CN105477806A - 一种地源储存co2灭火系统及包含该灭火系统的高架仓库 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种地源储存CO2灭火系统及包含该灭火系统的高架仓库。本发明的一种地源储存CO2灭火系统，包括液态CO2储罐、喷嘴和控制系统，液态CO2储罐通过设置有控制阀的系统管路与喷嘴连接，液态CO2储罐设置于地下；控制系统包括传感器和中央控制器，传感器与中央控制器连接，中央控制器能够接收传感器的信号，并控制控制阀打开或关闭系统管路。其有益效果是：将CO2储罐设置在地下，确保了恒温，可以精确设计CO2储罐、系统管路以及阀门等设备的耐压系数，大大降低了生产成本、CO2储罐的保温成本。确保了CO2储罐恒温，安全性能高，非常适用于自动化仓库等大型建筑，以及计算机房、图书馆等不适合水消防的场所。

Description

一种地源储存CO2灭火系统及包含该灭火系统的高架仓库
技术领域
本发明涉及灭火系统领域，特别涉及一种地源储存CO2灭火系统及包含该灭火系统的高架仓库。
背景技术
近年来，随着经济形式的高速发展，火灾形式越来越严峻，各类场合突发性火灾越来越多，火灾规模越来越大，造成的损失也越来越高，特别是各种自动化仓库的防火形势很严峻，自动灭火系统逐渐成为人们关注的重点。传统的灭火形式主要有水、水喷雾、细水雾、超细干粉、负压式泡沫、气体等灭火系统。水喷雾灭火系统是在自动喷水灭火系统基础上发展起来的一种水灭火系统，可用在各种固体火灾和变压器火灾的场所。因其水滴不够细散，给火灾后的生产和恢复带来困难，另外由于灭火用水量较多，灾后排水困难。细水雾灭火系统是利用柱塞泵或N2为驱动力，使水流形成雾化颗粒以使火场温度迅速降低，加之水雾的冲击力以及水雾在燃烧物表面形成的水蒸气层而使火灾的发展速度受到控制。细水雾灭火系统是目前广泛用于钢铁冶金企业电缆隧道、电气室、地下室等场所的灭火系统。但是该系统存在对水源质量要求高、控制系统复杂、工程造价高等缺陷。超细干粉灭火剂把化学灭火的优势和物理灭火的优势有机结合起来，具有对有焰燃烧的化学抑制作用以及对热辐射的遮隔、冷却作用。超细干粉灭火剂既适用于相对封闭的空间，又适用于开放场所局部部位的灭火，灭火效率较高，但喷口温度较高，可能因复燃而发生二次火灾，同时因受药剂使用年限的影响，需要及时更换而增加投入资金。负压泡沫灭火装置是在负压式泡沫喷枪上通过喷射形式的负压吸力吸入空气，气、液混合后形成泡沫用于灭火，发泡倍数低，发泡效率低，水、泡沫液利用率低，浪费严重，对灭火所需的水源及动力系统要求高，灭火效果差。在气体灭火系统中，“哈龙”(卤代烷)被公认为有优良效果的灭火剂，但其对臭氧层破坏性很大(是氟里昂的3-10倍)。发达国家1994年淘汰“哈龙”之后，以大气中惰性气体作为灭火剂。为此，我国决定2010年前淘汰“哈龙”灭火剂，在重要场所强制实施以惰性气体灭火为主导的灭火系统，以确保重要场所的安全。
科研单位与企业的技术人员在不断地探索、研究，希望研制出一种性能优越的灭火系统，以降低火灾所造成的损失和降低建造灭火系统的成本，但在实际中仍然存在着尚未克服的技术难题。
目前市场上大型仓库基本上采用水消防系统，但存在着火灾后的生产和恢复困难、货物损失大等缺陷；计算机房、图书馆等小型场所也不适合采用水消防系统。经研究发现，目前的小型CO2灭火系统建设成本以及维护成本高，不适用于仓库等大型建筑。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种灭火速度快、成本低的地源储存CO2灭火系统。本发明的另一目的是提供一种包括地源储存CO2灭火系统的一体式自动化高架仓库。
