【摘要】通过对轧机工艺火灾特点的研究与分析, 研制出了灵敏可靠的轧机 CO2 自动灭火系统, 在实际工程中也得到了广泛的应用。着重介绍了轧机 CO2 自动灭火系统的特点、保护范围、设计原则、控制功能等 , 并通过模拟试验、研制出抗干扰性极强的元器件, 最大程度的保证轧机 CO2 自动灭火系统的灵敏可靠性。

　　轧机是有色金属压延的关键性设备, 随着现代化生产的要求, 轧机的轧制速度和自动化程度越来越高, 轧机本身的价值和作用价值也越来越多, 而在轧机的使用环境中, 由于高速磨擦和静电等的作用, 再加上油蒸汽的条件, 极易造成起火, 直接威胁着轧机的安全生产。

　　由于轧机在高速轧制过程采用窄馏份的煤油作为工艺润滑油冷却的基础油, 其比例通常超过总量的 90%。由于轧制工艺的需要, 上述工艺冷却液通常加热到 30℃~55℃, 在这样温度下, 必然产生大量的油蒸汽, 一旦遇到火源, 如运动部位发热, 静电及断带打火等, 极易引起火灾。轧机外围设备如工艺润滑站、板式过滤器、液压站、阀组区等也是极易发生火灾和火灾后必须保护的设备。

　　同时, 建筑构件、轧机本体、地沟以及排烟系统中聚集的残油也能导致对轧机及其电气和液压系统有严重损害后果的火灾。所有不可控制火灾都可能导致对轧机、建筑构件、房顶和附近的其它设备造成严重损害。

　　因此设置灵敏可靠的轧机 CO2 自动灭火系统, 是非常必要的。

　　2系统设计

　　2.1 系统设计需遵循原则

　　( 1) 根据国家标准《二氧化碳灭火系统设计规范》

　　GB50193- 93;

　　( 2) 根据轧机轧制工艺起火特点, 进行设备元器件的研究

　　( 3) 根据轧机轧制工艺环境, 工艺条件, 进行焰源分析;

　　( 4) 根据轧机轧制工艺环境, 起火部位, 进行施工设计;

　　( 5) 根据轧机工业场合的恶劣条件, 采取各种抗干扰措施;

　　( 6) 为了避免灭火剂在管道内形成干冰堵塞, 采用设计软件对低压系统管路走向、弯头及变径的使用、喷头的布置等进行优化设计, 并进行仿真模拟喷放试验。专用 CO2 软件的设计计算以下列公式为基础:

　　①管道流量计算

　　管道支管流量依干管流量按分配计算, 干管流量应按下式计算:

　　Qo=M/t 式中 Qo-干管流量, kg/min。

　　②管道内径确定

　　管道内径可按下式计算:

　　D=Kd&Q 式中 D-管道内径, mm; Kd-管径系数, 取值范围 1.41~3.78; Q-管道设计流量, kg/min。

　　③管道计算长度

　　管道计算长度应按下式计算:

　　L=Ly+Lj Lj=f(D)

　　式中: L-管道计算长度, mm; Ly-管道实际长度, m; Lj-管道附件当量长度, m。

　　2.2 设计范围及保护对象

　　轧机二氧化碳自动灭火系统一般保护轧机下列区域:

　　第 6 期 薄春辉: 轧机二氧化碳自动灭火系统的设计与应用 - 213-

　　( 1) 轧机保护区( 包括轧机机架、轧机罩、地坑、开卷沟、卷取沟、轴承座, 抽辊沟) ;

　　( 2) 工艺油库防护区( 包括油箱、泵站等) ;

　　( 3) 工艺润滑地下室防护区;

　　( 4) 油雾净化及排烟道保护区( 包括油雾净化装置、排烟道、烟囱) ;

　　( 5) 过滤机保护区( 包括过滤机本体、搅拌桶、纸卷贮存

　　区) ;

　　( 6) 地沟防护区;

　　( 7) 电缆沟防护区;

　　( 8) 电气控制室及计算机控制室。

　　2.3 系统功能

　　( 1) 自动监测火情, 自动进行火灾声、光报警;

　　( 2) 显示火灾区域和部位, 自动记录火警时间;

　　( 3) 单路预报警, 双路确认( 复合火警) 联动灭火;

　　( 4) 有自动, 手操电动和手动灭火三种方式;

　　( 5) 全淹没区域具有疏散延时。延时期间有紧急停喷按钮;

　　( 6) 有断电、断线故障报警功能;

　　( 7) 有 CO2 系统接点和各区火警辅助接点输出;

　　( 8) 有备用电源保证 24 小时停电时系统能正常工作;

　　2.4 系统组成

　　( 1) 火灾探测报警系统;

　　( 2) 自动控制灭火系统;

　　( 3) CO2 储存装置;

　　( 4) 主阀、选择阀等控制及释放系统;

