淺論發動機臺架試驗室消防設施設計

上汽通用五菱汽車股份有限公司 王興能

■引言

合理判定發動機臺架試驗室火災危險性，制定可行的消防設計策略，不僅確保臺架試驗室消防設計合規性，更能體現項目投入的經濟性，避免冗余設計。因此在項目設計階段，根據發動機臺架試驗室工藝要求以及工程設計時采取的安全措施，結合GB 50016—2018《建筑設計防火規范》要求確定試驗室的火災危險性，從而確定臺架試驗室的消防設計策略并分析其可行性。

■發動機臺架試驗室的火災危險性判定

發動機試驗室一般使用的發動機燃油有92#/95#汽油等，發動機臺架試驗室燃油耗量約50～70kg/h。根據GB 50016—2018《建筑設計防火規范》,汽油92#/95#是甲類火災危險性油品。在設計發動機臺架試驗室時火災危險性不能根據汽油定性為甲類，合理的定性說明如下：

（1）發動機臺架試驗室是進行發動機性能以及可靠性等系列試驗的場所。試驗室里主要設備有試驗臺架、測功機、試驗控制系統、供油系統和送排風系統。供油系統將發動機燃油（92#/95#汽油等）由燃油站房通過供油泵、供油管道引入試驗室，再通過油耗儀按需可控的給發動機提供燃油。試驗室內燃油均在密閉的管道和試驗設備里面，除了油耗儀有少量存油外，沒有汽油存放。油耗儀里存放一般不大于800ml，試驗室的大小一般為6m×7m×5.4 m。試驗室內存放的汽油與試驗室的容積比為：800ml/（6.3 m×7.5 m×5.2 m）=0.00326L/m3＜0.004 L/m3。

（2）根據GB 50016—2018《建筑設計防火規范》第3.1 .2 條第2條，發動機臺架試驗樓可以不按汽油來確定火災危險性，詳見條文解釋。試驗時，更換發動機安裝油管時會有極少量汽油泄漏（＜5ml），為了避免燃油蒸汽聚集，試驗室內要求設置強制機械通風，換氣次數不小于3次/小時。所以在試驗里不會形成汽油蒸汽聚集，少量的燃油蒸汽濃度遠低于汽油爆炸下限的

25%。

（3）GB 50016—2018《建筑設計防火規范》第3.1 .1條，生產的火災危險性分類中丁類第2條的描述：“雖然利用氣體、液體或固體為原料進行燃燒，是明火生產，但均在固定設備內燃燒，不易造成火災”。發動機臺架試驗室里燃油由輸油管道直接送到發動機里，試驗時燃油在發動機的活塞缸里燃燒做功，發動機臺架試驗室火災危險性符合丁類第2條的描述。根據以上分析，將發動機臺架試驗室火災危險性定性為丁類。

■發動機臺架試驗消防設施設計

根據GB 50016—2018《建筑設計防火規范》，發動機臺架試驗室應至少設置有以下消防設施：室內、外消火栓系統，火災自動報警系統，消防排煙系統，滅火器，應急照明，疏散指示系統，消防廣播系統等。目前各設計單位對設置自動噴水滅火系統或細水霧滅火系統、火災自動報警系統、送排風/排煙系統的設計要求存在較大差異，是我們重點討論內容。

1.自動滅火系統

根據發動機臺架試驗室火災危險性（丁類），主要存在燃油泄漏火災及電氣火災。根據GB 50016—2018《建筑設計防火規范》8.3 .1條規定，當試驗樓屬于高層建筑時，按照丁類高層廠房設計時應設置自動滅火系統，且宜設置自動噴水滅火系統。然而國內絕大部分試驗樓不是高層建筑，設計時就不能簡單套用規范，需要考慮發動機臺架試驗室實際存在的風險及使用單位對風險的接受程度進行綜合設計。

1.1 自動噴水滅火系統

根據GB50084—2017《自動噴水滅火系統設計規范》附錄 A 設置場所火災危險等級分類，發動機試驗室應按嚴重Ⅰ級設計，噴水強度不小于12L/min·m2，作用面積：260m2或整個房間，發動機試驗室內環境溫度設計溫度在20～40℃，依據規范應采用濕式系統，如試驗室設備有嚴禁誤噴或嚴禁管道/噴頭滴漏要求時可采用預作用系統。

1.2 高壓細水霧滅火系統

目前高壓細水霧滅火系統趨于成熟，不僅對電氣系統無損壞，同時試驗室屬于密閉空間，能滿足高壓細水霧使用條件，基于以上特點國內很多試驗室選擇使用了高壓細水霧滅火系統。依據GB 50898—2013《細水霧滅火系統技術規范》第3.4 .4條，采用全淹沒應用方式的開式系統，噴霧強度不小于2 L/min·m2，系統的設計持續噴霧時間不應小于 20min，其防護區數量不應大于3個。