本发明提供的一种地源储存CO2灭火系统，其技术方案是：
一种地源储存CO2灭火系统，包括液态CO2储罐、喷嘴和控制系统，液态CO2储罐通过设置有控制阀的系统管路与喷嘴连接，液态CO2储罐设置于地下；控制系统包括传感器和中央控制器，传感器与中央控制器连接，中央控制器能够接收传感器的信号，并控制控制阀打开或关闭系统管路。
优选地，液态CO2储罐埋设在冻土层以下。
优选地，CO2灭火系统包括防护区，传感器安装在防护区内，传感器是烟雾传感器和/或温度传感器。
优选地，液态CO2储罐上设置有压力检测装置和加液装置，压力检测装置包括安全阀和与安全阀连接的压力表，压力表与中央控制器连接；加液装置通过管道连接室外的二氧化碳压缩机。
优选地，控制系统是PLC控制系统。
优选地，控制系统包括可相互切换的自动控制模块、手动控制模块和应急操作控制模块；
正常情况下系统在自动控制模式下工作，自动检测火灾情况，一旦发现火灾，立即启动灭火系统灭火；
在特殊情况下或调试试验时利用手动模式启动灭火系统进行灭火；
应急操作控制模块包括设置在控制柜面板上的应急操作按钮，紧急情况下可以通过应急操作按钮启动灭火系统进行灭火。
优选地，控制阀包括电磁阀、角阀和截止阀。
优选地，CO2灭火系统还包括测量CO2浓度的CO2浓度检测器和监测CO2流量变化的CO2流量计。
优选地，喷嘴设置在防护区内，喷嘴开口向上，防护区的入口处设置二氧化碳喷放指示灯和氧气呼吸器。
本发明还提供了一种一体式自动化高架仓库，其技术方案是：
一种一体式自动化高架仓库，包括CO2灭火系统，CO2灭火系统是上述的一种地源储存CO2灭火系统。
优选地，高架仓库的总建筑面积大于4800平方米，仓库共分为2个以上的防火分区；液态CO2储罐的容积大于70m3，采用埋于地面冻土层以下的卧式储罐，液态CO2储罐的设计压力大于6.0MPa；系统管道采用无缝钢管；每间仓库在外侧面墙体上设置一个泄压口，安装高度在墙体高度的2/3以上，泄压口面积大于10.2m2；仓库入口处设置二氧化碳喷放指示灯；仓库入口处明显位置配备专用的空气呼吸器或氧气呼吸器。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明提供的一种地源储存CO2灭火系统，灭火速度快，特别是大大降低了建造成本。将CO2储罐设置在地下，确保了恒温，可以精确设计CO2储罐、系统管路、阀门等设备的耐压系数，大大降低了生产成本、CO2储罐的保温成本。确保了CO2储罐恒温，安全性能高，非常适用于自动化仓库等大型建筑，以及计算机房、图书馆等不适合水消防的场所。
本发明的一体式自动化高架仓库，降低了灭火系统的建造成本，维护成本，灭火后对货物基本没有二次伤害，特别适于在大型建筑中广泛推广。
附图说明
图1为本发明实施例的一种地源储存CO2灭火系统示意图
图2为本发明实施例的一种地源储存CO2灭火系统局部示意图
图3为本发明实施例的一种一体式自动化高架仓库的侧面示意图
图4为本发明实施例的一种一体式自动化高架仓库的地源储存CO2灭火系统的管道连接局部示意图
1、液态CO2储罐；2、喷嘴；3、系统管路；4、角阀；5、电磁阀；6、截止阀；7、压力表；8、CO2浓度检测器。
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
