摘 要：針對淬火油槽二氧化碳局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)缺少設(shè)計參數(shù)問題，對二氧化碳滅火系統(tǒng)局部應(yīng)用噴頭設(shè)計參數(shù)進(jìn)行試驗選取，試驗確定了架空型噴頭設(shè)計流量、保護(hù)面積與安裝高度等設(shè)計參數(shù)，建立了二氧化碳局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)試驗?zāi)Ｐ?，通過采用油盤火災(zāi)模擬淬火油槽火災(zāi)。進(jìn)行了冷噴試驗，并在此試驗基礎(chǔ)上進(jìn)行滅火試驗驗證。采用試驗數(shù)據(jù)并結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，完成了淬火油槽二氧化碳局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)設(shè)計，并在汽車制造企業(yè)零部件自動淬火油槽得到實際應(yīng)用。
淬火油槽作為金屬材料熱處理設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中極為常見，按熱處理自動化程度分為手動淬火油槽和自動淬火油槽。二氧化碳局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)用于撲救淬火油槽火災(zāi)是較理想的滅火保護(hù)措施。然而，供設(shè)計人員設(shè)計淬火油槽二氧化碳局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)較少，設(shè)計人員無法有針對性地進(jìn)行滅火系統(tǒng)設(shè)計，影響了二氧化碳局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)推廣應(yīng)用。筆者以汽車制造企業(yè)生產(chǎn)汽車零部件的自動淬火油槽為例，研究探討二氧化碳局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)設(shè)計。
1噴頭設(shè)計及試驗
1.1 架空型噴頭設(shè)計
現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)的淬火油槽向小型化自動化方向發(fā)展，如汽車制造企業(yè)生產(chǎn)的汽車零部件采用的淬火油槽，其淬火油槽空間尺寸小，設(shè)計采用傳統(tǒng)的二氧化碳局部應(yīng)用架空型噴頭，因其尺寸較大，安裝后影響淬火油槽正常生產(chǎn)，已經(jīng)不適于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，要求淬火油槽設(shè)計安裝的二氧化碳局部應(yīng)用架空型噴頭在滿足滅火系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的條件下實現(xiàn)小型化，即依據(jù)淬火油槽實際工況條件，設(shè)計小型化的專用型噴頭。
淬火油槽著火部位是油槽內(nèi)淬火油表面，噴頭選用架空型噴頭。架空型噴頭由噴嘴芯和噴頭噴射罩組成，裝配時將噴嘴芯壓入噴頭噴射罩里面，架空型噴頭
將噴頭噴射孔口設(shè)計成徑向射流噴頭，經(jīng)噴射孔口噴出的二氧化碳滅火劑噴向噴頭噴射罩導(dǎo)流腔，產(chǎn)生旋流，沖擊后迅速霧化，霧化后的二氧化碳滅火劑經(jīng)噴頭噴射罩噴出，經(jīng)噴頭噴射罩導(dǎo)流后噴射出的滅火劑壓力降低，達(dá)到在臨界飛濺流量下大幅度縮短噴頭至油盤液面的距離，
1.2 噴頭設(shè)計流量、保護(hù)面積與安裝高度試驗
試驗在不同的安裝高度下進(jìn)行，測定在臨界飛濺流量下的相應(yīng)保護(hù)面積，取 90%臨界飛濺流量為對應(yīng)保護(hù)面積的噴頭設(shè)計流量。試驗可采用圓形油盤或方形油盤，當(dāng)采用圓形油盤時其保護(hù)面積為圓內(nèi)接正方形面積，油盤內(nèi)注水替代淬火油，液面到油盤緣口距離為 150 mm，架空型噴頭安裝在油盤上方，噴頭布置垂直于油盤內(nèi)液面，采用 1 只架空型局部應(yīng)用噴頭進(jìn)行試驗，架空型噴頭試驗布置圖如圖 2 所示。
為盡可能在一(圖)次(2)滅火劑噴放過程中(架空型噴頭試驗布置圖)測取更多的不同安裝高度下的試驗數(shù)據(jù)，將油盤懸吊在可以上下移動的吊機下方，通過吊具的上下移動來調(diào)整噴頭噴口至油盤液面的距離，達(dá)到在不同安裝高度下測得臨界飛濺流量及相應(yīng)的正方形保護(hù)面積的目的。