基于以上兩種系統，自動噴水滅火系統滅火效果較好，工程造價成本相對低，但噴淋系統容易損壞電氣設備，造成電氣系統故障等；高壓細水霧滅火系統霧化效果好，具有電氣絕緣性，但工程造價高，同等防護面積工程照價約是噴淋系統的3倍，且該系統保護區最多不大于3個，防護范圍有限。綜上所述，建議采用自動噴水滅火系統，對電氣設備有保護要求的區域可選擇預作用系統。

2.火災自動報警系統

根據《火災自動報警系統》設計要求，發動機臺架試驗室內火災自動報警系統至少應設置預警系統（可燃氣體探測器、中毒氣體探測器）和報警系統（如煙感）。發動機臺架試驗室內存在的可燃氣體、可燃蒸汽或有毒氣體主要是汽油、CO，汽油源于輸油管道及發動機滲漏，而CO主要是發動機內燃油不完全燃燒的產物。

2.1 汽油蒸汽

汽油蒸汽具有易燃易爆特性，密度比空氣重，應在發動機臺架試驗間水平地面（安裝高度：水平地面上方6英尺）、以及地溝下部（距底部6英尺）根據氣體探測器保護范圍分布設置CH可燃氣體探測器，報警值按照爆炸下限的20%為低限報警，40%為高限報警。

2.2 CO氣體

CO具有易燃易爆性、毒性，依據GB 50493—2009 《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》第3.0 .1條，有毒氣體或含有可燃氣體的有毒氣體泄漏時，有毒氣體濃度可能達到最高容許濃度，但可燃氣體濃度不能達到25%爆炸下限時，應設置有毒氣體探測器。CO有毒濃度遠小于爆炸下限濃度，因此必須按有毒氣體探測器設計。CO報警設定值設置，依據GB 50493—2009 《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》，CO直接致害濃度為1700mg/m3，即1360ppm。依據GBZ/T 223—2009《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設置規范》，有人工作場所CO最高容許濃度MAC=30mg/m3，即24ppm。常用CO探測器設置為一級報警24ppm，二級報警160ppm。CO氣體特性如表1所示。

表1 CO氣體特性

2.3 聯動控制設計

自動報警系統應與試驗室燃油供油系統和排風系統聯動，發生火災時能自動聯動控制燃油供應及排風系統：

（1）當可燃氣體濃度達到爆炸下限40%時，應能通過聯動控制自動關閉除排風系統以外的所有測試設備。

（2）當火災探測器探測到起火時，也需要聯動關閉所有測試設備。

（3）當發生火災時，供油管上的閥門必須能夠主動關閉，通常由電磁切斷閥或氣動閥完成，且在發出火警后不能通過電控自動關閉供油閥門。

（4）當通風失效時，應能通過聯動控制，自動停止測試作業，并關閉相應的燃油供應裝置，可通過風帆開關的方法實現。

3.送排風/排煙系統

目前國內絕大多數發動機臺架試驗室送排風系統采用上送上抽系統，排風效果較差，同時還有采用發動機尾氣排氣管和排風系統兼作為消防排煙系統，導致下部的CH探測器、CO探測器頻繁報警，尤其是CO報警頻次最高。

根據汽油蒸汽（比空氣重）、CO（與空氣比重相當）的物理性質，發動機臺架試驗間送排風系統應采用上送下抽排風系統，當排風系統和尾氣排氣系統滿足消防排煙系統要求時可兼作為排煙系統。根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》，結合汽油蒸汽、CO低限報警值設計送排風系統換氣次數不得小于6次/小時，事故通風換氣次數不得小于12次/小時。

■小結

（1）在設計發動機臺架試驗室消防設計時，判定其火災危險性不能根據汽油定性為甲類，在單位容積的最大允許量和總最大允許量小于規范要求時，可不按照火災危險性較大的物質判定其火災危險類別，并按照丁類進行設計。

（2）發動機臺架試驗室在設計自動滅火系統時，需要從防護等級或要求、滅火效果及工程照價等方面綜合考慮，此外我們推薦要設計自動噴水滅火系統。

（3）根據發動機臺架試驗室內存在的可燃氣體或可燃蒸汽或有毒氣體的理化性質，合理選擇適用的預警報警系統以及探測器設置高度，當氣體同時存在易燃易爆和有毒特性時，因優先考慮有毒預警報警系統，試驗室內的自動報警系統應能實現與燃油供油系統和排風系統聯動。

（4）臺架試驗室內設置的送排風/排煙系統，應根據汽油、CO的物理性質設置合理的送排風系統，且應采用上送下抽排風系統，正常換氣次數及事故換氣次數應滿足規范要求。