参见图1和图2所示，本实施例提供的一种地源储存CO2灭火系统，包括液态CO2储罐1、喷嘴2和控制系统，液态CO2储罐1通过系统管路3与喷嘴2连接，系统管路3中设置有控制阀，控制系统包括传感器和中央控制器，传感器与中央控制器连接，中央控制器能够接收传感器的信号，并控制控制阀打开或关闭系统管路3。系统管路3和液态CO2储罐1的设计压力为4～12MPa。特别的，液态CO2储罐1设置于地下，在存在冻土层的地域，从保温以及建设成本考虑，优选为设置在冻土层以下；液态CO2储罐1可以建一个地下室放置或者直接埋在土中。本实施例通过设计将液态CO2储罐安装在地下，由于CO2临界温度为31.06℃，而地面冻土层以下一般恒温在15℃左右，如此可以确保储罐内CO2的温度为15℃，保持二氧化碳为恒温的液态。现有的小型CO2灭火系统，CO2储罐设置于地面，难以确保恒温，随着温度的变化，CO2储罐以及系统管路3的压力也会变化，为了确保安全，需要加大管路的耐压系数，大大增加了建造成本，而且目前的CO2灭火系统根本不适用仓库等大型建筑。而本实施例将液态CO2储罐设置在地下，确保了恒温，可以精确设计CO2储罐、系统管路3、阀门等设备的耐压系数，大大降低了灭火系统的生产成本和液态CO2储罐的保温成本。本实施例提供的灭火系统确保了CO2储罐恒温，安全性能高，非常适用于自动化仓库等大型建筑，以及计算机房、图书馆等不适合水消防的场所。
CO2的自然含量高，来源广泛，成本低，价格便宜，对环境友好(ODP＝0，GWP＝1)，在常温常压下，二氧化碳为无色无味的气体，分子量为44.01，其比重约为空气的1.53倍。CO2化学性质不活泼，既不可燃，也不助燃，无毒。CO2是非常优质的灭火材料。
本实施例的工作原理是，若防护区发现火情，传感器发出报警信号，联动声光报警，这时CO2灭火系统的控制阀(本实施例优选电磁阀)打开，储存在CO2储罐内的CO2液体流经系统管道到达喷头喷射到防护区内，CO2在防护区内吸收大量热量蒸发成气体，即降低可燃物的着火点，大量的CO2气体又可以稀释防护区的空气，使可燃物没有足够氧气供应，从而达到灭火效果。灭火后启动排烟风机进行排烟，该灭火系统不会对防护区里的物品造成二次伤害。
优选地，CO2灭火系统包括防护区，传感器安装在防护区内，传感器是烟雾传感器和/或者温度传感器。参见图2所示，控制阀包括电磁阀5、角阀4和截止阀6，电磁阀5和截止阀6配合使用，确保了控制的安全性。喷嘴2设置在防护区内，喷嘴2开口向上，防护区的入口处设置二氧化碳喷放指示灯；入口的明显位置还配备有专用的空气呼吸器或氧气呼吸器。
优选地，每个防护区屋面设置一个排烟风机，灭火后启动排烟风机进行排烟。CO2灭火系统还包括测量防护区中CO2浓度的CO2浓度检测器8和监测CO2流量变化的CO2流量计，当灭火完毕后，检测CO2浓度达到安全等级后操作人员才可进入，根据CO2流量计统计的量还可以计算通风的时间。
参见图2所示，液态CO2储罐1上设置有压力检测装置和加液装置(图中未示出)，压力检测装置包括安全阀和与安全阀连接的压力表7和压力传感器，压力表7与中央控制器连接，压力表7随时检测CO2储罐内的压力，当压力过大时，通过阀门排除部分CO2泄压，当压力过小时，通过加液装置注入CO2加压，确保系统的有效运行。加液装置包括与液态CO2储罐1连接的管道，以及设置在管道中的截止阀6、电磁阀5和设置在室外的二氧化碳压缩机。系统管路3与CO2储罐的耐压系数可以相同或者不同，系统管路3的材料优选为20钢，系统管路3作了防腐处理，可以延长使用寿命。
