GE燃气轮机低压CO2灭火保护系统

GE 燃气轮机低压 CO2 灭火保护系统1 总述1.1 简介本手册包括 Cardox D53597（4 吨） ，D53598 （ 6 吨）和 D53599（8 吨）系列与D53606（8 吨） ，D53535（10 吨）系列低压 CO2 储存装置的运行与维护说明。这些装置容量有 4，6，8，10 吨（3628，5443，7257，9071kgs） 。1 到 6 的装置没有底部的吊耳。7到 12 组装置有四个吊耳/轨枕。这些装置由 USA MATTESSON CHEMETRON 灭火系统公司制造。图 1 是典型的装置。1.2 储存的目的低压储存装置设计用来提供-18和 300psig 压力的 CO2，用于灭火系统和清吹系统。CO2CO2 在大气中以气体的形式存在，它是燃烧的产物，许多商业和工业也产生 CO2。CO2 用于扑灭可燃液体、气体、电气设备的着火和普通可燃物例如纸、布和其它薄膜材料着火已很多年了。CO2 对大多数可燃物都有效，除了一些活性金属和金属氢化物，象含氧硝酸纤维素等物质。CO2 进一步的限制与使用方法和危险物本身所施加的限制有关。1.2.1 物理和化学性质CO2 由一个碳原子和两个氧原子组成，分子量 44。在室温和压力下，CO2 是气体。过热CO2 蒸汽的密度大约是相同压力和温度下空气密度的 1.5 倍。CO2 加压冷却后，很容易液化，进一步加压冷却它能变成固体。图 1-2 所示的是密封容器中加压的 CO2 受温度变化的影响。压力和温度的变化影响 CO2 物理状态。临界温度 87.8F（31）之上，无论压力多少，它完全是气体。在密封容器中，温度介于 87.8F（31）和三相点温度-69.9F（-56.6）之间，它部分是液体，部分是气体。在三相点温度之下，CO2 是固体还是气体，取决于压力和温度。在-69.9F（ -56.6）与临界温度 87.8F（31）之间的曲线，密封容器中 CO2 可能是气体或是液体。只要气液体两相共存，压力与温度有关。随着压力和温度的升高，气相密度增加，而液相密度减小。在 87.8F（31）时气相的密度等于液相的密度，两相之间清楚的界限消失。在临界温度之上，高压 CO2 只以气态存在。在 75psia（517kPa）时，温度降低到-69.9F （-56.6） ，CO2 可能以气、液、固态的形式存在，而术语“三相点”就是形容之个状态。在三相点之下，只能以气态和固态存在。这样，当液态的 CO2 排放到大气中时，部分瞬间转变成气体，而剩下的转变成干冰，温度接近-110F（ -79） 。CO2 转变成干冰的比例取决于储存的液体温度。在 0F（-18 ）的储存温度，大约 46%的 CO2 转变成干冰，在 70F（21）的储存温度，大约 26%的CO2 转变成干冰。1.2.2 生理效应CO2 与动植物的生理过程密切相关。绿色植物利用 CO2 通过光合作用产生碳水化合物与氧气。动物利用氧气“燃烧”体内的碳水化合物，动物体内食物燃烧产生 CO2 排放到大气中，这就是大自然中 CO2-O2 链。动物体血液中的血红蛋白能携带 CO2，它从细胞中吸收 CO2 并把它携带到肺。在肺中CO2 从血液中释放，而血液重新得到氧气。CO2 起到调节呼吸的作用。因为血液对 CO2能吸收，比正常浓度高的 CO2 浓度，会影响血液携带氧气的能力。血液中 CO2 增加到一定程度会使呼吸加速。吸入的空气中约含 6%的 CO2 时，呼吸会增加到最大。再高浓度的CO2 会减慢呼吸。空气中 CO2 达到 25-30%时，会有几乎立即停止呼吸，即使空气中有足够的氧气。减少氧气会压制呼吸并窒息死亡。空气中引起呼吸减少的 CO2 浓度因人而异，即使同一个人因时间不同而不同。6-7%CO2被认为是对人体有害的临界水平，要引起人们的注意。CO2 浓度达到 9%之上，大多数人会短时失去知觉。因为最小的 CO2 灭火浓度远在这之上，所以设计 CO2 灭火系统时必须考虑足够的安全预防措施。1.2.3 安全预防措施除了上面所提到的明显窒息危险，还必须考虑的其它人身安全措施。CO2 系统的排放会产生紊流和噪声，排放蒸汽有相当大的力。皮肤与排气所产生的干冰接触会产生损伤。尽管 CO2 储存设备并不复杂，但它含有液态的 CO2，压力大约 300PSI，和冷冻机，也有电压。如果处理当或未经培训，会产生危险。