目前國(guó)內(nèi)氣體滅火標(biāo)準(zhǔn)中涉及的幾種氣體滅火系統(tǒng)

張秀麗 郝麗娟

1 概述

從20世紀(jì)80年代開(kāi)始,隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,大批民用建筑及工業(yè)工程中需要采用氣體滅火系統(tǒng)的場(chǎng)所越來(lái)越多,設(shè)備對(duì)滅火劑的要求越來(lái)越高,對(duì)于撲滅可燃?xì)怏w、地下液壓潤(rùn)滑油站、變配電室設(shè)備、發(fā)電機(jī)組、計(jì)算機(jī)室等帶電設(shè)備,貴重、精密設(shè)備及電氣線路等不適宜用水撲滅的火災(zāi),氣體滅火作為最有效最干凈的滅火手段,日益受到重視。其中,GB50016—2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB50045—1995《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和GB50414—2007《鋼鐵冶金企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中均明確規(guī)定了氣體滅火系統(tǒng)的場(chǎng)所,可見(jiàn)氣體滅火系統(tǒng)在各類滅火系統(tǒng)中占有很重要的地位。

近年來(lái)隨著《中國(guó)消防行業(yè)哈龍整體淘汰計(jì)劃》的實(shí)施,哈龍生產(chǎn)和消費(fèi)量的大幅度削減,哈龍?zhí)娲泛吞娲夹g(shù)迅速發(fā)展,目前國(guó)內(nèi)氣體標(biāo)準(zhǔn)中所涉及到的幾種氣體滅火系統(tǒng)主要有二氧化碳滅火系統(tǒng)、七氟丙烷(FM-200)滅火系統(tǒng)、惰性氣體(IG-541)滅火系統(tǒng)和熱氣溶膠滅火裝置等。

本文將主要對(duì)以上幾種氣體滅火系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,希望能對(duì)今后消防設(shè)計(jì)在選型方面有一定的參考價(jià)值。

2 目前常用的幾種氣體系統(tǒng)

下面對(duì)這幾種氣體滅火系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

2.1 二氧化碳滅火系統(tǒng)

二氧化碳滅火是一種無(wú)色、無(wú)味、干燥的惰性氣體,無(wú)腐蝕、不導(dǎo)電,滅火后本身完全氣化,沒(méi)有殘留物,對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞。滅火機(jī)理主要是窒息,其次是冷卻。該技術(shù)是成熟的傳統(tǒng)滅火技術(shù),在哈龍被禁止后又重新被人類所認(rèn)識(shí),發(fā)揮其潛能。它適用于撲救各種可燃、易燃液體和那些受到水、泡沫、干粉滅火劑的玷污而容易損壞的固體物質(zhì)火災(zāi)?？捎糜谌蜎](méi)滅火系統(tǒng),也是唯一可用于局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)的氣體滅火劑。

按照二氧化碳的貯存狀態(tài)又可分為低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)和高壓二氧化碳貯存系統(tǒng)。在低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)中,滅火劑存貯在儲(chǔ)罐中,貯存壓力為2.1MPa,貯存溫度為-19℃。高壓二氧化碳系統(tǒng)中,滅火劑貯存壓力為15MPa。

二氧化碳滅火系統(tǒng)的缺點(diǎn)是滅火設(shè)計(jì)濃度高,當(dāng)二氧化碳的濃度達(dá)到10%時(shí),在幾分鐘內(nèi)會(huì)使人喪失意識(shí)甚至死亡,這一濃度遠(yuǎn)低于其34%的最小設(shè)計(jì)滅火濃度。其次,二氧化碳的滅火過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生白霧,降低保護(hù)區(qū)的能見(jiàn)度,影響人員的逃離。因此二氧化碳系統(tǒng)應(yīng)用于有人環(huán)境時(shí)必須考慮人身安全防范問(wèn)題。

2.2 七氟丙烷滅火系統(tǒng)

七氟丙烷又稱 FM-200或者 HFC-227ea,是HFC的一種。它是一種化學(xué)滅火劑,常溫下為氣態(tài),無(wú)色無(wú)味、不導(dǎo)電,無(wú)腐蝕、無(wú)環(huán)保限制,不破壞大氣臭氧層,大氣殘留時(shí)間較短。在常溫下可加壓液化,并能全部揮發(fā),滅火后無(wú)殘留物。其滅火機(jī)理與鹵代烷相同,為物理方式和部分化學(xué)方式滅火。通過(guò)滅火劑對(duì)燃燒反應(yīng)的化學(xué)抑制作用,即負(fù)催化作用而迅速滅火;其特點(diǎn)是沸點(diǎn)低、氣化快、分布均勻、滅火速度快。在滅火過(guò)程中會(huì)分解出微量的氫氟酸有害氣體,散發(fā)刺鼻的氣味,有一定的腐蝕性。