控制系统包括可相互切换的自动控制模块、手动控制模块和应急操作控制模块；正常情况下系统在自动控制模式下工作，自动检测火灾情况，一旦发现火灾，立即启动灭火系统灭火；在特殊情况下或调试试验时利用手动模式启动灭火系统进行灭火；应急操作控制模块包括设置在控制柜面板上的应急操作按钮，紧急情况下可以通过应急操作按钮启动灭火系统进行灭火。三种控制模块可以通过触摸屏切换，也可以自动切换(例如，手动模式延时时自动切换为自动模式)。控制系统可以选择PLC控制系统。
依据上述CO2灭火系统作为设计模型，申请人自主设计研发，建造了一个实验仓库平台，用于试验CO2全淹没灭火系统的灭火效果。
1、试验方法
将浸过柴油的棉布，分别放置在3个圆形铁盒中，铁盒直径约为1米，铁盒高度10cm，均匀布置在仓库内距离地面高度约为1.4米的托架上，点燃，关闭仓库门窗，然后启动消防系统，向内喷射CO2，观察灭火时间和仓库内CO2浓度变化。
2、试验装置、设备及阀件
系统所需装置、设备及阀件详见下表：
2.1设计、投资建造一钢结构试验仓库，仓库外形尺寸长×宽×高为5×5×10(m)，库体采用岩棉板拼装而成。
2.2控制室及CO2储罐位于仓库正下方的地下室(冻土层以下)内。系统安装了安全阀、压力表7、压力传感器，实时监测系统压力的变化情况，若压力超高，安全阀将打开泄压，保护系统安全。
2.3系统设计5个喷嘴2，由下向上喷射CO2，喷嘴2安装距离地面高度约10cm。
3、试验过程
3.1向CO2储罐充注设计用量的CO2液体，充注完成后检查各个设备、阀件处于正常状态；将可燃物(浸过柴油的棉布)置于托架上。
3.2点燃可燃物，人员全部离开仓库，关闭仓库门窗。
3.3点击启动按钮，向仓库内喷射CO2液体。
3.4通过高清摄像头实时观察仓库内着火情况。
3.5通过PLC实时监测和记录CO2流量及仓库CO2浓度等试验数据，并以曲线的形式实时显示出来。
3.6通过PLC实时监测和记录CO2储罐压力变化。
4、试验结论
4.1由于CO2在试验仓库内吸收大量环境热量，降低了可燃物着火点温度，使可燃物停止燃烧。
4.2喷出的CO2稀释试验仓库内的空气，使可燃物得不到足够的氧气而熄灭。
4.3根据试验情况，火焰可在1分钟内熄灭，灭火速度快，并且无任何残留，保护了货物。
该试验系统经过多次试验，证明CO2全淹没灭火系统能够满足消防要求。
参见图3所示，本实施例还提供了一种包括CO2灭火系统的一体式自动化高架仓库，CO2灭火系统是上述的一种地源储存CO2灭火系统。本实施例中自动化高架仓库的总建筑面积为4817.15平方米，其中库房3978.04平方米，装卸区839.11平方米。仓库共分为2个防火分区，每个防火分区的净尺寸为(长×宽×高)：90×22×32米。仓库为自动化仓库，仓库内无操作人员，设计采用CO2全淹没灭火系统。根据设计，CO2储罐的容积为70m3，储存46577.6kg的CO2。由于CO2的临界温度较低，为31.06℃，临界压力较高，为7.3MPa。本实施例采用卧式储罐，埋于地面冻土层以下，根据15℃的地下恒温计算，确定储罐内CO2温度为15℃，对应的饱和压力为5.1MPa，考虑一定的安全性，确定CO2储罐的设计压力为6.0MPa。管路设计压力和阀门设计压力与储罐设计压力相同，均为6.0MPa。优选系统管道采用输送流体用无缝钢管，材质为20钢，压力等级PN6.4MPa。根据试验测得的数据，可选择2根的管道，焊接连接，管道做防腐处理。系统中所用阀门，承压不低于管道设计压力。每间仓库在外侧面墙体上设置一个泄压口，安装高度在墙体高度的2/3以上，泄压口面积为10.2m2。为达到安全要求，仓库入口处设置二氧化碳喷放指示灯。仓库入口处明显位置配备专用的空气呼吸器或氧气呼吸器。
