低压二氧化碳灭火系统的可靠性

低压二氧化碳灭火系统的可靠性 低压二氧化碳灭火系统的可靠性 王承久 【关键词】低压CO2灭火系统、可靠性、智能化 【摘要】低压二氧化碳灭火系统的国产化工程应用在我国已有10多年的历史。一个工程系统的稳定性、可靠性除了与产品自身的质量有关外，同时与工程、安装、调试，人员素质，维护、管理等诸多因素有关。本文重点从产品的系统应用及电气控制的角度，从立项、设计开发，电气控制、智能化处理等方面阐述提高系统的稳定性、可靠性。介绍西核卫士消防设备分公司低压二氧化碳灭火系统的发展和特点。   1概述 在自然界气体中，CO2的灭火性能最好。CO2作为古老、有效、廉价的低公害灭火剂，在目前花样繁多的气体灭火市场上仍占有一席之地。至今为止，二氧化碳也是唯一能用作非封闭目标保护的自然界气体。特别是低压二氧化碳灭火系统（低压的术语是指二氧化碳在-18℃，正常贮存工作压力为1.90MPa~ 2.1MPa。），在大型仓储及工业应用场所，如钢铁企业、汽车制造业、火电厂、核电站、飞机场、变电站、油库的应用有着优越的性价比，其系统越大性价比越高。 从1997年西核卫士消防设备分公司开发研制出填补当时国内空白的国产低压二氧化碳灭火系统的实际工程应用，国内各消防设备生产厂家也陆续生产出各自特点的低压二氧化碳灭火系统。我厂的低压二氧化碳灭火系统以其真空绝热保温技术，具有自主知识产权的管道系统自动回压控制主阀，线性化传感仪，由96系列微控制器为核心组成的性能稳定可靠的控制系统。使西核卫士的低压二氧化碳灭火系统在国内处于领先地位，始终占有相当的市场份额。到目前为止，在实际工程中的近三百套系统中，贮存装置由0.8m3到20m3，控制系统由1区到15区，从用户反馈的信息中没有一例因控制系统的抗干扰能力差而产生误动作的现象。   2系统的组成及特点 低压二氧化碳灭火系统由贮存装置、分配系统及管网、喷头、自动探测系统、自动控制系统组成。 a、  贮存装置是指主检修阀上游的所有设备，包括储罐、制冷机组、安全阀、灭火剂充装口、液位和压力变送器等； b、  分配系统及管网、喷头是指主检修阀下游的所有设备，包括先导控制器、主阀、反馈装置、管道及附件、喷头等； c、  自动控制系统是指低压灭火控制柜、压力变送器、液位变送器、动力控制箱、火灾报警控制器、紧急启动/中断盒、手动/自动转换盒、放气指示灯、声光报警盒。 低压二氧化碳自动灭火系统是基于高压二氧化碳自动灭火系统原理基础上,而优于后者的优良的灭火设施。它是将二氧化碳灭火剂以液态的形式贮存在带有绝热结构的贮存容器中，通过制冷机组使贮罐内二氧化碳的温度维持在约-18℃、压力维持在约2.1MPa。有火灾时，通过一系列执行机构，将液态二氧化碳输送到火灾现场，通过喷头进行释放实施灭火。与国内外同类低压二氧化碳自动灭火系统相比，西核卫士消防设备分公司的低压二氧化碳自动灭火系统具有以下几个突出的优点： 2.1   ZEFZ 主阀 （1）       用于多防护区系统中控制灭火剂流向火灾保护区；采用黄铜或不锈钢； （2）       特点：结构简单、动作灵敏、工作安全可靠、具有自动复位功能、自动回压功能。 此主阀由低压控制器DC24V电源启动先导控制器，由贮罐内二氧化碳气体驱动。有别于其它系统的电动阀，在系统事故停电情况下仍可利用低压控制器的直流备电启动。且在小于1秒的时间内完全开启，不需交流动力电源。当先导控制器的启动气体撤除后，主阀不需任何外界动力将自动关闭，使本防护区复位到伺应状态，可随时进行下次启动工作。此主阀出口到喷头处，当管路或喷头堵塞出现干冰，出口压力大于入口压力此主阀自动开启回压，使出口段压力与入口贮罐内压力平衡,将高压气体回流到贮罐内。可消除因电动类主阀关闭后出口管段产生干冰，当干冰汽化后产生的高压气体使管网爆裂现象。这是早期国外引进的低压二氧化碳灭火系统经常出现的现象，也是早期低压二氧化碳灭火系统在国内应用受到质疑的重要因素。 1、  阀体  2、螺栓  3、卡套式直通管接头（接Φ10x1紫铜管）  4、铭牌 图1 ZEFZ主阀（螺纹式）   2.2   真空绝热技术    贮存装置的作用是贮存低压液态二氧化碳灭火剂。本贮存装置包括内胆、外胆、绝热层及制冷设备。内胆采用耐低温不锈钢材料制造，绝热层采用目前国际上最先进的真空堆积绝热技术。它有别于发泡绝热技术，表面抗碰撞，不受环境湿度、温度、阳光直射、雨水等影响，绝热层与外界完全隔绝寿命长，绝热效率高。 