蘇鳴宙 吳碧云

上汽大眾汽車有限公司安亭汽車二廠 上海市 201805

1 引言

在生產(chǎn)車間中，打磨灰塵、焊接煙塵等粉塵均為可燃物，由吸風系統(tǒng)進行收集。其中，由于激光焊煙塵量大、焊接溫度高的特點，激光焊風機的粉塵收集率高，常常造成過濾網(wǎng)堵塞，極大增加了火災、火警時間的風險。吸風系統(tǒng)的有效運行與車間的生產(chǎn)安全、工作人員的生命安全息息相關，激光焊風機是吸風系統(tǒng)的重要組成部分。特別是，公司規(guī)劃部門制定《激光焊消防設施配置標準（20190630）》，進一步對激光焊風機消防防護提出了更高要求。因此，在激光焊風機中配置自主滅火系統(tǒng)，保證車間吸風系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、高效、安全、可控的運行具有重要意義。

2 激光焊風機自主滅火系統(tǒng)的方案設想

2.1 車間現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，車間中的激光焊風機處于“零監(jiān)控”狀態(tài)，一旦發(fā)生自燃、陰燃等情況，如未得到及時、有效的處置，后果不堪設想。例如，在某次安全排查中發(fā)現(xiàn)，風機過濾箱中存在一個濾筒發(fā)生陰燃，周圍三個濾筒已經(jīng)被熏黑的情況。車間現(xiàn)場上被熏黑的斑駁的墻壁，正無聲的宣示著風機系統(tǒng)“零監(jiān)控”狀態(tài)的風險與隱患，車間風機的消防防護工作較為被動，亟待進一步優(yōu)化和改造。

2.2 市場現(xiàn)有改進設備

經(jīng)調研，現(xiàn)有的激光焊風機可以選配二氧化碳自動滅火裝置，配備3.5kg的滅火劑，達到對火災能夠自主監(jiān)控的效果。同時，該設備也存在一定的短板，一是設備費用投入和維護成本高，每臺費用約3.5萬元，且每次險情另付140元處理費以及部分維護費用，使用壽命為10年；二是滅火失效短，長期高溫和大量的可燃物，極可能發(fā)生復燃事件；三是火情部分可控，滅火劑僅為3.5kg，如火勢較大、燃燒范圍較廣則難以控制。

2.3 基于惰性氣體的激光焊風機自主滅火系統(tǒng)

經(jīng)研究現(xiàn)有風機的電路結構，作者對現(xiàn)有設備進行了優(yōu)化改造，一是引入溫感系統(tǒng)，實時監(jiān)控風機設備的機體表面溫度；二是引入聲光報警系統(tǒng)，當機體表面溫度高于警報閾值時，驅動聲光報警；三是引入電磁閥和繼電器，溫度達到閾值后，驅動電磁閥接入惰性氣體，驅動繼電器斷開風機電源。利用惰性氣體比重重于空氣的特點，通過窒息滅火法，降低燃燒物周圍氧氣濃度從未起到滅火效果，且氣體供應持久，可以完全控制火勢進展，達到主動控制、完全可控的效果。

3 激光焊風機自主滅火系統(tǒng)的實驗驗證

3.1 惰性氣體

氣體滅火系統(tǒng)通常是指滅火劑以液體、液化氣或者純氣體狀態(tài)存儲處于壓力罐中，在使用時以氣霧狀態(tài)噴射作為滅火介質，達到隔絕氧氣、阻斷燃燒條件的滅火系統(tǒng)，具有綠色環(huán)保、無二次分解物、滅火保護時間長、價格低廉等優(yōu)點。在消防工作中，常見的惰性氣體為氬氣、氮氣、二氧化碳等阻止燃燒反應發(fā)生的氣體或液體。在本次試驗中，作者選取了80%氬氣和20%二氧化碳的混合物作為實驗氣體。

