浅论发动机台架试验室消防设施设计

上汽通用五菱汽车股份有限公司 王兴能

■引言

合理判定发动机台架试验室火灾危险性，制定可行的消防设计策略，不仅确保台架试验室消防设计合规性，更能体现项目投入的经济性，避免冗余设计。因此在项目设计阶段，根据发动机台架试验室工艺要求以及工程设计时采取的安全措施，结合GB 50016—2018《建筑设计防火规范》要求确定试验室的火灾危险性，从而确定台架试验室的消防设计策略并分析其可行性。

■发动机台架试验室的火灾危险性判定

发动机试验室一般使用的发动机燃油有92#/95#汽油等，发动机台架试验室燃油耗量约50～70kg/h。根据GB 50016—2018《建筑设计防火规范》,汽油92#/95#是甲类火灾危险性油品。在设计发动机台架试验室时火灾危险性不能根据汽油定性为甲类，合理的定性说明如下：

（1）发动机台架试验室是进行发动机性能以及可靠性等系列试验的场所。试验室里主要设备有试验台架、测功机、试验控制系统、供油系统和送排风系统。供油系统将发动机燃油（92#/95#汽油等）由燃油站房通过供油泵、供油管道引入试验室，再通过油耗仪按需可控的给发动机提供燃油。试验室内燃油均在密闭的管道和试验设备里面，除了油耗仪有少量存油外，没有汽油存放。油耗仪里存放一般不大于800ml，试验室的大小一般为6m×7m×5.4 m。试验室内存放的汽油与试验室的容积比为：800ml/（6.3 m×7.5 m×5.2 m）=0.00326L/m3＜0.004 L/m3。

（2）根据GB 50016—2018《建筑设计防火规范》第3.1 .2 条第2条，发动机台架试验楼可以不按汽油来确定火灾危险性，详见条文解释。试验时，更换发动机安装油管时会有极少量汽油泄漏（＜5ml），为了避免燃油蒸汽聚集，试验室内要求设置强制机械通风，换气次数不小于3次/小时。所以在试验里不会形成汽油蒸汽聚集，少量的燃油蒸汽浓度远低于汽油爆炸下限的

25%。

（3）GB 50016—2018《建筑设计防火规范》第3.1 .1条，生产的火灾危险性分类中丁类第2条的描述：“虽然利用气体、液体或固体为原料进行燃烧，是明火生产，但均在固定设备内燃烧，不易造成火灾”。发动机台架试验室里燃油由输油管道直接送到发动机里，试验时燃油在发动机的活塞缸里燃烧做功，发动机台架试验室火灾危险性符合丁类第2条的描述。根据以上分析，将发动机台架试验室火灾危险性定性为丁类。

■发动机台架试验消防设施设计

根据GB 50016—2018《建筑设计防火规范》，发动机台架试验室应至少设置有以下消防设施：室内、外消火栓系统，火灾自动报警系统，消防排烟系统，灭火器，应急照明，疏散指示系统，消防广播系统等。目前各设计单位对设置自动喷水灭火系统或细水雾灭火系统、火灾自动报警系统、送排风/排烟系统的设计要求存在较大差异，是我们重点讨论内容。

1.自动灭火系统

根据发动机台架试验室火灾危险性（丁类），主要存在燃油泄漏火灾及电气火灾。根据GB 50016—2018《建筑设计防火规范》8.3 .1条规定，当试验楼属于高层建筑时，按照丁类高层厂房设计时应设置自动灭火系统，且宜设置自动喷水灭火系统。然而国内绝大部分试验楼不是高层建筑，设计时就不能简单套用规范，需要考虑发动机台架试验室实际存在的风险及使用单位对风险的接受程度进行综合设计。

1.1 自动喷水灭火系统

根据GB50084—2017《自动喷水灭火系统设计规范》附录 A 设置场所火灾危险等级分类，发动机试验室应按严重Ⅰ级设计，喷水强度不小于12L/min·m2，作用面积：260m2或整个房间，发动机试验室内环境温度设计温度在20～40℃，依据规范应采用湿式系统，如试验室设备有严禁误喷或严禁管道/喷头滴漏要求时可采用预作用系统。

1.2 高压细水雾灭火系统

目前高压细水雾灭火系统趋于成熟，不仅对电气系统无损坏，同时试验室属于密闭空间，能满足高压细水雾使用条件，基于以上特点国内很多试验室选择使用了高压细水雾灭火系统。依据GB 50898—2013《细水雾灭火系统技术规范》第3.4 .4条，采用全淹没应用方式的开式系统，喷雾强度不小于2 L/min·m2，系统的设计持续喷雾时间不应小于 20min，其防护区数量不应大于3个。