2.3 煙洛盡(IG-541)

煙洛盡是氮?dú)?、氬氣和二氧化碳?2∶40∶8的體積比例混合而成的一種滅火劑。它的三個(gè)組成成分均為無(wú)色、無(wú)味、不導(dǎo)電、無(wú)毒的氣體,其密度近似于空氣的密度,由于含有二氧化碳和氮?dú)?所以這兩種氣體在滅火過(guò)程中有可能參加反應(yīng)。其滅火機(jī)理為稀釋燃燒區(qū)的氧氣濃度,達(dá)到窒息滅火的目的。

2.4 熱氣溶膠

通常所說(shuō)的氣溶膠,是指以空氣為分散介質(zhì),以固態(tài)或液態(tài)的微粒為分散質(zhì)的膠體體系。氣溶膠滅火劑由氧化劑、還原劑、燃燒速度控制劑和黏合劑組成。主要分為熱氣溶膠和冷氣溶膠。冷氣溶膠主要指干粉滅火劑,不屬于氣體滅火。在這里不做詳細(xì)敘述。

熱氣溶膠又分為K型氣溶膠和S型氣溶膠。K型氣溶膠發(fā)生劑采用KNO3作主氧化劑,含量達(dá)到30%以上。S型氣溶膠發(fā)生劑采用Sr(NO3)2作主氧化劑,以KNO3作輔氧化劑,Sr(NO3)2含量達(dá)到35%～50%,KNO3含量10%～20%。

K型汽溶膠滅火機(jī)理是吸熱降溫、化學(xué)抑制、窒息和隔離空氣。主要以化學(xué)抑制為主。S型汽溶膠與K型滅火機(jī)理一致,只是由鉀鹽換成了鍶鹽?？傮w來(lái)說(shuō)氣溶膠滅火效率較高,造價(jià)很低,設(shè)置靈活,但是最致命的缺陷是對(duì)精密儀器設(shè)備、文物、檔案造成二次傷害。根源是主氧化劑鉀鹽造成,滅火劑噴發(fā)后的主要固體顆粒是 K2CO3、KHCO3、K2O,三種物質(zhì)均是極易吸濕或溶于水的物質(zhì),均與水能生成強(qiáng)堿性溶液。

2.5 各種氣體滅火劑性能參數(shù)比較(見(jiàn)表1)

表1 各種氣體滅火劑性能參數(shù)表

表中:GWP值:溫室效應(yīng)潛能值;ODP值:對(duì)臭氧層的耗損潛能值;ALT值:合成物在大氣中殘留壽命;NOAEL值:對(duì)生理影響無(wú)不良反應(yīng)的最高濃度;LOAEL值:對(duì)生理反應(yīng)產(chǎn)生影響的最低濃度;其中,ODP、GWP和ALT屬于環(huán)保方面的指標(biāo),NOAEL和LOAEL屬于安全方面的指標(biāo)。

3 氣體滅火系統(tǒng)的選型、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

從表1中可以看出,各個(gè)滅火劑都各自有優(yōu)劣之處。在氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型中,綜合考慮以下幾個(gè)方面:滅火效果、環(huán)保性能、對(duì)保護(hù)對(duì)象的安全性、對(duì)人員的安全性、工程投資,綜合各方面因素最終確定最佳的滅火方案。

3.1 滅火效果

根據(jù)燃燒理論分析,滅火分化學(xué)滅火和物理滅火,其中化學(xué)滅火主要是指滅火劑通過(guò)化學(xué)反應(yīng),大量捕捉、消耗火焰中的自由基,抑制燃燒反應(yīng),化學(xué)反應(yīng)濃度低,滅火速度快。物理滅火又分為:窒息、冷卻、隔離燃燒物三種方式。因此從滅火效果看,七氟丙烷滅火系統(tǒng)和氣溶膠滅火系統(tǒng)均以化學(xué)滅火方式為主,其中七氟丙烷屬于液化氣體,噴放時(shí)對(duì)著火區(qū)有一定的冷卻作用,氣溶膠噴放時(shí)產(chǎn)生的大量惰性氣體對(duì)稀釋氧氣也有一定的作用。因此這兩種滅火效果較好。

3.2 環(huán)保性能

目前國(guó)際上衡量環(huán)保性的主要指標(biāo)是溫室效應(yīng)(GWP)、大氣中的存活時(shí)間(ALT)、臭氧耗損潛能值(ODP)。從保護(hù)臭氧層的角度來(lái)看,使用的滅火劑ODP值越小越好,其次要求GWP和ALT值越小越好。

