论文部分内容阅读
【摘要】本文对二氧化碳灭火系统的分类、设计用量计算、管径计算介绍。
【关键词】二氧化碳灭火系统 全淹没系统
1 前言
二氧化碳是一种能够用于扑救多种类型火灾的惰性气体灭火剂，它的灭火作用主要是相对的减少空气中的氧气含量，降低燃烧物的温度，使火焰熄灭。二氧化碳对绝大多数物质没有破坏作用，灭火后能很快散逸，不留痕迹，又没有毒害。它适用于扑救各种可燃、易燃液体和那些受到水、泡沫、干粉灭火剂的沾污而容易损坏的固体物质的火灾和带电设备的火灾。
2 系统分类
二氧化碳灭火系统针对保护对象的不同采用不同的灭火方法，按灭火技术方法进行分类分为全淹没系统和局部应用系统：
3 系统设计
在吉化30万吨乙烯工程化肥厂项目的中控室、DCS机柜间采用全淹没二氧化碳系统，所以下面着重结合工程来介绍全淹没灭火系统的设计。
3.1 全淹没系统设计
全淹没灭火方式要求保护区的底面不容许在灭火过程中保留任何开口，开口存在于顶部产生二氧化碳流失是甚小的，一般对它不作限制。全淹没灭火系统二氧化碳的喷放时间不应大于1min。
3.1.1全淹没系统二氧化碳设计用量
二氧化碳设计用量的公式是：
M=Kb（0.2A+0.7V）A=Av+30Aov V=Vv+Vz-Vg
式中：
M—二氧化碳设计用量（Kg）
Kb—被保护物质的系数，根据《二氧化碳灭火系统设计规范》规定吉化化肥厂中控室、DCS机柜间中此值采用1.5；
Av—被保护房间的所有侧面、地面和天花板（包括开口Aov）的总表面积（m2）；
Aov—（可以假设为灭火时也开着）一切开口的总表面积（m2），根据规范规定，在喷放二氧化碳前不能自动关闭的开口，其表面积不应大于防护区总内表面积的3%，且开口不应设在底面。
A—折算面积（m2）
V—防护区的净容积（m3）
VV—被保护空间的体积（m3）
Vz—不能切断的通风系统的附加体积（m3）
Vg—可以扣除的建筑结构的体积（m3），（为了决定所需要的二氧化碳量，应以被保护的房屋的容积或保护罩的容积作为基础，这些容积中，只有房屋基础、柱子、梁等类似的坚固结构部分才能扣除）
根据此公式，吉化化肥厂中的中控室、DCS机柜间的二氧化碳用量计算为：
中控室：建筑面积 11.4×8.7×4.45（高）
使用面积11.16×8.28×4.45（高）
DCS机柜间：建筑面积 11.4×6.3×3.8（高）
使用面积11.16×6.06×3.8（高）
中控室：
A =（1 1 . 1 6×8 . 2 8×2）+（11.16×4.45×2）+（8.28×4.45×2）+0.03Av =357.83+0.03×357.83=368.56m2
M=kb（0.2A+0.7V）
= 1 . 5×（0 . 2×3 6 8 . 5 6+0.7×11.16×8.28×4.45）
=542.33Kg
DCS机柜间：
A =（1 1 . 1 6×6 . 0 6×2）+（11.16×3.8×2）+（6.06 ×3.8×2）+0.03Av =266.13+0.03×266.13=274.12m2
M=Kb（0.2A+0.7V）
= 1 . 5×（0 . 2×2 7 4 . 1 2+0.7×11.16×6.06×3.8）
=352.08 Kg
组合分配系统是由一套二氧化碳储存装置同时保护多个防护区或保护对象的灭火系统，本设计是按设计用量大的中控室进行计算的。
二氧化碳的储存量应为设计用量与残余量之和，残余量可按设计用量的8%计算，
所以CO2的储存量=M+8%M
=542.33+8%×542.33=585.72 Kg
储存容器的数量可按下式计算：
Np=Mc÷（α×Vo）
式中：
Np—储存容器数Mc—储存量（Kg）
