淬火油槽二氧化碳局部应用灭火系统-高压二氧化碳气体灭火网

　　摘要：针对淬火油槽二氧化碳局部应用灭火系统缺少设计参数问题，对二氧化碳灭火系统局部应用喷头设计参数进行试验选取，试验确定了架空型喷头设计流量、保护面积与安装高度等设计参数，建立了二氧化碳局部应用灭火系统试验模型，通过采用油盘火灾模拟淬火油槽火灾。进行了冷喷试验，并在此试验基础上进行灭火试验验证。采用试验数据并结合相关标准要求，完成了淬火油槽二氧化碳局部应用灭火系统设计，并在汽车制造企业零部件自动淬火油槽得到实际应用。

　　淬火油槽作为金属材料热处理设备在工业生产中极为常见，按热处理自动化程度分为手动淬火油槽和自动淬火油槽。二氧化碳局部应用灭火系统用于扑救淬火油槽火灾是较理想的灭火保护措施。然而，供设计人员设计淬火油槽二氧化碳局部应用灭火系统的设计参数较少，设计人员无法有针对性地进行灭火系统设计，影响了二氧化碳局部应用灭火系统推广应用。笔者以汽车制造企业生产汽车零部件的自动淬火油槽为例，研究探讨二氧化碳局部应用灭火系统设计。

　　1喷头设计及试验

　　1.1 架空型喷头设计

　　现代生产企业的淬火油槽向小型化自动化方向发展，如汽车制造企业生产的汽车零部件采用的淬火油槽，其淬火油槽空间尺寸小，设计采用传统的二氧化碳局部应用架空型喷头，因其尺寸较大，安装后影响淬火油槽正常生产，已经不适于现代工业生产，要求淬火油槽设计安装的二氧化碳局部应用架空型喷头在满足灭火系统设计参数的条件下实现小型化，即依据淬火油槽实际工况条件，设计小型化的专用型喷头。

　　淬火油槽着火部位是油槽内淬火油表面，喷头选用架空型喷头。架空型喷头由喷嘴芯和喷头喷射罩组成，装配时将喷嘴芯压入喷头喷射罩里面，架空型喷头

　　将喷头喷射孔口设计成径向射流喷头，经喷射孔口喷出的二氧化碳灭火剂喷向喷头喷射罩导流腔，产生旋流，冲击后迅速雾化，雾化后的二氧化碳灭火剂经喷头喷射罩喷出，经喷头喷射罩导流后喷射出的灭火剂压力降低，达到在临界飞溅流量下大幅度缩短喷头至油盘液面的距离，

　　1.2 喷头设计流量、保护面积与安装高度试验

　　试验在不同的安装高度下进行，测定在临界飞溅流量下的相应保护面积，取 90%临界飞溅流量为对应保护面积的喷头设计流量。试验可采用圆形油盘或方形油盘，当采用圆形油盘时其保护面积为圆内接正方形面积，油盘内注水替代淬火油，液面到油盘缘口距离为 150 mm，架空型喷头安装在油盘上方，喷头布置垂直于油盘内液面，采用 1 只架空型局部应用喷头进行试验，架空型喷头试验布置图如图 2 所示。

　　为尽可能在一(图)次(2)灭火剂喷放过程中(架空型喷头试验布置图)测取更多的不同安装高度下的试验数据，将油盘悬吊在可以上下移动的吊机下方，通过吊具的上下移动来调整喷头喷口至油盘液面的距离，达到在不同安装高度下测得临界飞溅流量及相应的正方形保护面积的目的。

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　　消防科学与技术2018年11月第37卷第11期

　　手动启动二氧化碳灭火系统喷放二氧化碳灭火剂，观察喷放情况，记录相关数据，检查液体向外飞溅情况及相应保护面积。调整不同安装高度 H、试验测得架空型喷头设计流量 Qi、保护面积 A 与安装高度 H 数据，并绘制成设计流量、保护面积与安装高度曲线。采用不同规格代号喷头重复上述试验，测取多种规格代号喷头的设计流量、保护面积与安装高度曲线。

　　依据给出的淬火油槽设计计算条件，要求喷头喷口距离淬火油液面实际安装高度不宜大于 1 m，若采用 4 只喷头、油槽宽 1.8 m，要求架空型喷头保护面积不小于 0.81 m2。从多种规格代号喷头的试验曲线中经分析比较，选取规格代号为 6.5#架空型喷头。6.5#架空型喷头设计流量、保护面积与安装高度曲线，如图 3 所示。从试验曲线中可查出在不同安装高度下喷头设计流量及相应的保护面积。

　　2试验模型建立及试验

　　2.1 试验管网布置

　　试验油盘选用直径为 1.67 m、面积为 2.19 m2 的油盘模拟淬火油槽进行冷喷试验和灭火试验。根据淬火油槽实际尺寸及生产工艺要求，确定喷头安装高度为 1 m（喷头出口至油槽内淬火油表面的距离）。由图 3 曲线查出，安装高度为 1 m 时设计流量为 20 kg/min，保护面积为 0.9 m2。设计试验用的管网主管道与实际淬火油槽管网的主管道直径长度相同，试验管网末端设计 4 只喷头规格代号为 6.5#的二氧化碳局部应用架空型喷头，喷头安装于油盘正上方且均衡布置，在喷头连接短管和集流管上各安装 1 只压力表，用于记录喷头入口压力和集流管压力，试验管网布置图如图 4 所示。要求喷头在此安装高度的设计流量下油盘内的淬火油不应向外飞溅，同时观测在此安装高度下相应的喷头保护面积是否满足要求。