警告：进入压力容器时，要遵守所有 OSHA 关于有进入有限制空间的规定。这些规定包括进入前，检测氧气含量。注意即使新容器也要检测氧气含量。1.3 储存装置1.3.1 总述本手册所讲的所有储存装置的组成部分本质上相同。所有装置都使用冷冻机保持 CO2 接近 0F（-18 ） 。4，6，8 吨容量储存箱的标准冷冻机是 1 马力。8 吨储存箱可选用 1.5 马力。10 吨储存箱是标准 1.5 马力的冷冻机。所有装置可选用 575V2 马力的冷冻机。冷冻机的电气参数在表 1-3 列出。1-6 组有顶部的吊耳，7 到 12 组在基座上有吊耳/ 轨枕和一个顶部吊耳。每种尺寸的特别部分在表 1-1 列出。注解 1：没有吊耳的装置减去 100 磅（1 到 6 组） 。注解 2：所有装置可选用 2 马力、575V-3 相-60Hz 冷冻机。1.3.2 低压储存装置低压储存装置由以下组成：*带有钢外壳的绝缘压力容器*安全阀和表计*控制和压力报警装置*管道联接（喷嘴）*冷冻系统1.3.2.1 压力容器压力容器储存 CO2。容器是筒状焊接结构，配有人孔和各种管道出口。它按 ASME 规程第 8 部分第 2 章灭火压力容器设计、制造和测试。所有规程标号印在人孔上的铭牌上。人孔人孔是一个有折页的钢门，用四个螺栓固定。它位于容器的端部，为检查和维修提供入口。警告：进入压力容器时，要遵守所有 OSHA 关于有进入有限制空间的规定。这些规定包括进入前，检测氧气含量。注意即使新容器也要检测氧气含量。1.3.2.2 绝缘与外壳体压力容器由聚脂泡沫绝缘层覆盖，3 英寸厚。绝缘层被包在焊接钢壳内。1.3.2.3 表计/压力报警/安全阀1.3.2.3.1 表计高质量的压力表（0-600psig）用指示 CO2 气体的压力。箱中 CO2 的数量由液位计指示。液位计是差压型的，一侧与气体空间相联，一侧联在箱的底部。由液态 CO2 所产生的压差使表计指针指示 CO2 液位的水平。表计以总容量进行标定。下表给出了与液位读数相对应的 CO2 的重量。1.3.2.3.2 储存箱压力报警报警铃由压力开关控制。压力开关联到 CO2 气体空间，如果气体压力降到 275PSIG 以下 325PSIG 之上时，报警铃会响，表示压力异常。1.3.2.3.3 安全阀提供安全排气以防超压。ASME 压力容器规程规定在箱中压力达到设计工作压力之前（357PSIG） ，安全阀排气泄压。储存箱有两个安全阀。每个安全阀的排气量都足够，允许储存箱安在室内和室外。安全阀通过一个三通阀联接气体空间。三通阀允许安全阀从储存箱拆除，而必倒空储存箱，就可进行维护或更换安全阀。除了安装安全阀之外，储存箱还要安装放泄阀。当压力达到 341PSIG 时，放泄阀动作，排掉 CO2 气体。每排掉 1 磅 CO2 气体，大约带走 120BTUs 的热量。放泄阀会长时间防止储存箱压力升高，允许维护人员在安全阀动作前解决压力升高的原因。放泄阀和安全阀一起联在三通阀上，三通阀在第 5 章细述。注意：如果放泄阀或安全阀打开，会排放 CO2。采取预防措施避免：1CO2 浓度升高到危险程度；2 对人员或设备造成损坏。如果储存箱安在室内或相对小的区域内，排气出口要位于对人身或设备没有伤害的地方，并且不会导致 CO2 浓度升高。见 Chemetron H-75 管道说明。图 1-4 所示的是安全阀动作压力。a 在储存箱上有报警开关监视 CO2 压力。CO2 压力升至 326PSIG 或降到 275PSIG，开关触点闭合，引起报警铃报警。b 储存箱压力升至 341PSI，放泄阀打开，排放 CO2，每磅 CO2 会带走 120BTUs 的热量。c 如果压力继续升高到 357PSI 安全阀会打开，防止进一步的压力升高。1.3.2.4 管道联接压力容器上的主要管道联接是：a 浸没在液体空间的 6 英寸出口管，装有截止阀，向灭火保护系统供 CO2。b 液体填充管-带阀门的 1.5 英寸出口管，联在储存箱的底部。液体 CO2 从此处填充到容器内。c 气体平衡管- 带阀门的 1 英寸出口管，联到 CO2 液位之上，在填充 CO2 时，气体 CO2从此处返回到容器内。d 安全阀与先压力联接-联到容器内的气体空间安全阀-防止超压先导压力联接-装有 0.5 英寸球型阀限位开关。为灭火保护系统排放阀动作提供 CO2 压力。阀门位置由限位开关的电气触点联到控制系统。e 液位计液侧截止阀位于压力容器的底部，为液位计液侧提供压力。