α—充装率（Kg/L）（规范规定储存容器中二氧化碳的充装率应为0.6～0.67Kg/L）
Vo—单个储存容器的容积（L），（我国现行采用的是40L的二氧化碳储存容器，40L钢瓶充装量为25Kg）
所以，本设计二氧化碳储存容器数量为：
NP=Mc÷（α×Vo）=585.72÷（0.6×40）
=24.4 按25瓶计算
3.1.2管径的确定
二氧化碳灭火系统管路计算，则第一步是初选管径，由于二氧化碳管流为两相流，为使管道液态符合紊流条件并尽量做到选的准确，减少反复计算，而推荐了初选管径的公式为：
D=（2～2.5）Q
式中：
D—管道内径（mm）
Q—管道设计流量（Kg/min）
而管道设计流量应由下式计算：
Q=M/t
式中：
M—二氧化碳设计用量（Kg）
t—喷射时间（min）
根据本工程举例，确定总干管的管径为：
D=2.5×585.72/1=60.5
所以干管管径为DN65，管材为无缝钢管。
3.1.3喷头压力和等效孔口喷射率
喷头压力应满足二氧化碳灭火系统喷放性能的技术要求，根据规范规定，喷头入口压力计算值不应小于1.4MPa（绝对压力）。喷头孔口尺寸通过等效孔口喷射率求出，其计算公式为：
F=Q/q
式中：
F—等效孔口面积（mm2）Q—喷头流量（Kg/min）
q—等效孔口喷射率（Kg/min.mm2）（根据喷头入口压力与单位面积的喷射率之间的关系表查得q=0.4833Kg/min.mm2）
所以：F=32.54÷0.4833=67.33mm2
本工程所选的喷头型号为天津消防器材总厂的ZTEQ（W）—12型全淹没无喷管喷头，等效喷孔面积71.3mm2，喷洒直径5m，适应高度3.5m。至此，系统的管路计算就全部完成。
4 结束语
本文仅简要介绍了控制室二氧化碳灭火系统的设计与计算，还有许多问题未能涉及，有待同行在具体设计工作中作进一步的探讨。
参考文献
[1] 石油化工企业设计防火规范
[2] 二氧化碳灭火系统设计规范
【关键词】二氧化碳灭火系统 全淹没系统
1 前言
二氧化碳是一种能够用于扑救多种类型火灾的惰性气体灭火剂，它的灭火作用主要是相对的减少空气中的氧气含量，降低燃烧物的温度，使火焰熄灭。二氧化碳对绝大多数物质没有破坏作用，灭火后能很快散逸，不留痕迹，又没有毒害。它适用于扑救各种可燃、易燃液体和那些受到水、泡沫、干粉灭火剂的沾污而容易损坏的固体物质的火灾和带电设备的火灾。
2 系统分类
二氧化碳灭火系统针对保护对象的不同采用不同的灭火方法，按灭火技术方法进行分类分为全淹没系统和局部应用系统：
3 系统设计
在吉化30万吨乙烯工程化肥厂项目的中控室、DCS机柜间采用全淹没二氧化碳系统，所以下面着重结合工程来介绍全淹没灭火系统的设计。
3.1 全淹没系统设计
全淹没灭火方式要求保护区的底面不容许在灭火过程中保留任何开口，开口存在于顶部产生二氧化碳流失是甚小的，一般对它不作限制。全淹没灭火系统二氧化碳的喷放时间不应大于1min。
3.1.1全淹没系统二氧化碳设计用量
二氧化碳设计用量的公式是：
M=Kb（0.2A+0.7V）A=Av+30Aov V=Vv+Vz-Vg
式中：
M—二氧化碳设计用量（Kg）
Kb—被保护物质的系数，根据《二氧化碳灭火系统设计规范》规定吉化化肥厂中控室、DCS机柜间中此值采用1.5；
Av—被保护房间的所有侧面、地面和天花板（包括开口Aov）的总表面积（m2）；
Aov—（可以假设为灭火时也开着）一切开口的总表面积（m2），根据规范规定，在喷放二氧化碳前不能自动关闭的开口，其表面积不应大于防护区总内表面积的3%，且开口不应设在底面。
A—折算面积（m2）
V—防护区的净容积（m3）
VV—被保护空间的体积（m3）
Vz—不能切断的通风系统的附加体积（m3）
