發(fā)動(dòng)機(jī)熱試臺(tái)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

王鵬，孫孝猛，常舉，王靜

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

引言

發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架對(duì)于汽車廠家和相關(guān)開發(fā)研究機(jī)構(gòu)是十分重要的重點(diǎn)防火設(shè)備，為了極大水平縮減發(fā)動(dòng)機(jī)熱試臺(tái)架火災(zāi)事故所造成的生命財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)根據(jù)測(cè)試設(shè)備的安全需要，對(duì)熱試臺(tái)架的滅火系統(tǒng)在工程設(shè)計(jì)中提出了更高的要求。

在本文研究的項(xiàng)目中，針對(duì)集裝箱式發(fā)動(dòng)機(jī)熱試臺(tái)架，通過(guò)分析具體的火災(zāi)隱患點(diǎn)和滅火要求，綜合評(píng)價(jià)滅火系統(tǒng)方案，設(shè)計(jì)出既能達(dá)到高效滅火效果又符合經(jīng)濟(jì)性的方案來(lái)展開滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，通過(guò)報(bào)警探測(cè)器探測(cè)火情，控制系統(tǒng)根據(jù)警報(bào)分級(jí)處理以及配合設(shè)備自身的聯(lián)動(dòng)，充分發(fā)揮氮?dú)饧?xì)水霧滅火系統(tǒng)的最大能效。

1 熱試臺(tái)的火災(zāi)隱患點(diǎn)和滅火要求

要有針對(duì)性的應(yīng)用熱試臺(tái)架滅火系統(tǒng)，需要先分析熱試臺(tái)架的火災(zāi)隱患點(diǎn)和滅火要求。

1.1 熱試臺(tái)的火災(zāi)隱患點(diǎn)

發(fā)動(dòng)機(jī)熱試臺(tái)架是進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)性能以及可靠性等系列試驗(yàn)的場(chǎng)所[1]。本文涉及的熱試臺(tái)架為集裝箱式，其主要設(shè)備有試驗(yàn)臺(tái)架，測(cè)功機(jī)，試驗(yàn)控制系統(tǒng)，供油系統(tǒng)，送風(fēng)排風(fēng)系統(tǒng)等。發(fā)動(dòng)機(jī)熱試臺(tái)架作為生產(chǎn)設(shè)備，其主要的危險(xiǎn)源有以下幾點(diǎn)：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)熱試運(yùn)行期間的燃油供給過(guò)程是否有泄露風(fēng)險(xiǎn)；（2）發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間滿載運(yùn)行期間，在排氣端如渦輪，三元催化器，排氣管等零件部位形成高溫炙熱表面有引燃風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)熱試臺(tái)架按照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016-2014[2]火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)可定為丁類，需要自動(dòng)滅火系統(tǒng)保證其安全運(yùn)行。

1.2 熱試臺(tái)滅火要求

發(fā)動(dòng)機(jī)熱試臺(tái)架的內(nèi)部空間可以劃分為操作間和測(cè)試間兩個(gè)封閉空間。如圖1所示，其面積分別為13.34m2和52.2m2，其中操作間內(nèi)布置著用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)運(yùn)行和對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)錄像的電腦；測(cè)試間內(nèi)布置著測(cè)功機(jī)，傳感器控制電柜，供油系統(tǒng)等，也是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行熱測(cè)試的場(chǎng)所。因此，按照《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50116-2013熱試臺(tái)架操作間和測(cè)試間均設(shè)計(jì)為報(bào)警區(qū)域和探測(cè)區(qū)域。對(duì)于測(cè)試間探測(cè)區(qū)域，因?yàn)榇嬖陔娖飨到y(tǒng)的電柜、主軸傳動(dòng)的精密機(jī)械裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)本身，所以滅火過(guò)程要避免大量水噴射的侵入，避免漏電風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)是對(duì)機(jī)械設(shè)備使用壽命的保護(hù)。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)熱試臺(tái)架的內(nèi)部空間

2 熱試臺(tái)滅火系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 熱試臺(tái)滅火系統(tǒng)的選擇