2.3线性化的传感仪表 低压液态贮存的二氧化碳灭火剂其贮存温度与压力有着对应的线性关系。在立项的仪表选型中考虑到弹簧管电接点压力表的精度较低，不宜满足控制精度要求。柔性接通和断开电触点的控制电路在切换时似接非接易产生强烈电火花，新仪表使用不久就会造成触点氧化烧蚀接触不良，故障率高、易损坏等使用中常见问题。且仪表数量多，气路管路多，阀门多，因此，泄漏点多、操作复杂、故障率高。我们选用了1151系列的压力变送器和液位变送器。整个系统只需两只仪表，精度0.5级，将压力和液位物理量变换为4-20毫安的线性电流信号，利用96系列的微处理器的10位A/D进行摸数转换。可对压力、液位参数进行连续跟踪测量、远传观察、控制和自动记录管理。 2.4专业化的控制器 由于低压二氧化碳灭火系统的特点，在贮存及灭火时药剂喷放的时间上与目前所有各类气体灭火系统都不同，低压贮存装置使用可开启、自动复位的阀门密封，其它各类气体灭火装置都基于采用密封膜片结构。在灭火时，低压系统按照防护区域的不同具有自动控制灭火剂释放时间的功能（GA61-2002），在达到设计灭火浓度时自动关闭主阀。不同区域二氧化碳介质喷放的开、关时间按工程设计的要求进行设定，在二氧化碳喷放过程中主阀可在任何时刻手动中断，并可重复任意启、停，达到二次或多次使用效果，在局部灭火应用中更突显出其随意开关的优越特性。其它膜片结构密封的气体灭火系统是按系统设计的用药剂量，将膜片刺破一次性放出。 低压二氧化碳灭火系统控制器需要对低压贮存装置内的压力进行恒压控制。 当压力P ≥2.1 Mpa 启动储存装置制冷机组。 当压力P ≤1.9 Mpa 停止储存装置制冷机组。 同时低压二氧化碳控制器对贮存装置内的液位进行监控，并具有高、低液位报警功能。这是目前各类火灾报警器和联动型控制器所不具备的功能。本控制器按照国标“低压二氧化碳灭火系统及部件通用技术条件”及GA61“固定灭火系统驱动、控制装置通用技术条件”的要求，将恒压控制及灭火驱动、控制有机结合。     控制器对灭火部分以防护区为单元采用模块化设计，根据防护区的不同从1区到15区任意组配。可接收任何火灾报警控制器输出的灭火信号（无源常开触点），无火灾探测器报警功能。以非总线方式实施灭火。本控制器可外接防护区的紧急启动按钮实施手动灭火功能。也可外接现场手动/自动转换盒。由现场设置本区域的灭火方式。 ZEKMnA型控制器，灭火通道部分以8031微处理器作为核心部件,灭火延时驱动电路采用高可靠的抗干扰电路组成,技术成熟，性能稳定。对低温存贮装置采用80C196微控制器进行控制，对压力、液位进行监控。具有485通信功能。可存储500条历史事件记录。与PC计算机之间可通过485转232接口进行通信。在控制中心的PC机上可检测到系统的手动、自动、启动、中断、火灾、火警、压力开关回路开路、驱阀回路开路、火警回路开路的状态。“制冷机组启动”、“液位高”或者“液位低”、“压力高”或者“压力低”、“消音”或者“自检”等信息，可自动存盘及打印。   3可靠性设计 3.1  从机械角度，具有知识产权的主阀。在事故停电的情况下，使用本机直流备电即可释放二氧化碳灭火剂。在电控失效时，手动操作先导控制器机械应急手柄，利用贮存装置内的气源即可驱动主阀迅速释放灭火剂。 当灭火剂停止喷放后，管网中剩余的液态二氧化碳具有结干冰的可能，在主阀至干冰集结处管道内的压力会升高，此时主阀下游的压力高于上游的压力，当压差约为0.1MPa时，主阀反向开启，使管道中的剩余液态二氧化碳回流到贮存容器内实现自动回压功能，保障管道安全。 3.2  从电气控制角度，将低压控制器与动力控制箱分为两部分设计，避免强电系统对弱电系统的干扰，并使控制系统的安装方式更加灵活。动力控制箱通常安装在设备间，低压灭火控制器可在设备间与控制中心或值班室中任选。在动力箱的控制回路中增加阻容吸收器件，消除启、停制冷机时动力箱控制回路对控制器的接口电路的电磁干扰。 3.2.1  对关键的延时喷放、手动/自动转换、紧急启动/中断的输入电路用电感性功率器件进行转换，在干扰信号达不到一定能量时无法触发控制回路。在手动状态下，将关键电路的回路断开，使其在无源状态下待机，任何形式的干扰都无法形成回路。 3.2.2  在采样接口电路中，正常情况下A点的最大为5V。但在实际应用中，在系统送电的瞬间变送器的初始电流可能远大于20毫安。当A点电压大于7.5V时将对采样口造成永久性损坏。