3.2 實驗設計

為驗證惰性氣體混合物在不同燃燒物燃燒狀態(tài)的抑制速度和抑制效果，實驗分別設置了4組對照物，選取了燃燒的乙醇（99.5%）作為樣本一，模擬明火；燃燒的木炭作為樣本二，模擬板結成塊的粉塵；燃燒的蚊香作為樣本三，模擬陰燃的粉塵；燃燒的無紡布作為樣本四，模擬其他可燃異物。在燃燒開始后，注入惰性氣體，分別檢測四組樣本在15秒、10分鐘、13分鐘后的燃燒狀態(tài)和燃燒溫度，以及在脫離實驗環(huán)境后，四組樣本的復燃情況。

3.3 實驗結論

實驗開始，四組樣本均處于燃燒狀態(tài)，溫度高于32度，發(fā)出溫度警報；持續(xù)注入惰性氣體15秒后，燃燒的乙醇（樣本一）和燃燒的無紡布（樣本四）熄滅，燃燒的木炭（樣本二）和燃燒的蚊香（樣本三）依舊處于燒紅狀態(tài)；7分40秒后，四組樣本均處于熄滅狀態(tài)且已無余溫。

需要說明的是，為了保障實驗的可視性，本次實驗所用的混合氣體壓力為0.05mpa，實際工作中最大壓強為0.3mpa，是實驗的6倍。理論上，滅火效果應為達到現(xiàn)在滅火水平的6倍。

3.4 實驗結論

從整個實驗過程來看，15秒后明火熄滅；117秒后，燃燒反應均得到有效抑制，放熱反應及溫度呈下降趨勢；7分40秒后，燃燒樣本均熄滅，實驗溫度回歸正常。脫離實驗環(huán)境后（充分暴露在空氣中），四組樣本仍然具有可燃性，且均沒有復燃，充分證明四組樣本已完全處于熄滅狀態(tài)。

實驗可以充分證明，惰性混合氣體可快速熄滅明火、抑制燃燒進展，有效阻止陰燃事件發(fā)生。

表1 四組樣本燃燒情況表

4 激光焊風機自主滅火系統(tǒng)的經(jīng)濟效益

4.1 現(xiàn)狀及引入現(xiàn)有設備的成本測算

在企業(yè)生產(chǎn)中，安全和效益均是決定企業(yè)是否盈利的關鍵因素。按照國家有關消防要求及公司戰(zhàn)略部署，改善現(xiàn)階段車間激光焊風機消防防護水平勢在必行?，F(xiàn)階段，激光焊風機消防系統(tǒng)處于“零防護”狀態(tài)，缺乏實時有效的安全監(jiān)控，一旦發(fā)生火災事件，輕則造成設備資產(chǎn)損失，重則造成人員傷亡，損失無法估計。

為解決上述問題，從根源上杜絕火災事件發(fā)生，作者對現(xiàn)生產(chǎn)所用的激光焊風機進行充分研究，并對市場設備詳細調研，現(xiàn)有吸風設備可以選裝二氧化碳自動滅火裝置：平均每年使用成本約3528元。

該設備可實現(xiàn)功能：一是帶溫度探測，檢測腔體內部溫度變化進行滅火；二是帶有聲光報警系統(tǒng)，并可手動釋放。從工作實際出發(fā)，該設備存在以下風險點：一是火情控制能力受二氧化碳滅火劑量影響，滅火持久力較弱，僅可在短時間內控制火情蔓延；二是缺乏風機電源阻斷裝置，無法從根源上解決問題。針對該設備的功能及局限性，作者使用現(xiàn)有元件設備對激光焊風機進行升級改造。

圖1 某二氧化碳自動滅火裝置

4.2 激光焊風機自主滅火系統(tǒng)的改造方案設計和實施使用

本著利舊優(yōu)化、節(jié)約成本的原則，為實現(xiàn)溫度監(jiān)控、高溫報警、自動斷電、自動輸氣滅火等功能，作者按照圖2示意圖，充分利用自主加工、網(wǎng)絡、車間拆卸舊物等，準備了24V變壓器、貼片式溫度傳感器、溫度控制器、繼電器、電磁閥、聲光報警燈、專用氣接頭、電氣柜箱、單次滅火用氣等設備裝置，對激光焊電機自主滅火系統(tǒng)進行實現(xiàn)，并進行安裝調試。