根據(jù)熱試臺(tái)架的火災(zāi)隱患點(diǎn)和滅火要求，考慮使用氣體滅火系統(tǒng)和細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。二氧化碳?xì)怏w滅火系統(tǒng)和IG541氣體滅火系統(tǒng)是比較常見的氣體滅火系統(tǒng)，但是二氧化碳滅火系統(tǒng)在滅火過(guò)程中存在人員窒息風(fēng)險(xiǎn)而IG541氣體為浸沒式滅火，在較高的滅火劑比容時(shí)需要數(shù)量眾多的IG541氣瓶，增加造價(jià)的同時(shí)不便于存放。對(duì)于細(xì)水霧系統(tǒng)，目前使用比較廣泛的是泵組式（10Mpa工作壓力）高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。這類高壓細(xì)水霧系統(tǒng)，一般較多地應(yīng)用于綜合管廊，檔案館等較大區(qū)域滅火設(shè)施中，為了形成高壓細(xì)水霧，使用的泵組和噴頭造價(jià)昂貴。對(duì)此，本文針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)熱試臺(tái)架采用了一種兩相流體噴射形成的氮?dú)饧?xì)水霧，其原理如圖2所示。該系統(tǒng)由BMA警報(bào)控制器，200bar氮?dú)馄?，去離子水罐，管路和噴嘴組成。BMA控制器在收到火警報(bào)警后，打開高壓氮?dú)馄繂?dòng)電磁閥1，氮?dú)馔ㄟ^(guò)減壓閥2，截止閥4進(jìn)入去離子水罐 7，水罐內(nèi)形成的高壓作為動(dòng)力，將去離子水推入罐底的管路，同時(shí)氮?dú)馔ㄟ^(guò)截止閥3與去離子水在管路內(nèi)混合形成7.5%-20%氮?dú)赓|(zhì)量分?jǐn)?shù)的兩相流體，最終通過(guò)噴嘴形成細(xì)水霧。

圖2 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)原理圖

該滅火系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是：（1）相比高壓細(xì)水霧具備迅速冷卻、隔離熱輻射、沖擊乳化、窒息等滅火原理[3]外，氮?dú)獾募尤朐黾恿思?xì)水霧滅火的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，可以更快地破壞火焰結(jié)構(gòu)[4]。（2）由于氮?dú)舛杌嘶饒?chǎng)區(qū)域內(nèi)的空氣，使氧氣濃度快速降低，又?jǐn)U展了細(xì)水霧的滅火區(qū)域范圍，從而抑制霧滴之間的碰撞聚合，減少霧滴沉降，最終實(shí)現(xiàn)迅速窒息滅火[5]。（3）該系統(tǒng)通過(guò)200bar氮?dú)庾鳛閯?dòng)力，避免了采購(gòu)高壓泵組的高成本，適合熱試臺(tái)架這類封閉小區(qū)域滅火。因此，本文采用的氮?dú)饧?xì)水霧滅火系統(tǒng)在縮減整體造價(jià)成本的同時(shí)提高了滅火效果。

2.2 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)噴嘴安裝高度設(shè)計(jì)為 3m，采用 DN25管道，細(xì)水霧噴嘴設(shè)計(jì)工作壓力P為14bar，流量系數(shù)K取值為0.7，因此細(xì)水霧噴頭的流量q為：

細(xì)水霧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)供給強(qiáng)度W為0.2Kg/（min·m3），設(shè)計(jì)保護(hù)區(qū)域?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)熱試臺(tái)架測(cè)試間，其空間V為156.6 m3，因此，保護(hù)區(qū)域所需的噴嘴數(shù)量N為：

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)熱試臺(tái)測(cè)試間噴頭布置圖

如圖3所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上方，布置細(xì)水霧管路及12個(gè)噴嘴，每個(gè)噴嘴左右間隔1m，距離水平中心線0.9m。

3 熱試臺(tái)滅火系統(tǒng)的報(bào)警控制設(shè)計(jì)

3.1 熱試臺(tái)報(bào)警探測(cè)器的選型布置

根據(jù)熱試臺(tái)架火災(zāi)隱患點(diǎn)，需要溫度，煙霧和火焰三種探測(cè)器，如表1所示選型。

表1 報(bào)警探測(cè)器選型表

測(cè)試間內(nèi)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，為了避免尾氣導(dǎo)致煙霧探測(cè)器誤報(bào)，煙霧探測(cè)器避免布置在測(cè)試間。火焰探測(cè)器布置在測(cè)試間墻體兩側(cè)探測(cè)范圍能夠完全覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)，三元催化器，排氣管，測(cè)功機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制電柜等重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位。溫度探測(cè)器布置在地板下方，主要用于檢測(cè)燃油滴漏引發(fā)的火災(zāi)。操作間類似正常辦公區(qū)域，因此在屋頂和地板下只布置煙霧探測(cè)器。根據(jù)傳感器的探測(cè)范圍，其熱試臺(tái)架布置如圖4所示。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)熱試臺(tái)報(bào)警探測(cè)器布置圖

