潔凈氣體滅火系統(tǒng)的選擇

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簡介： 通過對幾種潔凈氣體滅火系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析，根據(jù)工程情況選擇適合的滅火介質(zhì)．對工程設(shè)計有參照意義。
關(guān)鍵字：潔凈氣體 氣體滅火 滅火劑

氣體滅火系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

眾所周知，在消防領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的滅火劑就是水。隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，大批工業(yè)和民用建筑尤其是高層建筑的不斷涌現(xiàn)，更隨著高科技的發(fā)展，設(shè)備對滅火劑的要求越來越高，對于撲滅可燃?xì)怏w、可燃液體、電器火災(zāi)以及計算機(jī)房、重要文物檔案庫、通信廣播機(jī)房、微波機(jī)房等不宜用水滅火的火災(zāi)，氣體消防作為最有效最干凈的滅火手段，日益受到重視。其中，《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GBJ16-87一2001年版）和《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50045-2001年版）已明確規(guī)定了應(yīng)設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)的場所?？梢?，氣體消防系統(tǒng)在各類滅火系統(tǒng)中占有很重要的地位。

傳統(tǒng)哈龍產(chǎn)品——鹵代烷1211及1301在我國氣體消防行業(yè)的應(yīng)用歷史中占有非常重要的地位，目前系統(tǒng)的裝備量約占?xì)怏w滅火系統(tǒng)總裝備量的80%以上。

由于哈龍滅火劑是破壞大氣臭氧層的主要因素，為了保護(hù)人類共同的生存環(huán)境，造福子孫后代，我國政府于1989及1991年分別簽署了《關(guān)于保護(hù)臭氧層的維也納公約》、《關(guān)于破壞臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》，并決定于2005年停產(chǎn)1211，2010年停產(chǎn)1301。這標(biāo)志著淘汰哈龍，開發(fā)新型滅火劑已成為大勢所趨。

哈龍?zhí)娲夹g(shù)發(fā)展的一個方面是用已有的其他滅火系統(tǒng)替代哈龍滅火系統(tǒng)，如采用二氧化碳、水噴霧、泡沫、干粉、易安龍(氣溶膠)滅火系統(tǒng)等。這些滅火系統(tǒng)有的存在技術(shù)陷,尚未形成正式的技術(shù)規(guī)范和市場；有的盡管較為成熟，但難以解決滅火劑的污染問題，只能在那些“非必要場所”替代哈龍滅火系統(tǒng)，如傳統(tǒng)滅火劑二氧化碳，雖然其應(yīng)用歷史較長,且技術(shù)已經(jīng)規(guī)范化，但其最低設(shè)計濃度高于對人體的致死濃度，故在保護(hù)經(jīng)常有人的場所時須慎重采用。

另一個發(fā)展方向是開發(fā)不污染被保護(hù)對象、不破壞大氣臭氧層、溫室效應(yīng)小、對人體無害的滅火劑，即“潔凈氣體”滅火劑和相應(yīng)的滅火系統(tǒng)，這是當(dāng)前發(fā)展的主流。

目前，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦的第一代用于替代哈龍的潔凈氣體滅火劑共有14種。其中以含一個氫原子的氟代烷(HFC)的綜合性能較為理想，具有一定的開發(fā)價值，但目前的開發(fā)水平尚未達(dá)到“全代用”哈龍滅火劑的要求，其性能尚有不足之處，只能成為鹵代烷的過渡性替代物。

氣體滅火系統(tǒng)的類型

分類方式系統(tǒng)類型滅火劑按應(yīng)用方式分類全淹沒滅火系統(tǒng)CO₂、FM200、煙烙盡局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)CO₂按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類管網(wǎng)系統(tǒng)組合分配系統(tǒng)CO₂、FM200、煙烙盡單元獨(dú)立系統(tǒng)CO₂、FM200、煙烙盡無管網(wǎng)裝置CO₂、FM200按儲存方式分類高壓系統(tǒng)CO₂、FM200、煙烙盡低壓系統(tǒng)CO₂按管網(wǎng)布置形式分類均衡管網(wǎng)系統(tǒng)CO₂、FM200、煙烙盡非均衡管網(wǎng)系統(tǒng)CO₂、FM200、煙烙盡

