地鐵車站設計中氣體滅火劑的選用

穆永信

(中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司，天津　300250)

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地鐵車站設計中氣體滅火劑的選用

穆永信

(中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司，天津300250)

地鐵車站人員密集，設備房間較多，火災危險性大，所以地鐵設計規(guī)范要求地鐵車站重要的電氣設備房間設置自動滅火系統(tǒng)。氣體滅火劑種類較多，使用范圍各不相同，且各有優(yōu)點和缺點。文章從滅火機理、滅火效果及滅火劑對人、設備和環(huán)境的影響等多方面進行分析，確定出IG541和七氟丙烷更適合于地鐵車站的設計。

地鐵；設計；氣體滅火；滅火劑

近年來，很多城市的地鐵建設迎來爆發(fā)期，地鐵在城市交通中也發(fā)揮著越來越重要的作用。地鐵車站人員密集，且大部分位于地下，發(fā)生災害危險性大，根據(jù)國內(nèi)外有關資料統(tǒng)計，地鐵車站可能發(fā)生的災害事故有火災、水淹、地震、冰雹等災害，但發(fā)生火災事故最多，而且人員傷亡和經(jīng)濟損失最嚴重，所以地鐵防災把防止火災事故防災主要地位[1]?！兜罔F設計規(guī)范》要求重要的設備房間設置自動滅火系統(tǒng)，考慮到對設備的保護和火災時人員的有效和迅速地疏散，目前主要采用氣體滅火系統(tǒng)。本文就氣體滅火系統(tǒng)設計中滅火劑的選用進行對比和分析。

自1991年我國政府簽署了《蒙特利爾議定書》后，鹵代烷滅火劑逐步被淘汰。目前常用的滅火劑有七氟丙烷、IG541混合氣體、二氧化碳及熱氣溶膠等。任何一種滅火劑都有其缺點和優(yōu)點，下面從滅火機理、滅火效果及對人、設備和環(huán)境的影響等各方面進行分析，以確定適合于地鐵設計的滅火劑[2]。

1　七氟丙烷

1.1物理特性及滅火機理

七氟丙烷化學分子式為CF3CHFCF3，簡稱為HFC-227ea，商品名稱為FM-200，其無色、無味、低毒、不導電，為我國開發(fā)最早的哈龍?zhí)娲颷2]。其滅火機理是以化學滅火為主，兼有物理滅火作用。由于七氟丙烷屬液化性氣體，常溫下為氣態(tài)，當由鋼瓶經(jīng)管道及噴嘴噴放到防護區(qū)后，迅速汽化并吸收大量的熱，以冷卻火焰溫度，消除熱能，接下來在高溫下分解的產(chǎn)物(如氟)捕捉燃燒中活性基H+、OH-，進而最終阻止燃燒的連鎖反應[3]。

1.2滅火效果

七氟丙烷滅火效率比較高、滅火速度快，能以較低的滅火濃度，可靠的撲滅電氣火災、固體表面火災、液體火災及滅火前能切斷氣源的氣體火災。但由于鹵素原子活性基中以氟的自由基半徑最小，捕捉燃燒中活性基的能力低，加之產(chǎn)生的HF穩(wěn)定(這也是HF生成量大的原因之一)，不像HBr和HI有再次捕捉OH-活性基的作用，所起到的燃燒斷鏈作用就小。故七氟丙烷的化學滅火作用低于哈龍1301、1211[4-6]。

1.3環(huán)境效應

七氟丙烷對大氣臭氧層無破壞作用(ODP值為零)，但有一定的溫室效應(GWP=2050)，大氣存活壽命也比較長(ALT=31～42年)，而且與二氧化碳一起被京都會議決議《氣候變化框架公約》納入受控范疇，但由于其滅火劑用量很少，整體環(huán)境影響不大，沒有引起人們過多的關注。

滅火劑本身對周圍環(huán)境安全無破壞，清潔、無殘留物。但在高溫條件下，進行分解所產(chǎn)生的氟遇氫會產(chǎn)生氫氟酸(HF)酸性氣體，對設備有一定的潛在危害(此為鹵代烷滅火劑的共同缺點)，且火勢越大，七氟丙烷接觸到火或受熱面的時間越長，副產(chǎn)物越多。

在設計濃度范圍內(nèi)(對于地鐵車站設備房間，滅火設計濃度宜采用8%，無毒反應濃度為9%，有毒反應為10.5%)無火情的情況下對人體無害。但由于它以液體狀態(tài)儲存，噴放時大量吸收熱量，環(huán)境溫度降低，凝結空氣中水分形成霧狀的細小液珠，導致視線不清，可能影響人員逃生。