3.2 熱試臺(tái)報(bào)警控制邏輯設(shè)計(jì)

圖5 熱試臺(tái)報(bào)警控制邏輯圖

熱試臺(tái)在發(fā)生火情時(shí)，設(shè)計(jì)為預(yù)火警和主火警的二級(jí)報(bào)警機(jī)制。在預(yù)火警觸發(fā)后，處在熱試臺(tái)操作工位的人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常、檢查設(shè)備情況并試圖撲滅未形成明火的火災(zāi)，避免設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失。而設(shè)備主火警能夠針對(duì)突發(fā)火情實(shí)現(xiàn)零延遲開啟細(xì)水霧滅火系統(tǒng)啟動(dòng)電磁閥。如圖5所示，本文設(shè)計(jì)報(bào)警控制邏輯圖，其中“&”表示“與”關(guān)系；“＞=1”表示“或”關(guān)系。由圖可知，當(dāng)任意兩個(gè)溫感探測(cè)到火情、兩個(gè)火焰探測(cè)器探測(cè)到火情或一個(gè)火焰探測(cè)器一個(gè)溫感探測(cè)到火情可以觸發(fā)主火警；當(dāng)任意一個(gè)溫感、火焰探測(cè)器或煙感探測(cè)到火情，可以觸發(fā)預(yù)火警；同時(shí)設(shè)計(jì)手動(dòng)報(bào)警按鈕可以直接觸發(fā)主火警。預(yù)火警會(huì)觸發(fā)喇叭發(fā)出警報(bào)，主火警在觸發(fā)聲光報(bào)警的同時(shí)會(huì)打開細(xì)水霧滅火系統(tǒng)啟動(dòng)電磁閥。此外，為了避免控制系統(tǒng)失效，實(shí)施對(duì)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)氣瓶的實(shí)時(shí)壓力檢測(cè)和警報(bào)控制系統(tǒng)的故障診斷。

3.3 熱試臺(tái)滅火系統(tǒng)與設(shè)備的聯(lián)動(dòng)

按照《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50116-2013中關(guān)于消防聯(lián)動(dòng)信號(hào)的規(guī)定，本文設(shè)計(jì)如表2所示，滅火系統(tǒng)與設(shè)備的消防聯(lián)動(dòng)安全矩陣。在預(yù)火警觸發(fā)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試試驗(yàn)停止，關(guān)閉響應(yīng)燃油供給等裝置，但保留測(cè)試臺(tái)架供電和通風(fēng)系統(tǒng)，為操作人員撲滅潛在火情提供條件；主火警觸發(fā)時(shí)，在預(yù)火警聯(lián)動(dòng)基礎(chǔ)上關(guān)閉設(shè)備通風(fēng)系統(tǒng)和熱試臺(tái)架供電，為細(xì)水霧滅火系統(tǒng)啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。

表2 滅火系統(tǒng)與設(shè)備的消防聯(lián)動(dòng)安全矩陣

4 總結(jié)

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的熱試臺(tái)架工程建設(shè)中，自動(dòng)滅火系統(tǒng)的高效性和低成本一直是工程設(shè)計(jì)人員的重要課題。本文通過(guò)對(duì)熱試臺(tái)架火災(zāi)隱患點(diǎn)和滅火要求的分析，創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)應(yīng)用了一種兩相流體形成的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，在合理的管路噴嘴布置和報(bào)警控制設(shè)計(jì)下，實(shí)現(xiàn)了與設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，保證該滅火系統(tǒng)可以有效的撲滅發(fā)動(dòng)機(jī)熱試臺(tái)火災(zāi)。

目前本文中設(shè)計(jì)應(yīng)用的熱試臺(tái)架滅火系統(tǒng)使用的封閉空間兩相流細(xì)水霧滅火技術(shù)是一項(xiàng)新型、高效、綠色、低成本消防技術(shù)。本案例對(duì)各大汽車生產(chǎn)廠家和發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)機(jī)構(gòu)今后類似的消防設(shè)施工程設(shè)計(jì)提供了非常重要的借鑒。