统设计规范》GB50193-93（2010版）附录H，喷头规格选用No=11，等效单孔直径d=8.73（mm），等效孔口面积F=59.87（mm2），实际喷头流量Qi= 95.13（kg/min） ，实际M=1114.56（kg）。

4.3管网计算

4.3.1管网流量计算：

4.3.3管道压力降。管网起点计算压力（绝对压力）;高压系统应取5.17MPa。

总压降：1.19（MPa），最不利点喷头处压力为3.98（MPa）。根据《二氧化碳灭火系统设计规范》GB 50193-93（2010版）规范，最不利点喷头入口压力：高压系统不应小于1.4MPa，3.98 MPa>1.4 MPa，满足规范要求。

4.4高压系统储存容器数量计算：

本工程选用高压储罐EMP70/5.7，容积：70L，灭火剂剩余量：3.4Kg，最大充装量：42Kg。N=29.15（具），取30（具）。

由于所需钢瓶数量较多，本工程单独设置钢瓶间，钢瓶间布置如图所示：钢瓶间净尺寸：7.2m（长）x3m（宽）。

5 结语

二氧化碳自动灭火系统适用场所有：油浸变压器，柴油发电机房，电器开关和配电室，电缆间和电缆沟，电器老化间，电子计算机房，数据储存间，通讯机房，烘干设备，干洗设备，油漆生产线，印刷生产线，货舱，图书库房，银行金库，档案库，食品仓库，立体车库，烟草库，卷烟库，纸张库，棉花库，毛皮库，散装液体库房等。

根据二氧化碳灭火剂制备简单、来源广泛、价格低廉、洁净、无腐蚀、不导电、灭火后完全气化、无残留物的特性。在设计应用中注意以下问题：

（1）二氧化碳自动灭火系统均为有管网灭火系统。

（2）二氧化碳自动灭火系统一旦发生误喷或泄漏，很可能对人员造成伤害。二氧化碳全淹没灭火系统不应用于经常有人停留的场所。

（3）低压二氧化碳自动灭火系统在喷放时吸热，使空气中的水分凝结，在物体表面会产生水雾现象，因此，对遇水有影响的场所不太适用。

（4）低压二氧化碳自动灭火系统有较好的经济性，特别适用于较大的消防工程，且工程越大，节约投资越明显

（5）相对于高压热氧化碳系统而言低压二氧化碳自动灭火系统的占地面积很小，这样就减少了对资源的节约。

（6）相对于设置的完善性，低压二氧化碳自动灭火系统的系统完善性高于高压系统，更加容易操作，操作简单便捷更受欢迎。低压系统可以以预先设定的时间来自动喷放灭火剂，同时任意的手动开启或关闭系统来控制灭火剂的喷放和中断喷放。

（7）低压二氧化碳自动灭火系统有着便于安装、维护成本低和容易检修的特点。关于大型和中型消防工程来而言，高压系统不但瓶组、管件、阀门等附件多，而且系统压力相对较高，想对比而言存在这维护系数大，操作难得特点，但是低压二氧化碳灭火系特点是便于操作，简单这种设置降低了一定的经济成本。。

（9）《二氧化碳灭火系统设计规范》GB50193-93附录A可燃物的设计参数适用于固体深度火灾，没有在附录A所列的可燃物的固体深度火灾不能用二氧化碳气体灭火系统。

（10）由于银行金庫不容许设置对外洞口的特殊性，在设计二氧化碳灭火系统时防护区泄压口的设计需特别研究，如Z字形泄压口。

（11）食品仓库、食品油品库等场所，设计二氧化碳灭火系统时灭火剂必须满足不得影响食品安全。

（12）图书库房中的珍藏库，由于低压二氧化碳灭火后有反潮现象，二氧化碳灭火系统不适用于珍藏库。

（13）烟草库消防设计时，由于低压二氧化碳灭火后的反潮现象，对烟叶存在二次污染等问题，二氧化碳灭火系统不适用于烟草库。

（14）二氧化碳不仅具有自动灭火，还有惰化保护功能。

惰化保护原理：惰化保护是通过供给并维持保护区内一定的惰性介质的浓度，控制保护区内易燃易爆物、氧化剂的浓度和温度在规定的条件下，从而抑制氧化、防止过热， 达到阻止爆燃现象的发生，以此降低保护区内潜在的火灾危害，消除爆炸危险。

惰化保护应用范围：为满足火电厂、水泥厂等粉尘系统的特殊消防系统，适用于火电厂、水泥厂煤粉系统中的原煤仓、煤分仓、磨煤机、收尘器、除尘器、分离器、储存箱、粉煤过滤室、输送管道等处。

防患于未然减少二氧化碳的误喷或泄漏产生事故和造成相关的经济损失，应该做到如下预防控制措施：

（1）定期安排组织业务人员学习巩固二氧化碳危害及防护知识，在实际工作中能有效保护自身安全。

（2）建立安全操作规程。

（3）要有相应的危害识别和风险控制措施。

（4）施工和检维修中一定要关闭灭火系统并上锁挂签。

（5）生活区域的主要场所应该重点配备强制通风系统装置和二氧化碳检测报警的预防系统。重点场所（如机房公共区域、医院、学校、政府）等人口密集地区一旦发生火灾启动了灭火系统，应该立刻有人进入处理恢复，如果没有强制通风系统，很难在短期内将室内的有毒有害气体彻底排出。在经常容易发生灾害的场所或者隐患地方，必须强化配备二氧化碳检测报警装置，气体一旦泄漏，立即启动应急预案。

参考文献：

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[5] 贾晨喜，邵敬爱，白小薇，肖建军，杨海平，陈汉平.二氧化碳加氢     制甲醇铜基催化剂性能的研究进展[J/OL].化工进展.

作者简介：

陈善彦（1973-），男，汉族，甘肃兰州人，本科学历，高级工程师。

王杰（1986-），男，汉族，甘肃兰州人，研究生学历，工程师。