幾種氣體滅火系統(tǒng)小議

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簡介： 氣體滅火系統(tǒng)在實際設(shè)計中，需考慮火險隱患、火災(zāi)撲救、環(huán)境保護、經(jīng)濟實用等諸多因素中，擇一種滿意的消防設(shè)防方案，常常十分復(fù)雜。本文僅對CO2、FM-200、氣溶膠、煙烙盡IG541等四種替代哈龍1301的產(chǎn)品作一些討論，供同仁參考。
關(guān)鍵字：氣體滅火 CO2 FM-200 氣溶膠

前言

氣體滅火在我國始于80年代，盛于90年代，新型滅火方式和滅火劑在應(yīng)用過程中經(jīng)歷了許多變化，在火險隱患、火災(zāi)撲救、環(huán)境保護、經(jīng)濟實用等諸多因素中選擇一種滿意的消防設(shè)防方案，常常十分復(fù)雜。本文就此作一些討論，僅供同仁參考。

上世紀八九十年代在圖書、博物、檔案等館舍內(nèi)建成的氣體消防系統(tǒng)，采用的滅火劑大多是哈龍1301。當(dāng)時，人們認為哈龍1301是適合各種不同類型火災(zāi)的最佳的火焰抑制劑。但是，由于其對環(huán)境的影響，對大氣臭氧層的破壞，不同程度造成全球變暖，1993年在加拿大出臺了《蒙特利爾協(xié)定》，限制生產(chǎn)破壞臭氧層的物質(zhì)，并規(guī)定到2005年全球禁止使用?，F(xiàn)在哈龍的替代物多種多樣，本文僅討論CO₂、FM-200、氣溶膠、煙烙盡IG541等四種替代產(chǎn)品。

一、環(huán)保

評定一種滅火劑的環(huán)境指標一般有三項：

1、  ODP值：對臭氧層的耗損潛能值；

2、  GWP值：溫室效應(yīng)潛能值；

3、  ALT值：合成物在大氣中存留壽命。

以上幾種氣體滅火劑的環(huán)境指標參數(shù)如下：

滅火劑種類

ODP值

GWP值

ALT值

1301

16

5800

100

CO₂

0

1

120

FM-200

0

2050

31～42

氣溶膠

0

≤0.5

0

煙烙盡IG541

0

0

0

從上表對比可知，1301的三個環(huán)境特性指標值皆高，這正是其被淘汰的主要原因之一。CO2和FM-200對臭氧層不破壞，但在大氣中存活壽命較長，同時，大量的CO2和FM-200進入大氣層后，對全球溫室效應(yīng)會有較大影響，美、英等國已將其列入受控使用計劃之列，不宜作長期替代物考慮。但按我國現(xiàn)有實情，公安部仍推薦使用二氧化碳和惰性氣體滅火系統(tǒng)，也可使用含氫氟酸（HFC）的滅火系統(tǒng)，故這兩種氣體特別是CO2氣體滅火系統(tǒng)現(xiàn)仍有一定的使用率。

    氣溶膠是液體或固體微粒懸浮于氣體分散介質(zhì)中形成的一種溶膠。微粒中的固體顆粒主要是金屬氧化物、碳酸鹽或碳酸氫鹽，且大部分微粒粒徑皆小于1微米，占90%以上；氣體主要是氮氣，少量的CO2氣體和水蒸氣，因此氣溶膠滅火劑對臭氧層不破壞，幾乎不產(chǎn)生溫室效應(yīng)，對環(huán)境無污染。

    至于煙烙盡，不存在溫室效應(yīng)，對臭氧層不破壞，更不會產(chǎn)生具有長久大氣壽命的化學(xué)物質(zhì)，是一種真正意義上的“零污染”。這主要得益于煙烙盡是由三種自然界的氣體：氮氣、氬氣和二氧化碳混合而成，取自大自然，回歸大自然，是一種環(huán)境因素可打滿分的“綠色”產(chǎn)品。

因此，單從環(huán)境影響因素來看，氣溶膠和煙烙盡明顯優(yōu)于另外兩種滅火劑，人類只有一個地球，在今后的工程中，應(yīng)結(jié)合實際，相對于另外兩種滅火劑應(yīng)優(yōu)先采用氣溶膠和煙烙盡。

二、安全

CO2的滅火機理是通過向一個封閉空間噴入大量的CO2氣體后，將空氣中氧的含量由正常的21%降低到15%以下，從而達到窒息中止燃燒的目的。然而，CO2的這種窒息作用對人體有致命危害，其最小設(shè)計滅火濃度（34%）大大超過了人的致死濃度，危險性極大，故在經(jīng)常有人的場所不宜使用。如須使用，在氣體釋放前，人員必須迅速撤離現(xiàn)場。