选用的控制系统包括可相互切换的自动控制模块、手动控制模块和应急操作控制模块；正常情况下系统在自动控制模式下工作，自动检测火灾情况，一旦发现火灾，立即启动灭火系统灭火；在特殊情况下或调试试验时利用手动模式启动灭火系统进行灭火；应急操作控制模块包括设置在控制柜面板上的应急操作按钮，紧急情况下可以通过应急操作按钮启动灭火系统进行灭火。
本实施例的控制阀装置如图4所示，液态CO2的两个出液口分别与型号为DN250的截止阀6连接，然后与两个型号为DN350的电磁阀5连接，最后经系统管路3与设置在仓库内的喷头连接。液态CO2储罐上还设置有压力表7和泄压口。液态CO2储罐与室外的加液装置通过设置在管道中的电磁阀5、角阀4和截止阀6控制。图中DN(nominaldiameter)为公称直径，又称平均外径(meanoutsidediameter)，是各种管子与管路附件的通用口径。公称通径用字母“DN”后面紧跟一个数字标志。公称直径用公制mm表示。BAR为压强单位，1BAR约等于0.1MPa。
本实施例的一体式自动化高架仓库，降低了灭火系统的建造成本和维护成本，灭火后对货物基本没有二次伤害，特别适于在大型建筑中广泛推广。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种地源储存CO2灭火系统，包括液态CO2储罐、喷嘴和控制系统，其特征在于：所述液态CO2储罐通过设置有控制阀的系统管路与所述喷嘴连接，所述液态CO2储罐设置于地下；所述控制系统包括传感器和中央控制器，所述传感器与所述中央控制器连接，所述中央控制器能够接收所述传感器的信号，并控制所述控制阀打开或关闭所述系统管路。
2.根据权利要求1所述的一种地源储存CO2灭火系统，其特征在于：所述液态CO2储罐埋设在冻土层以下。
3.根据权利要求1所述的一种地源储存CO2灭火系统，其特征在于：所述CO2灭火系统包括防护区，所述传感器安装在所述防护区内，所述传感器是烟雾传感器和/或温度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种地源储存CO2灭火系统，其特征在于：所述液态CO2储罐上设置有压力检测装置和加液装置，所述压力检测装置包括安全阀和与安全阀连接的压力表，所述压力表与所述中央控制器连接；所述加液装置通过管道连接室外的二氧化碳压缩机。
5.根据权利要求1所述的一种地源储存CO2灭火系统，其特征在于：所述控制系统是PLC控制系统。
6.根据权利要求1～5任一所述的一种地源储存CO2灭火系统，其特征在于：所述控制系统包括可相互切换的自动控制模块、手动控制模块和应急操作控制模块；
正常情况下系统在自动控制模式下工作，自动检测火灾情况，一旦发现火灾，自动启动灭火系统灭火；
在特殊情况下或调试试验时利用手动模式启动灭火系统进行灭火；
应急操作控制模块包括设置在控制柜面板上的应急操作按钮，紧急情况下可以通过应急操作按钮启动灭火系统进行灭火。
7.根据权利要求1所述的一种地源储存CO2灭火系统，其特征在于：所述控制阀包括电磁阀、角阀和截止阀。
8.根据权利要求1或6所述的一种地源储存CO2灭火系统，其特征在于：所述CO2灭火系统还包括测量CO2浓度的CO2浓度检测器和监测CO2流量变化的CO2流量计。
9.根据权利要求3所述的一种地源储存CO2灭火系统，其特征在于：所述喷嘴设置在防护区内，所述喷嘴开口向上，所述防护区的入口处设置有二氧化碳喷放指示灯和氧气呼吸器。
10.一种一体式自动化高架仓库，其特征在于：包括CO2灭火系统，所述CO2灭火系统是权利要求1～9任一所述的一种地源储存CO2灭火系统。
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