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消防科學(xué)與技術(shù)2018年11月第37卷第11期
手動啟動二氧化碳滅火系統(tǒng)噴放二氧化碳滅火劑，觀察噴放情況，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，檢查液體向外飛濺情況及相應(yīng)保護(hù)面積。調(diào)整不同安裝高度 H、試驗測得架空型噴頭設(shè)計流量 Qi、保護(hù)面積 A 與安裝高度 H 數(shù)據(jù)，并繪制成設(shè)計流量、保護(hù)面積與安裝高度曲線。采用不同規(guī)格代號噴頭重復(fù)上述試驗，測取多種規(guī)格代號噴頭的設(shè)計流量、保護(hù)面積與安裝高度曲線。
依據(jù)給出的淬火油槽設(shè)計計算條件，要求噴頭噴口距離淬火油液面實際安裝高度不宜大于 1 m，若采用 4 只噴頭、油槽寬 1.8 m，要求架空型噴頭保護(hù)面積不小于 0.81 m2。從多種規(guī)格代號噴頭的試驗曲線中經(jīng)分析比較，選取規(guī)格代號為 6.5#架空型噴頭。6.5#架空型噴頭設(shè)計流量、保護(hù)面積與安裝高度曲線，如圖 3 所示。從試驗曲線中可查出在不同安裝高度下噴頭設(shè)計流量及相應(yīng)的保護(hù)面積。
2試驗?zāi)Ｐ徒⒓霸囼?/span>
2.1 試驗管網(wǎng)布置
試驗油盤選用直徑為 1.67 m、面積為 2.19 m2 的油盤模擬淬火油槽進(jìn)行冷噴試驗和滅火試驗。根據(jù)淬火油槽實際尺寸及生產(chǎn)工藝要求，確定噴頭安裝高度為 1 m（噴頭出口至油槽內(nèi)淬火油表面的距離）。由圖 3 曲線查出，安裝高度為 1 m 時設(shè)計流量為 20 kg/min，保護(hù)面積為 0.9 m2。設(shè)計試驗用的管網(wǎng)主管道與實際淬火油槽管網(wǎng)的主管道直徑長度相同，試驗管網(wǎng)末端設(shè)計 4 只噴頭規(guī)格代號為 6.5#的二氧化碳局部應(yīng)用架空型噴頭，噴頭安裝于油盤正上方且均衡布置，在噴頭連接短管和集流管上各安裝 1 只壓力表，用于記錄噴頭入口壓力和集流管壓力，試驗管網(wǎng)布置圖如圖 4 所示。要求噴頭在此安裝高度的設(shè)計流量下油盤內(nèi)的淬火油不應(yīng)向外飛濺，同時觀測在此安裝高度下相應(yīng)的噴頭保護(hù)面積是否滿足要求。
2.2 二氧化碳設(shè)計用量
二氧化碳設(shè)計用量依據(jù) GB 50193《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，按式（1）計算。
M = N?Qi?t （1）式中：M 為二氧化碳設(shè)計用量，kg；N 為噴頭個數(shù)，設(shè)計采用 4 只 6.5#噴頭；Qi 為單個噴頭的設(shè)計流量，kg/min,從圖 3 曲線查得 Qi=20 kg/min；T 為噴射時間，取 0.5 min。經(jīng)計算，二氧化碳設(shè)計用量為 40 kg，儲存容器內(nèi)的二氧化碳剩余量為 2 kg，設(shè)計選用 1 瓶組 70 L 高壓二氧化碳儲瓶，充裝 42 kg 滅火劑。
2.3 冷噴試驗
油盤內(nèi)注水，液面至油盤緣口的距離不小于 150 mm。手動啟動 1 瓶二氧化碳滅火系統(tǒng)噴放二氧化碳滅火劑，觀察其噴放情況，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，檢查液體向外飛濺情況。
試驗環(huán)境溫度 17 ℃，噴射時間為 30 s，系統(tǒng)噴射時間-壓力曲線，如圖 5 所示。觀察噴射過程，滅火劑噴射分布均勻。噴射結(jié)束，油盤內(nèi)水面有部分結(jié)冰現(xiàn)象，觀察油盤周邊，液體無向外飛濺跡象。
2.4 滅火試驗
油盤內(nèi)水墊層高度不小于 30 mm，燃料采用淬火油，淬火油高度為 50 mm，同時滿足液面至油盤緣口的距離不小于 150 mm。滅火試驗采用 1 瓶組 70 L 高壓二氧化碳儲瓶，充裝二氧化碳滅火劑 42 kg；備用 1 瓶組 70 L 高壓二氧化碳儲瓶，用于滅火不成功時使用，此外準(zhǔn)備 2 具 5 kg 的手提式二氧化碳滅火器，用于滅火不成功或出現(xiàn)其他意外情況時使用。
采用汽油點燃油盤中淬火油，預(yù)燃 1 min 后啟動系統(tǒng)，手動啟動二氧化碳滅火系統(tǒng)噴放二氧化碳滅火劑，觀察噴放情況，記錄相關(guān)試驗數(shù)據(jù)。
試驗環(huán)境溫度 30.3 ℃，滅火時間 2 s，其余試驗數(shù)據(jù)與冷噴試驗數(shù)據(jù)相同。觀察噴射過程，發(fā)現(xiàn)滅火劑從噴頭噴出，強烈的火焰瞬間被壓制住，系統(tǒng)噴放滅火劑不到 2 s 明火消失，滅火成功。噴放結(jié)束后，觀察油盤周邊，液體無向外飛濺跡象，滅火試驗圓滿成功。