圖2 激光焊風機自主滅火系統(tǒng)示意圖

現(xiàn)激光焊風機自主滅火系統(tǒng)整機已完成安全及調試，并投入使用。實體如圖3所示。設備共分為五個模塊，如光標所示，圖標1是惰性氣體注入口接入由PLC控制，PLC與溫度傳感器連接，當溫度高于32攝氏度時，驅動電磁閥惰性氣體入口打開；圖標2是溫度傳感器，32攝氏度為警報閾值；圖標3是電磁閥與PLC，是主要控制模塊；圖標4是聲光報警燈，一旦溫度高于32攝氏度，聲光報警燈響；圖標5是繼電器斷路開關，溫度高于32攝氏度，PLC驅動繼電器斷路開關打開，切斷風機工作供電。

圖3 激光焊風機自主滅火系統(tǒng)實物圖

4.3 激光焊風機自主滅火系統(tǒng)的經(jīng)濟測算

系統(tǒng)的實現(xiàn)成本是能否投入量化使用的關鍵?？紤]到企業(yè)設備更新?lián)Q代快的特點，許多老舊的零部件依然能夠正常使用，作者充分利用現(xiàn)有資源，改造實現(xiàn)了激光焊風機自主滅火系統(tǒng)，設備投入成本詳見表2。

表2 激光焊風機自主滅火系統(tǒng)投入設備成本測算

從上表可以看出，投入成本中僅有“滅火用氣”為變量，作者對單次用氣成本進行測算， 根據(jù)現(xiàn)有的惰性氣體滅火標準，混合氣體不屬于常規(guī)的滅火氣體，同時，為便于計算，本次測算先按照氬氣滅火進行測算，再根據(jù)混合氣體比例構成測算混合氣體總用量。具體如下。

實際滅火對象主要為焊渣、金屬化合物及灰塵等，按照現(xiàn)行國家標準GB4968-85《火災分類》的規(guī)定，屬于固體物質類火災，可以定義為A類火災，藥量滅火濃度按照36.2%計算。假設，滅火藥劑氣體為勻速流入，則用藥劑量的計算公式：

其中：

為保護區(qū)環(huán)境溫度；

為0.56119在每1013米內；

為0.00205在每1013米內；

為藥劑滅火濃度；

為保護區(qū)體積；

為藥劑用量。

在工作環(huán)境中中，V為1.03平米，T為25攝氏度，C為36.2，為0.56119；為0.00205，代入公式后為：

根據(jù)上述公式可得出Q為0.745kg。按照80%氬氣和20%二氧化碳的混合氣體比例，則混合氣體總需求為0.931kg，其中，氬氣占0.745kg，二氧化碳占0.186kg。經(jīng)換算，單次滅火所需混合氣體約0.346立方米。經(jīng)調研了解，每立方米混合氣體售價為3.83元，則單次滅火氣體費用約1.32元。

綜上，激光焊風機自主滅火系統(tǒng)具備可長時間工作、完全可監(jiān)控的明顯優(yōu)勢，且經(jīng)濟成本低廉，完全兼顧企業(yè)的經(jīng)濟效益和安全需求。

5 結語

風機系統(tǒng)承擔整個車間的空氣除塵凈化工作，特別是激光焊風機是重中之重，風機系統(tǒng)的安全運轉是保證工作和工作人員安全的關鍵。隨著國家和企業(yè)對安全生產(chǎn)的關注和重視，在高效的前提下，節(jié)約資源、壓縮成本、自主創(chuàng)新，充分體現(xiàn)了企業(yè)一線工作者嚴謹認真的工作態(tài)度、求真務實的鉆研精神和敢想敢干的工作熱情。本文提出的激光焊風機自主滅火系統(tǒng)既保證風機系統(tǒng)及各項工作的運行安全，又極大程度的壓縮了設備投入成本，最終創(chuàng)新性的解決了實際工作困難，實現(xiàn)了火災的自主監(jiān)控、完全可控。