全淹没二氧化碳灭火系统设计分析

刘景新

（北京沃利帕森工程技术有限公司，天津 300201)

我国国家标准的二氧化碳灭火系统设计与国外有许多相同之处，也有许多不同之处，国内二氧化碳灭火系统设计规范为GB 50193-93《二氧化碳灭火系统设计规范》，而国外多采用美国消防协会标 准 NFPA12《Standard on Carbon Dioxide Extinguishing systems》。因此，本文将主要针对这两个规范的灭火系统进行分析，并着重分析这两个规范的全淹没灭火系统的相同点及不同点，因为全淹没式的二氧化碳系统设计是普遍采用的灭火方式。

1 设计

1.1 定义

全淹没灭火系统：是指在规定时间内，向固定封闭的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。

组合分配灭火系统：是指采用一组二氧化碳灭火设备同时保护两个或两个以上防护区的灭火系统。

单元独立灭火系统：是指采用一组二氧化碳灭火设备保护一个独立的防护区的灭火系统。

1.2 灭火方式的选择

二氧化碳灭火系统按其组成方式可分为组合分配灭火系统和单元独立灭火系统，当被保护房间较多时，出于经济考虑，组合分配灭火系统在实际中应用较多。但国标中规定在选择组合分配保护形式时，若保护区为5个或超过五个，应设备用瓶组，灭火剂量不应小于设计用量。

2 设计计算

GB 50193-93与NFPA12-2008的CO2用量计算不同，下面通过两个例子说明一下两个标准各自的计算方式。

2.1 按GB 50193-93标准计算

以下为国内某人工岛上电器模块内的各个被保护区域CO2量计算表格，根据GB50193-93章节3.2可知，二氧化碳的设计浓度与房间净容积、总表面积、物质系数、设计浓度、泄压口等诸多参数有关，其计算公式如下，具体内容可见章节3.2.3.见表 1。

式中：M-二氧化碳设计用量（kg）；Kb-物质系数；K1-面积系数，取0.2kg/m3；K2-体积系数，取0.7kg/m3；A-折算面积（m2）；Av-防护区的侧面、底面、顶面（包括其中的开口）的总面积（m2）；A0-开口总面积（m2）；V-防护区的净容积（m3）；Vv-防护区容积（m3）；Vg-防护区内不燃烧体和难燃烧体的总体积（m3）。

系统采用组合分配方式，二氧化碳数量以保护体积最大房间为准。每瓶二氧化碳充装45kg，则CO2瓶组数量为20瓶，因被保护区域大于等于5个，考虑100%备用，CO2总瓶数为20×2=40瓶。

2.2 按NFPA 12-2008标准计算

NFPA 12-2008中对全淹没灭火系统也有两种分类，一类为表面火灾，一类为深位火灾。根据NFPA 12-2008二氧化碳计算公式可知，二氧化碳的设计浓度与房间净容积、体积系数等参数有关。房间净容积可通过房间尺寸及内部可扣除容积计算得出，体积系数根据被保护房间的性质可通过表5.3.3或5.4.2.1查得。其计算公式如下：

表1

CO2气体数量=房间净体积 (m3)×体积系数(kg/m3)

以下为某浮式生产储油轮电气模块内被保护房间的计算表格，火灾类型为深位火灾，其体积系数通过表5.4.2.1查得见表2。

表2

系统采用组合分配方式，二氧化碳数量以保护体积最大房间为准，每瓶二氧化碳充装45kg，则CO2瓶组数量为25瓶。

3 启动方式

CO2系统的启动有自动、手动、机械式应急等多种开启方式。

3.1 定义

自动控制方式：是指灭火系统配有感烟火灾探测器和感温式火灾探测器。控制盘上有控制方式选择锁，当将其置于“自动”位置时，灭火控制器处于自动控制状态。当两种探测器同时发出火灾信号时，控制器发出火灾声、光信号，通知有火灾发生，有关人员应撤离现场，并发出联动指令，关闭风机、防火阀等联动设备，经过一段时间延时后，即发出灭火指令，打开电磁阀，启动气体打开容器阀，释放灭火剂，实施灭火。

手动控制方式：将控制器上的控制方式选择锁置于“手动”位置时，灭火控制器处于手动控制状态。这时，当火灾探测器发出火警信号时，控制器即发出火灾声、光报警信号，而不启动灭火装置，需经人员观察，确认火灾已发生时，可按下保护区外或控制器操作面板上的“紧急启动按钮”，即可启动灭火装置，释放灭火剂，实施灭火。

应急机械启动工作方式：用于控制器失效时，当职守人员判断为火灾时，应立即通知现场所有人员撤离现场，在确定所有人员撤离现场后，手动关闭联动设备并切断电源，打开对应保护区选择阀，成组或逐个打开对应保护区储瓶组上的容器阀，即刻实施灭火。

3.2 启动方式的选择

GB50193-93规定CO2灭火系统应能自动、手动、机械式应急等操作，而NFPA 122008则要求系统应能自动或手动及手动应急操作。

4 系统组成

灭火系统主要由：灭火剂贮瓶、高压软管、液流单向阀、启动装臵、选择阀、气控单向阀、低压泄压阀、压力讯号器、安全阀、集流总管、选择阀集流管、出管件、框架、称重机构、泄漏报警箱、启动管路、灭火剂输送管道、喷嘴、报警控制系统等组成。

根据GB50193-93设计的系统组件应满足GB50263-97《气体灭火系统施工及验收规范》相关要求，根据NFPA 12-2008设计的系统组件一般应具备美国保险商实验室(UL)或美国工厂互保研究中心（FM）等认证要求。

5 瓶组布置

二氧化碳瓶组可储存在单独的房间内，或储存在特制的钢制箱体内，国外习惯于放置在单独的钢制箱体内。瓶组及组件放于室外时，应注意其上带电组件的防爆等级要求，瓶组放于室内时，应有自然或机械通风设备，以防止人进入时发生窒息危险。瓶组布置时应便于更换，并排布置时不应超过3排。

6 管网

室内固定管网的材料国内一般为20#高压无缝钢管内外热镀锌，并符合GB8163-87。国外通常采用A106 Gr.B等级的无缝钢管。管网的管径尺寸应通过计算获得，喷嘴的设置应确保覆盖房间的每个需保护区域，喷嘴安装在灭火系统管网末端，喷嘴的尺寸也应计算，使管网及喷嘴的设计可以达到规范的释放时间要求。另外两个规范都规定全淹没二氧化碳灭火系统的喷放时间不应小于1min，当扑救固体深位火灾时，喷射时间不应大于7min，并应在2min内使二氧化碳浓度达到30%。喷嘴有全淹没无喷罩喷嘴，全淹没有喷罩喷嘴，有喷罩喷嘴主要用于粉尘等较多的环境中。另外喷头出口处不应有物体遮挡。

7 释放报警系统

被保护房间室内及入口门外应配有声光报警系统，且门在任何情况下都应能从内部打开，国外业主通常还要求门应有自动关闭及30s故障报警等功能。

8 结束语

GB 50193-93《二氧化碳灭火系统设计规范》与NFPA12《Standard on Carbon Dioxide Extinguishing systems》两个规范虽然在某些规定方面略有不同，但总体设计相差并不大，设计时的主要依据还是业主的规格书要求及相关规范中的规定，随着国内企业与国际间的不断合作，不免要接触一些国外的标准，希望本文能给大家在以后的工作中有所帮助。