CO2灭火系统生产和工程设计中存在的问题

——低压CO₂灭火系统调研报告

宋旭东
（公安部天津消防科学研究所 天津 300381）

　　摘 要：《二氧化碳灭火系统设计规范》（GB 50193－93）中，未对低压二氧化碳灭火系统进行规定。通过对调查情况的总结分析，指出了目前国内二氧化碳灭火系统生产、工程设计、施工安装等方面存在的一些问题，提出了解决建议。
　　关键词：消防；灭火系统；二氧化碳
　　中图分类号：998.1
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009－2455（2001）01－0054－03

　　二氧化碳灭火系统，按灭火剂储存方式可分成：灭火剂在常温下储存的二氧化碳灭火系统和灭火剂在-18℃－20℃低温下储存的二氧化碳灭火系统；习惯上，根据储存压力的不同，前者称为高压二氧化碳灭火系统，后者称为低压二氧化碳灭火系统。
　　低压二氧化碳灭火系统由二氧化碳灭火剂储存装置、选择阀、管网、喷头及控制系统等组成。灭火剂储存装置应由储存容器、容器阀。安全泄压装置、压力表、压力报警装置和制冷装置等组成，其中储存容器应有绝热措施。低压二氧化碳灭火系统以其灭火剂储存量大、运用灵活、易于维护等优点，在工业生产装置保护中得到广泛应用。
　　我国在制订《二氧化碳灭火系统设计规范》（GB 50193－93以下简称“规范”）时，在低压二氧化碳灭火系统方面还是空白，既没有产品，也没见工程应用；所以“规范”中没有对低压二氧化碳灭火系统的要求和规定。后来上海大众汽车厂从美国Figgie公司引进一套13t低压二氧化碳灭火系统，上海宝钢公司从丹麦Ging－Kerr公司引进一套15t低压二氧化碳灭火系统，秦皇岛电厂等也安装了低压二氧化碳灭火系统，西安524厂等也相继开发了低压二氧化碳灭火系统。短短的几年时间，我国生产低压二氧化碳灭火系统的厂家已初具规模。
　　目前国内生产的低压二氧化碳灭火系统，不仅有1t以上的大容量产品，而且有500kg以下的小容量产品；在储存装置的型式上，有立式、卧式、柜式；在绝热措施方面，有真空－堆积绝热法和聚氨脂泡沫绝热法；在释放量控制方式上，有时间控制、流量累计控制、液位控制。从现有生产厂家的生产能力看，可以满足市场要求；但是，在销售价格上还不够低廉，在产品质量上和设计安装上还存在一些问题，这都在影响着低压二氧化碳灭火系统的普及应用。

1 产品说明书存在的问题

1.1 喷头的说明问题
　　二氧化碳喷头分为全淹没系统喷头和局部应用系统喷头。全淹没系统喷头的应用参数主要是喷头人口压力P_T和喷头流量Q_i；局部应用系统喷头的应用参数，除P_T和Q_i外，又增加了喷头保护面积AT0喷头保护面积为：在使油盘杆弦高（液面至缘口距离）150mm盘内正庚烷或符合GB 489规定的70#汽油不产生飞溅的条件下，能在20s内灭火的面积，对应的喷头流量就是它的Q_i值。架空型喷头的保护面积随安装高度的不同而不同，槽边型喷头的保护面积随喷头的流量不同而不同。此外，高压系统的喷头不可用于低压系统，因为同等的喷头人口压力，在高压系统和低压系统二者的喷射率是不等的。因此，低压二氧化碳灭火系统的产品说明书中应给出喷头特性曲线。遗憾的是现有低压二氧化碳灭火系统生产厂家的产品说明书中均没给出喷头特性曲线；这不能不让人怀疑其喷头参数是否有试验基础。
1.2 管道附件当量长度问题
　　管道附件当量长度是管网计算必不可少的参数，它是通过试验测试得到的，国内低压二氧化碳灭火系统生产厂家，有的没给出，有的给出理论值。这都影响着设计计算的准确性。
1.3 储存容器内二氧化碳剩余量问题
　　由于储存容器内二氧化碳剩余量M_s值随产品结构不同而不同，因此“规范”中没给出具体值，这应从低压二氧化碳灭火系统产品说明书查出，可是有的说明书连这样容易测定的数据也没给出。
　　总之，以上诸问题都有待解决，都要通过大量的测试实验把工程数据补充完善；此外，各低压二氧化碳灭火系统生产厂家还应进一步努力提高产品质量，通过降低成本把价格压下来，推动低压二氧化碳灭火系统在我国的普及应用。