3.3 人員的安全性

任何一種氣體滅火劑對(duì)人的生命都有一定的危險(xiǎn),安全性是相對(duì)的,只是危險(xiǎn)程度不同而已。滅火劑對(duì)人員的安全主要來(lái)自三個(gè)方面:缺氧、中毒、影響逃生。影響窒息主要決定于滅火濃度和二氧化碳的濃度,滅火濃度越高,滅火劑釋放后,防護(hù)區(qū)內(nèi)氧的濃度越低。當(dāng)二氧化碳濃度超過(guò)10%時(shí),會(huì)影響人員缺氧;濃度超過(guò)25%,會(huì)很快引起中毒反應(yīng),造成窒息缺氧。藥物毒性是指藥劑本身的毒性和滅火過(guò)程中產(chǎn)生的有毒物質(zhì)。逃生影響是指滅火劑噴射后產(chǎn)生的粉塵、煙霧影響人員的視線,降低防護(hù)區(qū)能見(jiàn)度。

3.4 對(duì)保護(hù)對(duì)象的安全性

大多數(shù)氣體滅火系統(tǒng)都具有不導(dǎo)電、腐蝕性小、無(wú)浸漬、滅火后不留痕跡的特點(diǎn),總體來(lái)說(shuō)對(duì)保護(hù)對(duì)象都是相對(duì)安全的。但是在選擇時(shí)還應(yīng)根據(jù)滅火劑和滅火對(duì)象的特性加以選擇,因?yàn)樗嵝缘姆纸馕锏漠a(chǎn)生、高壓氣流的沖擊,液化氣體產(chǎn)生的“冷淬”、“結(jié)露”和氣溶膠生成物的碳酸鹽在保護(hù)對(duì)象表面產(chǎn)生的“鹽霧”,這些都會(huì)對(duì)保護(hù)對(duì)象產(chǎn)生一定的損壞。因此在保護(hù)對(duì)象為精密設(shè)備時(shí)應(yīng)當(dāng)慎重選擇滅火劑。

3.5 工程造價(jià)

滅火系統(tǒng)的造價(jià)主要包括以下四部分:藥劑成本、設(shè)備造價(jià)、管網(wǎng)造價(jià)和系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。其中系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用主要包括滅火劑的再填充和瓶站的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)。滅火劑的價(jià)格越高,系統(tǒng)的鋼瓶設(shè)備越多,則系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用就越高。

對(duì)于高壓二氧化碳滅火系統(tǒng)、混合氣體系統(tǒng)和氮?dú)庀到y(tǒng)藥劑便宜,但由于滅火劑用量大,系統(tǒng)貯存壓力高,鋼瓶數(shù)量多,其設(shè)備造價(jià)、管網(wǎng)造價(jià)相對(duì)較高。低壓二氧化碳系統(tǒng)雖然系統(tǒng)壓力低,但是設(shè)備投資以及后期維護(hù)的費(fèi)用較大,只有在大工程中,才能體現(xiàn)低壓系統(tǒng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。七氟丙烷系統(tǒng)的滅火劑價(jià)格較高,且需要定期更換,藥劑成本和維護(hù)費(fèi)用也較大,但由于滅火劑用量少,系統(tǒng)壓力低,其設(shè)備和管網(wǎng)的造價(jià)相對(duì)低。氣溶膠目前僅局限用于預(yù)制式滅火系統(tǒng),無(wú)系統(tǒng)管網(wǎng),藥劑用量少,設(shè)備簡(jiǎn)單,其前期工程造價(jià)低,只是藥劑環(huán)境要求較高,系統(tǒng)后期維護(hù)費(fèi)用較大。

對(duì)于同一工程,前期投資混合氣體造價(jià)最高,其次是七氟丙烷和二氧化碳,氣溶膠造價(jià)最低。后期維護(hù)費(fèi)用較大的是低壓二氧化碳系統(tǒng)和七氟丙烷。

4 結(jié)論

各種對(duì)于不同的氣體,其物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及滅火的機(jī)理各不相同,所以在不同地域、不同場(chǎng)合,針對(duì)不同的保護(hù)對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),一定要對(duì)所選用的氣體進(jìn)行嚴(yán)格比較,最大限度地保護(hù)人員以及財(cái)產(chǎn)的安全,并能最大限度發(fā)揮滅火劑的優(yōu)點(diǎn),揚(yáng)長(zhǎng)避短,最后經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定最合理的滅火方案。

5 其他

氣體滅火技術(shù)近幾年來(lái)發(fā)展比較迅速,由于氣體滅火應(yīng)用歷史發(fā)展較短、發(fā)展快,相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也沒(méi)有提出具體的設(shè)計(jì)要求,有的氣體滅火系統(tǒng)也只有地方標(biāo)準(zhǔn)或者企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),給設(shè)計(jì)人員在選型及設(shè)計(jì)中帶來(lái)一定難度,也使一些較好的滅火系統(tǒng)在推廣上有一定的難度,因此迫切需要相關(guān)部門盡快出臺(tái)全面的氣體滅火設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

[1]陳映熊.氣體滅火系統(tǒng)使用現(xiàn)狀淺析[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2003(4).