    關(guān)于FM-200的毒性及致癌問題，目前學(xué)術(shù)界有爭論，及其副作用是否比1301小還有待研究。不過FM-200在滅火過程中會釋放出氫氟酸，其酸氣的生成量是1301的8~10倍，實際酸氣的生成量大約為300PPM，遠大于短時間內(nèi)接觸50PPM氫氟酸即為危險濃度的國際標準，在此環(huán)境內(nèi)，超過一分鐘，人就有生命危險。因此，在經(jīng)常有人的場所慎重使用FM-200，如須使用，防護區(qū)的FM-200滅火設(shè)計濃度必須不大與9%。

    氣溶膠滅火技術(shù)是由前蘇聯(lián)軍工技術(shù)發(fā)展而來，氣溶膠配方很多，但都是靠自身產(chǎn)生的氣溶劑來撲滅火災(zāi)的，無毒，滅火時空氣中氧的濃度不會降低，對人沒有危害。不過，氣溶膠釋放后會形成濃重的煙霧，能見度極低（約小于1.0米），影響了火場人員的逃生（實踐證明，火場能見度小于3.0米時，逃生很困難。），這也正是氣溶膠滅火劑的最大缺陷，故在經(jīng)常有人的場所不宜使用。如須使用，在氣體釋放前，人員必須迅速撤離現(xiàn)場。

    雖然煙烙盡的滅火機理與CO2一樣，也是把藥劑噴放到封閉空間內(nèi)，降低氧的濃度，窒息燃燒撲滅火災(zāi)。但是煙烙盡藥劑是由52%氮氣.40%氬氣和8%的CO2氣體組成，它摻入了合適的氣體混合物，使得人們在缺氧的氣氛中能呼吸，它實際上增強了人吸收氧氣的能力。通常狀況下，房間內(nèi)空氣中氧氣含量為21%，CO2的含量約為1%。當(dāng)噴入煙烙盡滅火劑之后，其房間內(nèi)氧氣的濃度降至約12.5%，而CO2的濃度則上升至2%~5%，通過人本身更深更快的呼吸來補償環(huán)境中氧氣濃度的降低，對未及時撤離的人來說是沒有危害的。

三、滅火效率

滅火濃度低、滅火劑用量少、滅火時間短是衡量氣體滅火系統(tǒng)滅火效率高低的尺度。如下表：

滅火劑種類

最小設(shè)計滅火濃度

滅火劑噴射時間

主要滅火方式

1301

5％

10s

化學(xué)

CO₂

34％

10s

物理

FM-200

7％

≤10s

化學(xué)

氣溶膠

5％

10s

化學(xué)

煙烙盡

37.5％

60s

物理

由于滅火劑的滅火機理不同，其滅火劑的滅火濃度、滅火時間也各不相同。CO2和煙烙盡是通過向被保護空間充滿惰性氣體降低氧的含量達到窒息滅火，而FM-200和氣溶膠則是通過化學(xué)抑制作用終止燃燒反應(yīng)達到滅火的目的。從上表可知，CO2和煙烙盡的最小設(shè)計滅火濃度相對較大，應(yīng)用量相對容積比過高，使用量較大，滅火速度相對較慢，F(xiàn)M-200和氣溶膠的滅火速度則明顯要迅速。實踐證明，氣溶膠的滅火效率為哈龍1301的4~6倍，其滅火效率最高。

四、適用范圍

總的來說，這四種滅火劑皆能迅速有效地撲滅A.B.C類火災(zāi)，而不適用撲滅消化纖維、火藥等含強氧化劑的化學(xué)火災(zāi)及活潑金屬、可自燃的火災(zāi)。但是，由于滅火劑本身的性能不同，滅火機理不一樣，所組成的滅火系統(tǒng)在使用范圍上是有一定差別的。

     CO2按儲存壓力的不同分為高壓、低壓CO2滅火系統(tǒng)。當(dāng)CO2噴射時，使得周圍環(huán)境溫度大大降低（″激冷″現(xiàn)象），空氣中的水分冷凝，成為極濃的水霧（″結(jié)露″現(xiàn)象），會對昂貴的電子設(shè)備造成嚴重的污損。水中溶解了CO2及碳酸，足以對磁介質(zhì)造成危害，尤其是對計算機房、通信機房內(nèi)的集成芯片、電路有較大影響，并會使電器設(shè)備表面產(chǎn)生靜電積累。高壓CO2儲壓較高，充裝密度60%~68%，設(shè)計壓力為15.0MPa,滅火劑釋放時容易造成圍護結(jié)構(gòu)和被保護物的損害。

    FM-200在滅火過程中分解出的氫氟酸雖為弱酸，但其具有特異的腐蝕性，對特定物質(zhì)可造成很大的損害。同CO₂一樣，F(xiàn)M-200在噴射時噴嘴處環(huán)境溫度降低，空氣中水分冷凝，成為薄薄的水霧，造成一定的危害。