　　2.2 二氧化碳设计用量

　　二氧化碳设计用量依据 GB 50193《二氧化碳灭火系统设计规范》规定，按式（1）计算。

　　M = N?Qi?t （1）式中：M 为二氧化碳设计用量，kg；N 为喷头个数，设计采用 4 只 6.5#喷头；Qi 为单个喷头的设计流量，kg/min,从图 3 曲线查得 Qi=20 kg/min；T 为喷射时间，取 0.5 min。经计算，二氧化碳设计用量为 40 kg，储存容器内的二氧化碳剩余量为 2 kg，设计选用 1 瓶组 70 L 高压二氧化碳储瓶，充装 42 kg 灭火剂。

　　2.3 冷喷试验

　　油盘内注水，液面至油盘缘口的距离不小于 150 mm。手动启动 1 瓶二氧化碳灭火系统喷放二氧化碳灭火剂，观察其喷放情况，并记录相关数据，检查液体向外飞溅情况。

　　试验环境温度 17 ℃，喷射时间为 30 s，系统喷射时间-压力曲线，如图 5 所示。观察喷射过程，灭火剂喷射分布均匀。喷射结束，油盘内水面有部分结冰现象，观察油盘周边，液体无向外飞溅迹象。

　　2.4 灭火试验

　　油盘内水垫层高度不小于 30 mm，燃料采用淬火油，淬火油高度为 50 mm，同时满足液面至油盘缘口的距离不小于 150 mm。灭火试验采用 1 瓶组 70 L 高压二氧化碳储瓶，充装二氧化碳灭火剂 42 kg；备用 1 瓶组 70 L 高压二氧化碳储瓶，用于灭火不成功时使用，此外准备 2 具 5 kg 的手提式二氧化碳灭火器，用于灭火不成功或出现其他意外情况时使用。

　　采用汽油点燃油盘中淬火油，预燃 1 min 后启动系统，手动启动二氧化碳灭火系统喷放二氧化碳灭火剂，观察喷放情况，记录相关试验数据。

　　试验环境温度 30.3 ℃，灭火时间 2 s，其余试验数据与冷喷试验数据相同。观察喷射过程，发现灭火剂从喷头喷出，强烈的火焰瞬间被压制住，系统喷放灭火剂不到 2 s 明火消失，灭火成功。喷放结束后，观察油盘周边，液体无向外飞溅迹象，灭火试验圆满成功。

　　通过冷喷试验及灭火试验验证说明，喷头距保护对象液面垂直距离 1 m 时，选用保护面积为 0.9 m2、设计流量为 20 kg/min、喷头规格代号为 6.5#的架空型喷头应用于该油盘局部应用灭火系统设计合理，能瞬间压制火灾，灭火时间短，可应用于淬火油槽局部应用灭火系统设计。

　　3淬火油槽二氧化碳灭火系统局部应用设计

　　3.1 设计计算条件

　　1546 Fire Science and Technology，November 2018,Vol 37,No.11

　　（1）某汽车制造企业零部件自动淬火油槽长 1.3 m、宽 1.8 m，油槽上端缘口距离顶板 1.5 m，淬火油液面距离油槽上端缘口 0.15 m，油槽上端缘口为敞口，无盖封堵。

　　（2）淬火油槽内可燃物为淬火油，淬火油闪点 206 ℃，工件入池温度 800 ℃。

　　（3）淬火油槽周边环境温度为 15～45 ℃。

　　3.2 淬火油槽二氧化碳灭火系统局部应用设计

　　（1）管网布置。依据设计计算条件及试验验证的设计参数，系统管网末端设计 4 只喷头规格代号为 6.5#的二氧化碳局部应用架空型喷头，喷头位于淬火油槽上端缘口上方，在淬火油槽箱体内侧安装，喷头倾斜朝向淬火油槽液面，其瞄准点为该喷头保护面积的中心，喷头喷口距离淬火油液面 1 m。从图 3 曲线中查出，在此安装高度下对应的单只喷头保护面积为 0.9 m2、单只喷头的设计流量为 20 kg/min，满足喷头完全覆盖油槽液面且不会产生飞溅的要求。二氧化碳储瓶安装于柜体内，管道采用均衡布置。

　　（2）计算二氧化碳设计用量。设计喷头 4 只，单个喷头的设计流量 Qi 为 20 kg/min，设计喷射时间 t 取 0.5 min。经计算二氧化碳设计用量为 40 kg，储存容器内的二氧化碳剩余量为 2 kg，淬火油槽二氧化碳局部应用灭火系统设计选用 1 瓶组 70 L 高压二氧化碳储瓶，储瓶公称工作压力为 15 MPa，充装 42 kg 二氧化碳灭火剂，充装系数为 0.6 kg/L。

　　（3）喷头型号复核。依据 GB 50193-93（2010 年版）《二氧化碳灭火系统设计规范》进行管道压力计算，得出喷头入口压力，依据单位等效孔口面积的喷射率及生产厂提供的喷头流量系数计算喷头等效孔口尺寸，确认喷头规格代号。

　　4结语

　　二氧化碳局部应用灭火系统针对局部应用保护对象的火灾灭火性能极好，能瞬间压制火灾，灭火时间短，灭火剂价格低廉，可广泛应用于淬火油槽、喷漆生产线、钢板轧机生产线等局部应用灭火场所。目前，二氧化碳局部应用设计参数不完全，制约了设计人员的设计应用，其设计使用程度远未达到理想的效果。笔者对实际工程中二氧化碳灭火系统局部应用设计参数进行试验选取，建立了二氧化碳局部应用灭火系统试验模型，进行了冷喷试验和灭火试验，给出了一组设计参数，结合相关标准要求，完成了淬火油槽二氧化碳局部应用灭火系统设计，并在汽车制造企业零部件自动淬火油槽二氧化碳局部应用灭火系统得到实际应用。