苏鸣宙 吴碧云

上汽大众汽车有限公司安亭汽车二厂 上海市 201805

1 引言

在生产车间中，打磨灰尘、焊接烟尘等粉尘均为可燃物，由吸风系统进行收集。其中，由于激光焊烟尘量大、焊接温度高的特点，激光焊风机的粉尘收集率高，常常造成过滤网堵塞，极大增加了火灾、火警时间的风险。吸风系统的有效运行与车间的生产安全、工作人员的生命安全息息相关，激光焊风机是吸风系统的重要组成部分。特别是，公司规划部门制定《激光焊消防设施配置标准（20190630）》，进一步对激光焊风机消防防护提出了更高要求。因此，在激光焊风机中配置自主灭火系统，保证车间吸风系统能够稳定、高效、安全、可控的运行具有重要意义。

2 激光焊风机自主灭火系统的方案设想

2.1 车间现状

现阶段，车间中的激光焊风机处于“零监控”状态，一旦发生自燃、阴燃等情况，如未得到及时、有效的处置，后果不堪设想。例如，在某次安全排查中发现，风机过滤箱中存在一个滤筒发生阴燃，周围三个滤筒已经被熏黑的情况。车间现场上被熏黑的斑驳的墙壁，正无声的宣示着风机系统“零监控”状态的风险与隐患，车间风机的消防防护工作较为被动，亟待进一步优化和改造。

2.2 市场现有改进设备

经调研，现有的激光焊风机可以选配二氧化碳自动灭火装置，配备3.5kg的灭火剂，达到对火灾能够自主监控的效果。同时，该设备也存在一定的短板，一是设备费用投入和维护成本高，每台费用约3.5万元，且每次险情另付140元处理费以及部分维护费用，使用寿命为10年；二是灭火失效短，长期高温和大量的可燃物，极可能发生复燃事件；三是火情部分可控，灭火剂仅为3.5kg，如火势较大、燃烧范围较广则难以控制。

2.3 基于惰性气体的激光焊风机自主灭火系统

经研究现有风机的电路结构，作者对现有设备进行了优化改造，一是引入温感系统，实时监控风机设备的机体表面温度；二是引入声光报警系统，当机体表面温度高于警报阈值时，驱动声光报警；三是引入电磁阀和继电器，温度达到阈值后，驱动电磁阀接入惰性气体，驱动继电器断开风机电源。利用惰性气体比重重于空气的特点，通过窒息灭火法，降低燃烧物周围氧气浓度从未起到灭火效果，且气体供应持久，可以完全控制火势进展，达到主动控制、完全可控的效果。

3 激光焊风机自主灭火系统的实验验证

3.1 惰性气体

气体灭火系统通常是指灭火剂以液体、液化气或者纯气体状态存储处于压力罐中，在使用时以气雾状态喷射作为灭火介质，达到隔绝氧气、阻断燃烧条件的灭火系统，具有绿色环保、无二次分解物、灭火保护时间长、价格低廉等优点。在消防工作中，常见的惰性气体为氩气、氮气、二氧化碳等阻止燃烧反应发生的气体或液体。在本次试验中，作者选取了80%氩气和20%二氧化碳的混合物作为实验气体。

3.2 实验设计

为验证惰性气体混合物在不同燃烧物燃烧状态的抑制速度和抑制效果，实验分别设置了4组对照物，选取了燃烧的乙醇（99.5%）作为样本一，模拟明火；燃烧的木炭作为样本二，模拟板结成块的粉尘；燃烧的蚊香作为样本三，模拟阴燃的粉尘；燃烧的无纺布作为样本四，模拟其他可燃异物。在燃烧开始后，注入惰性气体，分别检测四组样本在15秒、10分钟、13分钟后的燃烧状态和燃烧温度，以及在脱离实验环境后，四组样本的复燃情况。

3.3 实验结论

实验开始，四组样本均处于燃烧状态，温度高于32度，发出温度警报；持续注入惰性气体15秒后，燃烧的乙醇（样本一）和燃烧的无纺布（样本四）熄灭，燃烧的木炭（样本二）和燃烧的蚊香（样本三）依旧处于烧红状态；7分40秒后，四组样本均处于熄灭状态且已无余温。

需要说明的是，为了保障实验的可视性，本次实验所用的混合气体压力为0.05mpa，实际工作中最大压强为0.3mpa，是实验的6倍。理论上，灭火效果应为达到现在灭火水平的6倍。

3.4 实验结论

从整个实验过程来看，15秒后明火熄灭；117秒后，燃烧反应均得到有效抑制，放热反应及温度呈下降趋势；7分40秒后，燃烧样本均熄灭，实验温度回归正常。脱离实验环境后（充分暴露在空气中），四组样本仍然具有可燃性，且均没有复燃，充分证明四组样本已完全处于熄灭状态。

