潔凈氣體滅火系統(tǒng)的選擇

申請免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

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(jì)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(jì)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(jì)防火規(guī)范》（GBJ16-87一2001年版）和《高層民用建筑設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)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(shí)須慎重采用。

另一個(gè)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(gè)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(jià)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(chǔ)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(chǔ)存方式：⑴以常溫儲(chǔ)存于壓力容器內(nèi)，即高壓儲(chǔ)存（在20℃氣溫下，儲(chǔ)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(chǔ)存于壓力容器內(nèi)，即低壓儲(chǔ)存（在-18℃時(shí)儲(chǔ)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(xiǎn)，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(huì)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(chǔ)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(dòng)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(jì)滅火濃度為7％，因此，正常情況下對人體不會(huì)產(chǎn)生不良影響，可用于經(jīng)常有人活動(dòng)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(chǔ)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(chǔ)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(shí)，各防護(hù)區(qū)位置應(yīng)相對集中。另外滅火劑價(jià)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(chǔ)存，其儲(chǔ)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(dòng)滅火。

煙烙盡是一種綠色環(huán)保型滅火劑，在滅火時(shí)不會(huì)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(huì)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(dòng)物不會(huì)感到不適應(yīng)，這是由于此時(shí)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(dòng)物的呼吸頻率，這樣可以使人或動(dòng)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(jì)濃度和空氣混合后，可以在較長的時(shí)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(jià)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(dòng)滅火，其滅火效果略差，其高壓氣態(tài)儲(chǔ)存方式帶來了儲(chǔ)瓶數(shù)量大，占地面積大，系統(tǒng)造價(jià)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(xiǎn)小。

⑤ NOAEL值最大原則，即毒性低。

五個(gè)原則具體執(zhí)行時(shí)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(jí)的規(guī)范出臺(tái)，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(jì)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(jì)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(jì)思路

潔凈氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與鹵代烷滅火系統(tǒng)頗為類似，可歸納為：設(shè)計(jì)滅火用量(M)→管道流量(Q)→管道內(nèi)徑(D)→管道規(guī)格→管道計(jì)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(chǔ)存量(M_c)→儲(chǔ)瓶數(shù)量(N_p)。

系統(tǒng)管網(wǎng)計(jì)算的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確地計(jì)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(gè)噴嘴的孔口面積。管網(wǎng)阻力計(jì)算的“最終”結(jié)果是在保證滅火劑噴射時(shí)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(jià)。

不同滅火劑方案比較方   案1301HFC227IG541CO₂化學(xué)式CF3BrCF₃CHFCF₃注1CO₂分子量1491703444儲(chǔ)存壓力（20℃）MPa2.5/4.22.5155.17最小設(shè)計(jì)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(jià)(萬元)608514275

由以上分析可知，IG541系統(tǒng)造價(jià)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(jià)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(tái)，F(xiàn)M200的設(shè)計(jì)會(huì)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。