基于以上两种系统，自动喷水灭火系统灭火效果较好，工程造价成本相对低，但喷淋系统容易损坏电气设备，造成电气系统故障等；高压细水雾灭火系统雾化效果好，具有电气绝缘性，但工程造价高，同等防护面积工程照价约是喷淋系统的3倍，且该系统保护区最多不大于3个，防护范围有限。综上所述，建议采用自动喷水灭火系统，对电气设备有保护要求的区域可选择预作用系统。

2.火灾自动报警系统

根据《火灾自动报警系统》设计要求，发动机台架试验室内火灾自动报警系统至少应设置预警系统（可燃气体探测器、中毒气体探测器）和报警系统（如烟感）。发动机台架试验室内存在的可燃气体、可燃蒸汽或有毒气体主要是汽油、CO，汽油源于输油管道及发动机渗漏，而CO主要是发动机内燃油不完全燃烧的产物。

2.1 汽油蒸汽

汽油蒸汽具有易燃易爆特性，密度比空气重，应在发动机台架试验间水平地面（安装高度：水平地面上方6英尺）、以及地沟下部（距底部6英尺）根据气体探测器保护范围分布设置CH可燃气体探测器，报警值按照爆炸下限的20%为低限报警，40%为高限报警。

2.2 CO气体

CO具有易燃易爆性、毒性，依据GB 50493—2009 《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》第3.0 .1条，有毒气体或含有可燃气体的有毒气体泄漏时，有毒气体浓度可能达到最高容许浓度，但可燃气体浓度不能达到25%爆炸下限时，应设置有毒气体探测器。CO有毒浓度远小于爆炸下限浓度，因此必须按有毒气体探测器设计。CO报警设定值设置，依据GB 50493—2009 《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》，CO直接致害浓度为1700mg/m3，即1360ppm。依据GBZ/T 223—2009《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》，有人工作场所CO最高容许浓度MAC=30mg/m3，即24ppm。常用CO探测器设置为一级报警24ppm，二级报警160ppm。CO气体特性如表1所示。

表1 CO气体特性

2.3 联动控制设计

自动报警系统应与试验室燃油供油系统和排风系统联动，发生火灾时能自动联动控制燃油供应及排风系统：

（1）当可燃气体浓度达到爆炸下限40%时，应能通过联动控制自动关闭除排风系统以外的所有测试设备。

（2）当火灾探测器探测到起火时，也需要联动关闭所有测试设备。

（3）当发生火灾时，供油管上的阀门必须能够主动关闭，通常由电磁切断阀或气动阀完成，且在发出火警后不能通过电控自动关闭供油阀门。

（4）当通风失效时，应能通过联动控制，自动停止测试作业，并关闭相应的燃油供应装置，可通过风帆开关的方法实现。

3.送排风/排烟系统

目前国内绝大多数发动机台架试验室送排风系统采用上送上抽系统，排风效果较差，同时还有采用发动机尾气排气管和排风系统兼作为消防排烟系统，导致下部的CH探测器、CO探测器频繁报警，尤其是CO报警频次最高。

根据汽油蒸汽（比空气重）、CO（与空气比重相当）的物理性质，发动机台架试验间送排风系统应采用上送下抽排风系统，当排风系统和尾气排气系统满足消防排烟系统要求时可兼作为排烟系统。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》，结合汽油蒸汽、CO低限报警值设计送排风系统换气次数不得小于6次/小时，事故通风换气次数不得小于12次/小时。

■小结

（1）在设计发动机台架试验室消防设计时，判定其火灾危险性不能根据汽油定性为甲类，在单位容积的最大允许量和总最大允许量小于规范要求时，可不按照火灾危险性较大的物质判定其火灾危险类别，并按照丁类进行设计。

（2）发动机台架试验室在设计自动灭火系统时，需要从防护等级或要求、灭火效果及工程照价等方面综合考虑，此外我们推荐要设计自动喷水灭火系统。

（3）根据发动机台架试验室内存在的可燃气体或可燃蒸汽或有毒气体的理化性质，合理选择适用的预警报警系统以及探测器设置高度，当气体同时存在易燃易爆和有毒特性时，因优先考虑有毒预警报警系统，试验室内的自动报警系统应能实现与燃油供油系统和排风系统联动。

（4）台架试验室内设置的送排风/排烟系统，应根据汽油、CO的物理性质设置合理的送排风系统，且应采用上送下抽排风系统，正常换气次数及事故换气次数应满足规范要求。