2 设计安装问题

　　随着低压二氧化碳灭火系统的普及，其在工程中的应用也日益增多，不仅在电力系统、化工系统。冶金系统等工业消防中有低压二氧化碳灭火系统的应用，而且在建筑消防中也有低压二氧化碳灭火系统的应用。由于种种原因，目前在设计安装方面也存在一些问题。
2.1 设计方法问题
　　低压二氧化碳灭火系统的设计计算包括：二氧化碳设计用量M，二氧化碳储存量M_c，管网节点压力P_J等等。其中节点压力P_J计算顺序按流向可分为：正序（顺流向）和反序（逆流向）。仅局部应用系统面积法中降压环节下游的节点压力P_J计算采用反序，其他均采用正序。无论正序还是反序，都存在图解法和解析法。笔者认为：应该提倡解析法，因为解析法既便于电算又容易控制计算精确度，而图解法既费时又不好控制精确度。诚然，在《二氧化碳灭火系统设计规范》（GB 50193－93）中给出了图解法，那是因为计算机还未普及、等效采用ISO 6183之故。管道内二氧化碳二相流压力降计算方法始于Hesson J.C．的博士论文，他提出了二相流公式——即“规范”中公式（4.0.5），后来Cardox据此描绘了曲线簇——即“规范”中附录C0过去计算机不普及，人们习惯于用图解法；现在计算机已很普及，所以，能用解析法时应尽量并首先用解析法。
2.2 二相流公式问题
　　《二氧化碳灭火系统设计规范》（GB 50193－93）中给出的公式与ISO、NFPA等给出的公式形式不完全一样：
　　Q²=0.8725·10^-5·D^5.25·Y/(L+0.04319·D^1.25·Z)（1）
　　Q²=0.8725·10^-4·D^5.25·Y/(L＋0.04319·D^1.25·Z)（2）
　　公式（1）是ISO、NFPA等标准给出的，其中Y值的单位是bar·kg/m³，系数是10^-5；公式（2）是GB 50193－93标准给出的，其中Y值的单位是MPa·kg/m³，系数是10^-4。这一点有的人注意到了，也有的人提出疑问，如深圳胜捷消防工程公司和成都合力达消防工程公司的同志，为此“规范” 管理组曾经解答过两次。但是仍然有人没注意到，只把Y的单位变一变而忽略系数值。
2.3 管道内径问题
　　在上述公式中，管道内径D应该采用实际尺寸，不要采用名义尺寸，实际尺寸应按“规范”修订稿附录J选取。同样，在计算管道内二氧化碳剩余量M_r时，管道容积V_i也应按“规范”修订稿附录J选取管道内径D值。
2.4 全淹没灭火系统喷射时间问题
　　全淹没灭火系统喷射时间t的取值，“规范”指出：“全淹没灭火系统二氧化碳的喷射时间不应大于1min，当扑救固体深位火灾时，喷射时间不应大于7min，并应在前2min内使二氧化碳的浓度达到30％”。这一条有些人还掌握不好，应先看“规范”附录A中是否给出抑制时间，若没给出则按表面火灾处理，一般取1min ；若给出抑制时间则按深位火灾处理。对于深位火灾，喷射时间越长灭火效果越好，这时候，对物质系数K_b值小于3的物质可取；等于2倍的K_b除以0.8584浓度30％对应物质系数0.8584）；对物质系数K_b值大于等于3的物质可取t等于2倍的K_b值（这样可满足喷射时间不大于7min）。
2.5 管径系数取值问题
　　“规范”中给出取值范围1.41－3.78，这是基于附录C，附录C只适于内插法，不适于外推法，所以给出了上下限。对于解析法可以不受此限制，但是按上述取值较经济。
2.6 高程问题
　　“规范”中对高程没加限制，但是经验表明，高程超过50m不易满足喷头人口压力条件。第一点有的人基于工程实践注意到了，有的人可能还未注意到，但是今后工作可能会遇到。
2.7 喷头规格问题
　　“规范”所给出的喷头规格代号是指流量系数等于0.98的标准喷头的规格代号；如果生产厂家的喷头没换算成这样的标准喷头数据（产品标准中没要求，这样作也可以），那么应按生产厂家的喷头人口压力P_r—单位孔口面积的喷射率曲线确定其喷头规格。
2.8 安装问题
　　低压二氧化碳灭火系统管道属于压力系统管道，其选材应按《输送流体用无缝钢管》（GB 8163）标准执行，不得再按《冷拔或冷轧精密无缝钢管》标准执行，其施工应该符合要求，应按压力管道要求焊接和探伤检查，不可掉以轻心，造成事故。管道断裂的事实已有发生，应该引起工程公司的高度重视，千万不要再出现不该发生的事情。

3 建议

　　笔者曾经调研发现：有的水灭火系统喷头堵塞、管道破裂；有的泡沫灭火系统喷头入口被厚厚一层污垢堵住；有的气体灭火系统安装后没多久由于报警系统误报或灭火剂储存容器泄漏等种种原因被束之高阁。目前国内安装的低压二氧化碳灭火系统已达几十套，这都是用重金换来的，为的是预防万一；建议大家交流管理维护方面的经验，互相切磋，共同提高管理维护水平；时刻牢记“责任重于泰山”的重托，否则，酿成事故，给人身和财产造成损失将悔之晚矣！

作者简介：
　　宋旭东（1944-），男，副研究员。