氣溶膠滅火系統(tǒng)，目前國內(nèi)工程上應(yīng)用的氣溶膠滅火裝置都屬于熱型的，產(chǎn)生的高溫會造成一定的危害；熱氣溶膠以負催化，窒息等原理滅火；滅火后有殘留物，屬于非潔凈滅火劑，懸浮于空氣中的粉塵呈電中性，雖容易清除，但殘留的微粒塵中含有的金屬氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽，在遇到水分時呈弱堿性，對特定的設(shè)備也可造成一定的損害。另外氣溶膠膠體的擴散速度較氣體滅火劑要慢的多，且熱膠體噴放后存在向上擴散的趨勢，不利于均勻分布。所以防護區(qū)的面積及體積應(yīng)比無管網(wǎng)鹵代烷自動滅火系統(tǒng)設(shè)置要求更應(yīng)嚴格，不宜用于大空間場所。

 煙烙盡釋放時，噴放出的氣體不會產(chǎn)生霧或露結(jié)，因此受保護的設(shè)備、財產(chǎn)和人都不會產(chǎn)生二次傷害。但是，煙烙盡屬于高壓儲存，容器壓力高達15.0MPa，滅火劑釋放時容易造成圍護結(jié)構(gòu)和被保護物的損害。

五、經(jīng)濟分析

經(jīng)濟分析涉及的面很廣，既包括滅火系統(tǒng)一次性工程投資費用，又包括系統(tǒng)投入運行后，裝置的維護保養(yǎng)費，如日常管理人員的正常開支，設(shè)備的年度定期檢查檢測費用，藥劑的補充安裝費用，零件的正常損壞更換費等。滅火劑價格越高，系統(tǒng)的鋼瓶設(shè)備越多，則系統(tǒng)的維護保養(yǎng)費用就越高。
   CO₂滅火系統(tǒng)來源充裕不需要合成、自然界本身就有，CO₂的再填充費用低廉。但其對釋放管路和噴嘴造型有嚴格的要求；如設(shè)計、施工不合理，會應(yīng)釋放過程中產(chǎn)生大量干冰阻塞管道或噴嘴造成事故。應(yīng)用量相對容積比過高，最小滅火設(shè)計濃度為34.0%，使用量大。低壓CO₂液體本身的儲存溫度為-18℃，系統(tǒng)日常維護工作量大，維護費用高，系統(tǒng)管理非常嚴格，電源要有充分保證，按現(xiàn)在的使用單位管理水平不宜用低壓CO2滅火系統(tǒng)。

FM-200滅火系統(tǒng)與1301滅火系統(tǒng)所使用的設(shè)備、管道及配置方式幾乎完全相同，被認為是1301最接近的替代品，但是FM-200藥劑費用昂貴，且每套FM-200滅火劑因充裝壓力較小而使滅火劑管道輸送距離短，因此按目前滅火劑儲存壓力（現(xiàn)有儲存壓力為2.5MPA 和4.2Mpa兩種），F(xiàn)M-200只適用于小系統(tǒng)。

氣溶膠藥劑一般6～8必須更換，成本較大。氣溶膠滅火系統(tǒng)，由于氣溶膠微粒極為細小，且具有非常大的比表面積，吸附力極強，因此不宜用管道輸送，只適用于小系統(tǒng)，如建筑物內(nèi)保護容積較小的配電室、變壓器室等。但如用于較大保護區(qū)域時，則應(yīng)多套系統(tǒng)組合使用，這種方式設(shè)備相對較多，占用建筑面積較大，投資增加，雖仍能迅速有效地撲滅火災(zāi)，但不經(jīng)濟合理。

煙烙盡IG-541滅火系統(tǒng)，不受保護區(qū)域大小的限制，特別是被用于較大的消防工程時，相對而言，經(jīng)濟合理。而且工程越大，節(jié)約投資越明顯。高壓儲存的惰性氣體，其輸送距離可達100M。雖然其綜合性能最好，是極好的哈龍?zhí)娲?，但該系統(tǒng)對滅火藥劑的氣體配比、儲存瓶、管路、閥門、噴嘴儲存間以及周圍環(huán)境、溫度的要求嚴格，系統(tǒng)設(shè)備的制造及安裝工藝相對復(fù)雜。由于IG-541 是單相氣體滅火劑，所以它不能作局部噴射使用，也不能以滅火器方式使用。與其他氣體滅火系統(tǒng)相比，IG-541 滅火系統(tǒng)所用的滅火劑體積相當(dāng)大，因而需要更多的儲氣瓶和更粗的管道。此外，它的管道壓力也特別高。如果系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)，噴放時還會因管道中的IG-541氣體流速達到音速而產(chǎn)生音障，流動受到很大的阻力；超過音速時所產(chǎn)生的爆震還會使系統(tǒng)遭到破壞。就目前行情而言，其綜合費用是最高的，這或多或少地制約了其廣泛地推廣使用。