注：滅火劑僅以二氧化碳（CO₂）、FM200、煙烙盡為例。

氣體滅火劑的類型

二氧化碳（CO₂）

在常溫條件下，CO₂以無色、無味的氣體存在，根據(jù)其物理特性，有二種儲存方式：⑴以常溫儲存于壓力容器內(nèi)，即高壓儲存（在20℃氣溫下，儲存壓力為5.17MPa），相應(yīng)的滅火系統(tǒng)稱為高壓系統(tǒng)；⑵在所控制的低溫條件下將CO₂儲存于壓力容器內(nèi)，即低壓儲存（在-18℃時儲存壓力為2.07 MPa），相應(yīng)的滅火系統(tǒng)稱為低壓系統(tǒng)。

CO₂滅火作用主要用于窒息，其次是冷卻，為物理反應(yīng)。在眾多的鹵代烷滅火系統(tǒng)的替代系統(tǒng)中，以CO₂滅火系統(tǒng)技術(shù)最為成熟，應(yīng)用也最廣泛。在國內(nèi)，以高壓系統(tǒng)最為普遍，近幾年，低壓CO₂滅火系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展也很快。CO₂滅火系統(tǒng)較為經(jīng)濟(jì)，能輸送較遠(yuǎn)距離，但其較高的滅火濃度對人非常危險，不宜用于有人場所。另外，一些資料表明，在釋放過程中的冷凝現(xiàn)象可能會對電子元件造成損害。

七氟丙烷（FM200）

七氟丙烷（美國商標(biāo)名稱為FM200）滅火劑是一種無色、幾乎無味、不導(dǎo)電的氣體，密度大約為空氣的6倍，采用高壓液化儲存。

七氟丙烷（FM200）的滅火機(jī)理為抑制化學(xué)鏈反應(yīng)，其滅火機(jī)理及滅火效率與鹵代烷“1301”相類似，為主動滅火，在幾種替代物中是較為有效的一種。

七氟丙烷（FM200）是毒性較低、無色、無味、無二次污染的氣體，對人體產(chǎn)生不良影響的體積濃度臨界值為9％，其最小設(shè)計滅火濃度為7％，因此，正常情況下對人體不會產(chǎn)生不良影響，可用于經(jīng)常有人活動的場所，特別是它不破壞大氣臭氧層，符合環(huán)境要求。由于滅火濃度較低，因而儲瓶數(shù)量較少，占地面積也較小，而且各項(xiàng)指標(biāo)較為合理，系統(tǒng)功能完善、工作準(zhǔn)確可靠，長期儲存不泄露。但其滅火系統(tǒng)也有自身的弱點(diǎn)：不能滅固體深位火災(zāi)，輸送距離短，因?yàn)闇缁饎┑尼尫疟仨氃谑敕N之內(nèi)完成，達(dá)到滅火濃度，否則產(chǎn)生的酸性分解物對人體有害，對被保護(hù)設(shè)施也有腐蝕性，用于組合分配系統(tǒng)時，各防護(hù)區(qū)位置應(yīng)相對集中。另外滅火劑價格也較高。

煙烙盡（IG—541）

煙烙盡滅火劑由52％氮、40％氬、8％二氧化碳三種氣體組成，比空氣略重，屬于惰性氣體滅火劑，以氣態(tài)儲存，其儲存壓力為15MPa。

煙烙盡的滅火機(jī)理是通過降低防護(hù)區(qū)中的氧氣濃度（由空氣正常含氧量的21％降至12.5％），使其不能維持燃燒而達(dá)到滅火的目的，為物理反應(yīng)，屬被動滅火。

煙烙盡是一種綠色環(huán)保型滅火劑，在滅火時不會發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，不污染環(huán)境，無毒、無腐蝕，具有良好的電絕緣性能，不會對被保護(hù)設(shè)備構(gòu)成危害，也無須延遲噴放，這是其它滅火劑所不具備的特點(diǎn)。IG541混合氣體滅火劑在42.8％的滅火濃度下，人或者動物不會感到不適應(yīng)，這是由于此時保護(hù)區(qū)內(nèi)的二氧化碳含量在4％～5％之間，提高了人或動物的呼吸頻率，這樣可以使人或動物氧氣的攝入量與在正常空氣下氧氣攝入量保持一致。另外，混合氣體以設(shè)計濃度和空氣混合后，可以在較長的時間內(nèi)保持這一滅火濃度，即使保護(hù)區(qū)沒有采取特別的密封措施，系統(tǒng)也能在20分鐘后保持滅火所需的濃度。另外滅火劑價格便宜，輸送距離也很長，這對于保護(hù)相距較遠(yuǎn)的保護(hù)區(qū)十分有利，由于滅火氣體可充分與空氣混合，故能有效防止復(fù)燃。但因是被動滅火，其滅火效果略差，其高壓氣態(tài)儲存方式帶來了儲瓶數(shù)量大，占地面積大，系統(tǒng)造價高的缺點(diǎn)。