在不影响采样精度的条件下，选择合适的限流电阻R*可有效保护A/D口不被击穿损坏。 3.2.3  当选用压力变送器量程为4Mpa，压力值为2.1Mpa时，Va=3.1V; 压力值为1.9Mpa时，Va=2.9V;既控制器仅在0.2V的电压变化范围内对贮存装置进行恒压力控制。由于压力、液位是连续变化的物理量。因此，在采样电路输入处增加电磁滤波器件和电容器件来平滑输入电压不会影响采样精度。在工程应用中要求采样端子处到变送器间使用屏蔽电缆，在硬件设计和工程应用两方面提高可靠性。因为0.2V的采样电压范围在实际调试中无线对讲机的通话都可能造成制冷机的启停。 4智能化处理 控制器的智能化处理主要表现在软件编程中。如：对制冷机的启动次数进行累计，对制冷机的启、停间隔进行记录，以此可对存贮装置的保温效果及制冷机效率进行判断。 对火灾输入信号进行智能判断，当输入信号的时间大于5秒后判断为真实的火灾信号并做出历史记录，启动延时驱阀回路。否则按干扰信号处理。 对压力、液位的采集信号进行判断，多次采样并求均值，当第一次采集的信号与第二次的采集信号发生接阶跃变化时则判为是干扰信号，并做舍弃处理。     ZEKMnA型低压CO2系统图 5结束语     低压二氧化碳灭火系统填补了国内气体消防行业当年的一项空白，系统的整体特性在同行业中始终处于领先地位。打破了国外产品对此市场的垄断，使其价格公平化。其控制系统从分立集成元件控制到微处理器控制至具有网络通讯功能，经历了不断发展的过程。随着新技术的不断更新，我国的低压二氧化碳灭火系统将更加完善，稳定、可靠、先进。   参考文献 [1]  孙涵芳.Intel 16位单片机.北京航空航天大学出版社 1999年 [2]  孙涵芳.徐爱卿.MCS-51/96系列单片机原理及应用    1999年     Dependable and intelligence control of The Low-pressure CO2 Fire Extinguish System                           WANG Cheng-jiu (XI’AN Nuclear WeiShi Fire Protection Equipment CO.,Ltd , XI’AN 710021,China)   Abstract: the Low-pressure CO2 have extinguished fire the domestic engineering distance of the system apply at our country for more than 10 years. In addition to the quantity of the product oneself relevantly, the stability, dependable of an engineering system returns to design, install, adjust to try, personnel's character, maintenance, management etc. many factors with the engineering relevant. This text point is from the system application of the product and the angle of the electricity controls, from a stability, dependable for developping, electricity controling, intelligence turning handling etc. increasing system. Introduced the development and the characteristics about The Low-pressure CO2 Fire Extinguish System of XI’AN Nuclear WeiShi Fire Protection Equipment CO., Ltd.   Key words: The Low-pressure CO2 Fire Extinguish System; dependable; intelligence turns   发布人：mxlly 发布时间：2006-8-8 浏览次数：307