实验可以充分证明，惰性混合气体可快速熄灭明火、抑制燃烧进展，有效阻止阴燃事件发生。

表1 四组样本燃烧情况表

4 激光焊风机自主灭火系统的经济效益

4.1 现状及引入现有设备的成本测算

在企业生产中，安全和效益均是决定企业是否盈利的关键因素。按照国家有关消防要求及公司战略部署，改善现阶段车间激光焊风机消防防护水平势在必行。现阶段，激光焊风机消防系统处于“零防护”状态，缺乏实时有效的安全监控，一旦发生火灾事件，轻则造成设备资产损失，重则造成人员伤亡，损失无法估计。

为解决上述问题，从根源上杜绝火灾事件发生，作者对现生产所用的激光焊风机进行充分研究，并对市场设备详细调研，现有吸风设备可以选装二氧化碳自动灭火装置：平均每年使用成本约3528元。

该设备可实现功能：一是带温度探测，检测腔体内部温度变化进行灭火；二是带有声光报警系统，并可手动释放。从工作实际出发，该设备存在以下风险点：一是火情控制能力受二氧化碳灭火剂量影响，灭火持久力较弱，仅可在短时间内控制火情蔓延；二是缺乏风机电源阻断装置，无法从根源上解决问题。针对该设备的功能及局限性，作者使用现有元件设备对激光焊风机进行升级改造。

图1 某二氧化碳自动灭火装置

4.2 激光焊风机自主灭火系统的改造方案设计和实施使用

本着利旧优化、节约成本的原则，为实现温度监控、高温报警、自动断电、自动输气灭火等功能，作者按照图2示意图，充分利用自主加工、网络、车间拆卸旧物等，准备了24V变压器、贴片式温度传感器、温度控制器、继电器、电磁阀、声光报警灯、专用气接头、电气柜箱、单次灭火用气等设备装置，对激光焊电机自主灭火系统进行实现，并进行安装调试。

图2 激光焊风机自主灭火系统示意图

现激光焊风机自主灭火系统整机已完成安全及调试，并投入使用。实体如图3所示。设备共分为五个模块，如光标所示，图标1是惰性气体注入口接入由PLC控制，PLC与温度传感器连接，当温度高于32摄氏度时，驱动电磁阀惰性气体入口打开；图标2是温度传感器，32摄氏度为警报阈值；图标3是电磁阀与PLC，是主要控制模块；图标4是声光报警灯，一旦温度高于32摄氏度，声光报警灯响；图标5是继电器断路开关，温度高于32摄氏度，PLC驱动继电器断路开关打开，切断风机工作供电。

图3 激光焊风机自主灭火系统实物图

4.3 激光焊风机自主灭火系统的经济测算

系统的实现成本是能否投入量化使用的关键。考虑到企业设备更新换代快的特点，许多老旧的零部件依然能够正常使用，作者充分利用现有资源，改造实现了激光焊风机自主灭火系统，设备投入成本详见表2。

表2 激光焊风机自主灭火系统投入设备成本测算

从上表可以看出，投入成本中仅有“灭火用气”为变量，作者对单次用气成本进行测算， 根据现有的惰性气体灭火标准，混合气体不属于常规的灭火气体，同时，为便于计算，本次测算先按照氩气灭火进行测算，再根据混合气体比例构成测算混合气体总用量。具体如下。

实际灭火对象主要为焊渣、金属化合物及灰尘等，按照现行国家标准GB4968-85《火灾分类》的规定，属于固体物质类火灾，可以定义为A类火灾，药量灭火浓度按照36.2%计算。假设，灭火药剂气体为匀速流入，则用药剂量的计算公式：

其中：

为保护区环境温度；

为0.56119在每1013米内；

为0.00205在每1013米内；

为药剂灭火浓度；

为保护区体积；

为药剂用量。

在工作环境中中，V为1.03平米，T为25摄氏度，C为36.2，为0.56119；为0.00205，代入公式后为：

根据上述公式可得出Q为0.745kg。按照80%氩气和20%二氧化碳的混合气体比例，则混合气体总需求为0.931kg，其中，氩气占0.745kg，二氧化碳占0.186kg。经换算，单次灭火所需混合气体约0.346立方米。经调研了解，每立方米混合气体售价为3.83元，则单次灭火气体费用约1.32元。

综上，激光焊风机自主灭火系统具备可长时间工作、完全可监控的明显优势，且经济成本低廉，完全兼顾企业的经济效益和安全需求。

5 结语

风机系统承担整个车间的空气除尘净化工作，特别是激光焊风机是重中之重，风机系统的安全运转是保证工作和工作人员安全的关键。随着国家和企业对安全生产的关注和重视，在高效的前提下，节约资源、压缩成本、自主创新，充分体现了企业一线工作者严谨认真的工作态度、求真务实的钻研精神和敢想敢干的工作热情。本文提出的激光焊风机自主灭火系统既保证风机系统及各项工作的运行安全，又极大程度的压缩了设备投入成本，最终创新性的解决了实际工作困难，实现了火灾的自主监控、完全可控。