滅火劑選擇的原則

①  ODP值最小原則，即對臭氧層的耗損最小。

②  C值最小原則，即滅火濃度小，滅火劑用量少。

③  GWP值最小原則，即溫室效應(yīng)小。

④  ALT值最小原則，即在大氣中存留期短，潛在危險小。

⑤ NOAEL值最大原則，即毒性低。

五個原則具體執(zhí)行時應(yīng)綜合考慮，統(tǒng)籌兼顧，結(jié)合具體條件決定。由于我國尚無國家級的規(guī)范出臺，因此工程應(yīng)用中各地方在滅火劑的選擇上也各有不同，目前我國在工程中常用的有七氟丙烷及煙烙盡，其他系統(tǒng)尚無應(yīng)用實(shí)例。

系統(tǒng)選擇

筆者通過對北京市網(wǎng)通綜合樓氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計過程中幾種新型滅火劑相對于1301滅火劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較供讀者參考。

本工程按《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50045-2001要求在地下一層傳輸機(jī)房設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)，防護(hù)區(qū)具體情況見左圖：

本工程系統(tǒng)的設(shè)計思路

潔凈氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)計思路與鹵代烷滅火系統(tǒng)頗為類似，可歸納為：設(shè)計滅火用量(M)→管道流量(Q)→管道內(nèi)徑(D)→管道規(guī)格→管道計算長度(L)→中期容器壓力(P_m)→管道節(jié)點(diǎn)壓力(P_j)→噴頭等效孔口面積(F)→噴頭規(guī)格→滅火劑儲存量(M_c)→儲瓶數(shù)量(N_p)。

系統(tǒng)管網(wǎng)計算的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確地計算出管道內(nèi)各點(diǎn)的壓力，從而合理選擇滅火劑的貯存壓力、滅火劑的充裝密度、各管段的管徑和各個噴嘴的孔口面積。管網(wǎng)阻力計算的“最終”結(jié)果是在保證滅火劑噴射時間及滿足噴頭最低入口壓力前提下，盡可能選擇較小的貯存壓力、較大的充裝密度、較小的管徑，以降低工程造價。

不同滅火劑方案比較方   案1301HFC227IG541CO₂化學(xué)式CF3BrCF₃CHFCF₃注1CO₂分子量1491703444儲存壓力（20℃）MPa2.5/4.22.5155.17最小設(shè)計滅火濃度％，v/v5736.547ODP（臭氧耗損潛能值）CFC11=1.00000GWP（溫室效應(yīng)潛能值相對于CO₂）  205001毒性數(shù)據(jù)NOAEL％，v/v494334％濃度使人窒息LOAEL％，v/v  10.552大氣中存活壽命（年）  35大氣中存在大氣中存在最大防護(hù)區(qū)容積(m³)傳輸機(jī)房1傳輸機(jī)房212481850124818501248185012481850系統(tǒng)形式傳輸機(jī)房1傳輸機(jī)房2組合分配組合分配組合分配組合分配貯存壓力(MPa)傳輸機(jī)房1傳輸機(jī)房24.24.2155.17藥劑量傳輸機(jī)房1傳輸機(jī)房2405 kg600 kg792kg1173 kg

2746m³4070m³

1595kg  2349kg

瓶量(瓶)傳輸機(jī)房1傳輸機(jī)房257

913

3146

1827

氣瓶規(guī)格(L)90909090工程造價(萬元)608514275

由以上分析可知，IG541系統(tǒng)造價高且瓶組過多占地大，對于該工程地下室狹窄空間以及惜地如金的建設(shè)方來說是難以接受的；另外傳輸機(jī)房是經(jīng)常有人的場所，采用滅火濃度高于對人體致死濃度的CO₂系統(tǒng)顯然也是不適宜的；相對而言，HFC227系統(tǒng)從滅火效能、占地面積等各方面情況均接近于1301系統(tǒng)，僅在藥劑價格上稍高一些，但總投資還是可以讓人接受的，最終入選。

結(jié)論

氣體消防已成為國內(nèi)外的熱門話題和重要的研究課題。FM200做為潔凈滅火劑更是大有作為，隨著FM200國家規(guī)范的出臺，F(xiàn)M200的設(shè)計會日趨成熟。愿本文的只言片語能引發(fā)同仁的探討興趣，不當(dāng)之處，敬請專家同仁指正。