　　( 5) 灭火剂释放管路及喷头。

　　2.6 灭火控制方式

　　系统具有自动、手操电动( 即手动消防按钮电动控制) 和手动控制( 包括气动手动和机械应急手动) 灭火三种操作方式。

　　2.6.1 自动灭火

　　当保护区中任意一个探测器检测到火情时发出声报警信号 ( 预报警) , 通知现场工作人员迅速离开现场, 此时不喷放 CO2, 当另一个相邻感温探测器也动作时, 则构成复合火警( 既火灾确认) , 系统发出火灾声光报警信号, 发出联动指令并通过轧

　　机系统实现切断主电源, 关闭所有防火闸门及通风设备, 停供轧

　　制油等连锁操作, 经过一段延时时间 ( 只有全淹没保护区有延时) , 打开电磁阀释放启动气体, 开启相应区的选择阀及主阀实

　　现自动灭火。对于低压二氧化碳灭火系统而言, 到预设定的灭火

　　时间后主阀关闭, 经过延时后选择阀关闭。

　　2.6.2 手操电动灭火

　　轧机设备的各保护区在灭火控制柜上分别设有手动急启

　　按钮, 同时各保护区在操作人员便于操作的地方( 如主、副操作

　　台) 分别设有手动急启按钮, 该急启按钮在没有火灾报警的情况下, 当操作者发现火灾时, 启动对应区的急启按钮, 系统发出火

　　灾声光报警信号, 发出联动指令并通过轧机系统实现切断主电源, 关闭所有防火闸门及通风设备, 停供轧制油等连锁操作, 经过一段延时时间( 只有全淹没保护区有延时) , 打开电磁阀释放

　　启动气体, 开启相应区的选择阀及主阀实现自动灭火。对于低压二氧化碳灭火系统而言, 到预设定的灭火时间后主阀关闭, 经过延时后选择阀关闭。

　　在正常情况下, 自动控制释放出的 CO2 量足以扑灭保护区

　　的火灾。如果一次未能全部灭火, 可按下该保护区二次手操电动按钮, 继续向该保护区释放二氧化碳, 直到将火灾扑灭。

　　对低压二氧化碳灭火系统而言还设有紧急止喷按钮, 喷放

　　过程中如果发现火灾已经被扑灭, 按下紧急止喷按钮或者储罐

　　控制柜上的主阀关闭键, 灭火剂可马上停止喷放。

　　2.6.3 手动控制(包括气动手动和机械应急手动)

　　当保护区发生火情, 自动和手操电动系统均失灵时, 应通知有关人员撤离现场, 关闭联动设备,

　　气动手动: 对于低压二氧化碳自动灭火系统, 直接打开电

　　磁阀手柄即可打开相应保护区选择阀及主阀, 实施灭火; 对于高

　　压二氧化碳自动灭火系统, 直接打开启动瓶电磁阀手柄即可打开相应保护区选择阀及相应灭火瓶组瓶头阀, 实施灭火。

　　机械应急手动: 对于低压二氧化碳自动灭火系统, 手动打开相应保护区的选择阀, 再打开主阀, 即可释放 CO2 实施灭火。对于高压二氧化碳自动灭火系统, 手动打开相应保护区的选择

　　阀, 再打开相应灭火瓶组瓶头阀, 实施灭火。

　　2.7 系统设备元器件的研究试验

　　No.6 - 214- 机械设计与制造 Jun.2007

　　在设计电气控制系统时, 我们充分考虑到轧机现场的恶劣环境和高可靠性要求。轧机设备现场有许多干扰源, 如大功率直流电机的启动、红外线、紫外线、热源、粉尘、油雾等, 针对这些干扰源, 我们进行了大量的研究与试验, 研制出抗干扰性极强的产品。在进行喷嘴系统设计时, 根据轧机起火部位和特点, 设计出不同形式的喷头, 同时在实验室中模拟轧机现场管路走向、喷头布置, 进行点火试验, 进行最优化设计, 针对轧机不同部位设置不同结构形式的喷头( 如排烟罩中使用定向喷头和平面喷头, 轧机集油盘和开卷、卷曲沟起火部位使用小角度喷头) , 保证了灭火系统及时、有效的进行灭火。

　　3应用实例

　　有色及黑色轧机工艺火灾发生频繁, 使用自动 CO2 灭火系统经济、高效, 对设备无损害。最为显著的如: 为华北铝业有限公司所引进 Mitsubishi Hitachi 1850 冷轧机所配备的低压 CO2 灭火系统, 共扑灭轧机火灾 11 次, 起火后最快一次恢复生产仅用了

　　42 分钟。得到了用户的好评。

　　4结束语

　　用于有色、黑色金属加工的轧机工作环境和生产环境都比较复杂, 发生火灾的影响因素较多, 且规律性不强, 各有特点。因此, 在灭火系统的设计中, 不仅要考虑全面、仔细, 同时要对轧机的轧制工艺和起火原因特别清楚。通过我们对轧机起火原因的分析和试验, 成功的将高压和低压二氧化碳自动灭火系统应用于有色及黑色轧机上, 替代进口、填补了国内空白, 达到了国外先进水平,并广泛的应用于各种工业环境。