f 辅助液体出口位于压力容器的底部。为需要液态 CO2 辅助设备提供液态 CO2。这些出口厂家配有 1.5 英寸的阀门。1.3.2.5 冷冻系统本装置配有冷冻系统，自动保持 CO2 温度在在 0F（-18）和压力 300PSI。冷冻管（蒸发器管）位于储存箱的气体空间。液态冷冻剂流出收集箱进入测量阀。从测量阀出来的冷、低压液态冷冻剂流进冷却管，气化后吸收气体 CO2 的热量。每磅 R404A 冷冻剂能吸收80BTUs 的热量。热蒸汽流进压缩机。蒸汽压缩成高压气体。热气体流经空冷管冷却凝结成液态。高压液态冷冻剂回到收集箱。冷冻系统的主要部件：1 空冷低温递凝结装置，使用 R404 作为冷冻剂2 膨胀阀3 冷冻管4 自动控制装置 冷冻剂高低压开关CO2 压力控制开关5 冷冻剂观察窗，冷冻剂滤网-干燥器6 电磁阀1.3.2.5.1 冷冻装置空冷冷冻装置包括半密封电动压缩机，其电气参数如表 1-3 所示冷冻装置包括电机启动器、变压器、冷却风扇凝结管和冷冻剂收集箱。收集箱容量，90%容量的 R404 冷冻剂，对 1 马力装置是 5.4 磅，1.5 和 2 马力的装置是 18.6 磅。压缩机收集到从蒸发器来的气态 R404，将其压缩成液态。液态冷冻剂经过空冷凝结管吸收多余的热量进入收集箱。1.3.2.5.2 自动膨胀阀膨胀阀测量液体冷冻剂从蒸发器管进入冷冻管中的比例。经适当调整，它供应足够的液体冷冻剂以最佳的冷却进入蒸发器，防止液体冷冻剂返回压缩机进口。1.3.2.5.3 冷冻管（蒸发器）冷冻管或蒸发器位于 CO2 容器内接近顶部。液体 R404 冷冻剂以-10F 进入冷冻管，吸收 CO2 气体的热量，CO2 气体冷却凝结，而冷冻剂蒸发。1.3.2.5.4 自动控制1.3.2.5.4.1CO2 压力控制开关冷冻系统的循环由监视 CO2 压力的压力开关控制。当 CO2 压力大约 310PSIG（+4F） ，压力开关触点关闭使电机启动器带电，直到压力降到 290PSIG（0F） ，压力开关打开，电机控制回路失电，压缩机停止运行。1.3.2.5.4.2 冷冻剂高低压开关此开关监视压缩机进出口压力。它监视装置异常高压或低压运行。低压直接停止压缩机。冷冻剂压力降到 6PSIG 以下低压侧一关打开，压力升至 18PSIG 以上关闭。低压触点自动复位。冷冻剂压力升至 395PSIG 以上，高压开关打开。高压触点需要手动复位。冷冻剂压力在335PSIG 以下时，高压触点才能复位。注意：1 马力单相装置只有一个低压控制开关，高压侧开关压缩机制造商不提供。1.3.2.5.5 滤网干燥器冷冻系统内的湿汽会给设备造成损坏，滤网-干燥器可去除冷冻剂中的水份、油和固体颗粒。1.3.2.5.6 观察窗在冷冻剂管上有一个观察窗。当压缩机运行时，液体冷冻剂从观察窗流过。压缩机运行几分钟后，可看到液体冷冻剂的固态。如果冷冻剂是“干”的（无水份） ，观察窗上的指示点就显示绿色。如果指示点变黄表明冷冻剂中有水分。 （这种情况必须找有资质的冷冻技师进行处理。 ）1.3.2.5.7 冷冻循环冷冻系统的主要部件如图 1-5 所示位于冷冻室下。基本的冷冻循环由冷冻剂在冷冻管（蒸发管）中不断的循环蒸发完成。冷冻管位于压力容器内。冷冻系统的这部分参考“低压侧”或“进口侧” ，低压液体冷冻剂进入蒸发管而低压气体（蒸发的冷冻剂）离开蒸发管。“高压侧”或“出口侧”包括凝结管和收集箱，此处高压气、液两相共存。冷冻剂的循环由压缩机低压侧冷冻剂高低压开关直接控制，由 CO2 压力间接控制。由于CO2 缓慢变热，压力升高到 310PSIG，开关动作使冷冻剂管电磁阀带电，电磁阀打开允许高压液体流经膨胀阀进入蒸发管然后返回压缩机进口侧。当进口侧压力升高到 18PSIG，冷冻剂低压侧高低压开关关闭，压缩机启动，把低压冷冻剂从冷冻管中抽到压缩机缸内，压缩后排到凝结管。经此循环，气体冷冻剂冷却变成液体。冷却由风扇用相对较冷的环温空气冷却凝结管，带走热量。随着蒸汽冷却，冷冻剂转变成高压液体。通常冷冻剂状态的变化在进入收集箱前完成。收集箱的作用就是储存液体冷冻剂的容器。液体冷冻剂到冷冻管的流量由膨胀阀控制。此阀门是压力调整装置，保持冷冻管大约24PSI 的压力。在此压力下，液体 R404 在大约-23.3C（ -10F）沸腾。冷冻管内的液体吸收 CO2 储存箱内的热量，R404 不断地吸收热量直到完全气化，它的温度与