通過冷噴試驗及滅火試驗驗證說明，噴頭距保護(hù)對象液面垂直距離 1 m 時，選用保護(hù)面積為 0.9 m2、設(shè)計流量為 20 kg/min、噴頭規(guī)格代號為 6.5#的架空型噴頭應(yīng)用于該油盤局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)設(shè)計合理，能瞬間壓制火災(zāi)，滅火時間短，可應(yīng)用于淬火油槽局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)設(shè)計。
3淬火油槽二氧化碳滅火系統(tǒng)局部應(yīng)用設(shè)計
3.1 設(shè)計計算條件
1546 Fire Science and Technology，November 2018,Vol 37,No.11
?。?）某汽車制造企業(yè)零部件自動淬火油槽長 1.3 m、寬 1.8 m，油槽上端緣口距離頂板 1.5 m，淬火油液面距離油槽上端緣口 0.15 m，油槽上端緣口為敞口，無蓋封堵。
?。?）淬火油槽內(nèi)可燃物為淬火油，淬火油閃點 206 ℃，工件入池溫度 800 ℃。
（3）淬火油槽周邊環(huán)境溫度為 15～45 ℃。
3.2 淬火油槽二氧化碳滅火系統(tǒng)局部應(yīng)用設(shè)計
?。?）管網(wǎng)布置。依據(jù)設(shè)計計算條件及試驗驗證的設(shè)計參數(shù)，系統(tǒng)管網(wǎng)末端設(shè)計 4 只噴頭規(guī)格代號為 6.5#的二氧化碳局部應(yīng)用架空型噴頭，噴頭位于淬火油槽上端緣口上方，在淬火油槽箱體內(nèi)側(cè)安裝，噴頭傾斜朝向淬火油槽液面，其瞄準(zhǔn)點為該噴頭保護(hù)面積的中心，噴頭噴口距離淬火油液面 1 m。從圖 3 曲線中查出，在此安裝高度下對應(yīng)的單只噴頭保護(hù)面積為 0.9 m2、單只噴頭的設(shè)計流量為 20 kg/min，滿足噴頭完全覆蓋油槽液面且不會產(chǎn)生飛濺的要求。二氧化碳儲瓶安裝于柜體內(nèi)，管道采用均衡布置。
?。?）計算二氧化碳設(shè)計用量。設(shè)計噴頭 4 只，單個噴頭的設(shè)計流量 Qi 為 20 kg/min，設(shè)計噴射時間 t 取 0.5 min。經(jīng)計算二氧化碳設(shè)計用量為 40 kg，儲存容器內(nèi)的二氧化碳剩余量為 2 kg，淬火油槽二氧化碳局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)設(shè)計選用 1 瓶組 70 L 高壓二氧化碳儲瓶，儲瓶公稱工作壓力為 15 MPa，充裝 42 kg 二氧化碳滅火劑，充裝系數(shù)為 0.6 kg/L。
?。?）噴頭型號復(fù)核。依據(jù) GB 50193-93（2010 年版）《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行管道壓力計算，得出噴頭入口壓力，依據(jù)單位等效孔口面積的噴射率及生產(chǎn)廠提供的噴頭流量系數(shù)計算噴頭等效孔口尺寸，確認(rèn)噴頭規(guī)格代號。
4結(jié) 語
二氧化碳局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)針對局部應(yīng)用保護(hù)對象的火災(zāi)滅火性能極好，能瞬間壓制火災(zāi)，滅火時間短，滅火劑價格低廉，可廣泛應(yīng)用于淬火油槽、噴漆生產(chǎn)線、鋼板軋機生產(chǎn)線等局部應(yīng)用滅火場所。目前，二氧化碳局部應(yīng)用設(shè)計參數(shù)不完全，制約了設(shè)計人員的設(shè)計應(yīng)用，其設(shè)計使用程度遠(yuǎn)未達(dá)到理想的效果。筆者對實際工程中二氧化碳滅火系統(tǒng)局部應(yīng)用設(shè)計參數(shù)進(jìn)行試驗選取，建立了二氧化碳局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)試驗?zāi)Ｐ?，進(jìn)行了冷噴試驗和滅火試驗，給出了一組設(shè)計參數(shù)，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，完成了淬火油槽二氧化碳局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)設(shè)計，并在汽車制造企業(yè)零部件自動淬火油槽二氧化碳局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)得到實際應(yīng)用。
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