Vg—可以扣除的建筑结构的体积（m3），（为了决定所需要的二氧化碳量，应以被保护的房屋的容积或保护罩的容积作为基础，这些容积中，只有房屋基础、柱子、梁等类似的坚固结构部分才能扣除）
根据此公式，吉化化肥厂中的中控室、DCS机柜间的二氧化碳用量计算为：
中控室：建筑面积 11.4×8.7×4.45（高）
使用面积11.16×8.28×4.45（高）
DCS机柜间：建筑面积 11.4×6.3×3.8（高）
使用面积11.16×6.06×3.8（高）
中控室：
A =（1 1 . 1 6×8 . 2 8×2）+（11.16×4.45×2）+（8.28×4.45×2）+0.03Av =357.83+0.03×357.83=368.56m2
M=kb（0.2A+0.7V）
= 1 . 5×（0 . 2×3 6 8 . 5 6+0.7×11.16×8.28×4.45）
=542.33Kg
DCS机柜间：
A =（1 1 . 1 6×6 . 0 6×2）+（11.16×3.8×2）+（6.06 ×3.8×2）+0.03Av =266.13+0.03×266.13=274.12m2
M=Kb（0.2A+0.7V）
= 1 . 5×（0 . 2×2 7 4 . 1 2+0.7×11.16×6.06×3.8）
=352.08 Kg
组合分配系统是由一套二氧化碳储存装置同时保护多个防护区或保护对象的灭火系统，本设计是按设计用量大的中控室进行计算的。
二氧化碳的储存量应为设计用量与残余量之和，残余量可按设计用量的8%计算，
所以CO2的储存量=M+8%M
=542.33+8%×542.33=585.72 Kg
储存容器的数量可按下式计算：
Np=Mc÷（α×Vo）
式中：
Np—储存容器数Mc—储存量（Kg）
α—充装率（Kg/L）（规范规定储存容器中二氧化碳的充装率应为0.6～0.67Kg/L）
Vo—单个储存容器的容积（L），（我国现行采用的是40L的二氧化碳储存容器，40L钢瓶充装量为25Kg）
所以，本设计二氧化碳储存容器数量为：
NP=Mc÷（α×Vo）=585.72÷（0.6×40）
=24.4 按25瓶计算
3.1.2管径的确定
二氧化碳灭火系统管路计算，则第一步是初选管径，由于二氧化碳管流为两相流，为使管道液态符合紊流条件并尽量做到选的准确，减少反复计算，而推荐了初选管径的公式为：
D=（2～2.5）Q
式中：
D—管道内径（mm）
Q—管道设计流量（Kg/min）
而管道设计流量应由下式计算：
Q=M/t
式中：
M—二氧化碳设计用量（Kg）
t—喷射时间（min）
根据本工程举例，确定总干管的管径为：
D=2.5×585.72/1=60.5
所以干管管径为DN65，管材为无缝钢管。
3.1.3喷头压力和等效孔口喷射率
喷头压力应满足二氧化碳灭火系统喷放性能的技术要求，根据规范规定，喷头入口压力计算值不应小于1.4MPa（绝对压力）。喷头孔口尺寸通过等效孔口喷射率求出，其计算公式为：
F=Q/q
式中：
F—等效孔口面积（mm2）Q—喷头流量（Kg/min）
q—等效孔口喷射率（Kg/min.mm2）（根据喷头入口压力与单位面积的喷射率之间的关系表查得q=0.4833Kg/min.mm2）
所以：F=32.54÷0.4833=67.33mm2
本工程所选的喷头型号为天津消防器材总厂的ZTEQ（W）—12型全淹没无喷管喷头，等效喷孔面积71.3mm2，喷洒直径5m，适应高度3.5m。至此，系统的管路计算就全部完成。
4 结束语
本文仅简要介绍了控制室二氧化碳灭火系统的设计与计算，还有许多问题未能涉及，有待同行在具体设计工作中作进一步的探讨。
参考文献
[1] 石油化工企业设计防火规范
[2] 二氧化碳灭火系统设计规范