七氟丙烷滅火效果較好，速度快。地鐵車站設有完善的火災報警系統(tǒng)，會及時發(fā)現(xiàn)火情并報警，組織防護區(qū)內(nèi)的人員撤離，并迅速啟動滅火模式，使滅火劑在火勢發(fā)展之前迅速達到滅火濃度，進而控制氫氟酸等副產(chǎn)物的生成，減小對設備的損害。綜合考慮，七氟丙烷可以應用于地鐵車站設備用房的滅火系統(tǒng)。

2　IG541混合氣體

2.1物理特性及滅火機理

IG541由氮氣(體積分數(shù)52%)、氬氣(體積分數(shù)8%)、二氧化碳(體積分數(shù)8%)三種氣體組成，商品名為INERGEN，中文名稱煙絡盡，是一種無色、無毒、不導電的非液化氣體。其滅火機理為物理窒息滅火，通過混合氣體的噴放，稀釋防護區(qū)內(nèi)氧氣的濃度，使其迅速降至12.5%左右(氧氣濃度降低至15%以下時，大部分可燃物停止燃燒)，進而實現(xiàn)滅火功能[5]。

2.2滅火效果

IG541滅火效果不如七氟丙烷滅火劑，但亦能有效的撲滅設備房間的火災，適用于電氣設備、固體表面、液體及滅火前能切斷氣源的氣體等各類火災。

2.3環(huán)境效應

IG541混合氣體，皆為惰性氣體，自然界中廣泛存在，不會產(chǎn)生溫差和腐蝕性分解物，對大氣臭氧層無破壞作用(ODP值為零)，溫室效應潛質(zhì)(GWP)為0，在大氣中存活壽命為0?？梢哉fIG541混合氣體是最為環(huán)保的潔凈氣體滅火劑。但設計中所需滅火劑及鋼瓶數(shù)量較多，儲存壓力大，噴放過程中噪聲也大[6-7]。

滅火劑本身對設備無破壞，清潔、無殘留物、無副產(chǎn)物。且噴放過程中不產(chǎn)生任何化學分解物和溫差，不會對精密設備產(chǎn)生“冷激”和腐蝕影響，火災后的現(xiàn)場也易于清理[3]。

滅火過程中，防護區(qū)內(nèi)氧氣濃度將至15%以下(一般可降低至12%)，同時二氧化碳濃度升高(越至4%)，二氧化碳濃度的升高，有利于提升人的呼吸速率和對氧的吸收能力，從而緩解環(huán)境中氧氣濃度降低對人的影響。滅火設計濃度低于43%時(無毒反映濃度為43%，有毒反映濃度為52%)，對人體安全無害[2-7]。

IG541混合氣體能有效的撲滅電氣設備火災，對人體完全無害，當無火災火其他危險的情況下，即使有人停留在已經(jīng)噴放的IG541氣體的房間中，也不會有絲毫危險，且混合氣體無色透明，噴放過程不會模糊視線?？蓱糜诘罔F車站氣體滅火系統(tǒng)的設計[2-7]。

3　二氧化碳

3.1物理特性及滅火機理

二氧化碳是一種良好的滅火劑，無色、無味、不導電。其滅火機理為物理物理窒息和冷卻。儲存于高壓氣瓶中的二氧化碳，在室溫下呈液態(tài)，當經(jīng)噴嘴噴至防護區(qū)內(nèi)時，由于壓力的降低，而迅速汽化進而擴散到空氣中，稀釋氧氣的濃度進行滅火(使得含氧濃度低于15%)。且二氧化碳汽化時，溫度急劇下降，形成細微的固體干冰粒子，干冰吸取周圍的熱量而升華，進一步起到冷卻作用[7-10]。

3.2滅火效果

二氧化碳滅火效果雖然不及七氟丙烷，但其價格低廉，使用范圍更廣，不僅可以有效撲滅電氣設備、固體表面、液體及滅火前能切斷氣源的氣體等各類火災，還可以用于部分固體深位火災的設計。

3.3環(huán)境效應

二氧化碳滅火劑雖然不會額外產(chǎn)生對污染環(huán)境的物質(zhì)，但二氧化碳被認為是加劇溫室效應的主要來源。二氧化碳在釋放過程中由于周圍溫度驟降，會對設備產(chǎn)生“冷激”等影響。由于二氧化碳濃度超過8%時，人呼吸苦難，濃度超過10%時，便會喪失意識，所以二氧化碳適用于無人的場所。

雖然二氧化碳價格低廉，滅火效果好，但考慮到設備和人員的安全性，地鐵車站設備用房一把不宜采用二氧化碳做為氣體滅火系統(tǒng)滅火劑。

4　熱氣溶膠[7]

4.1物理特性及滅火機理

由固體化學混合物(熱氣溶膠發(fā)生劑)經(jīng)化學反應生產(chǎn)的具有滅火性質(zhì)的氣溶膠，包括S型熱氣溶膠、K型熱氣溶膠和其他型熱氣溶膠。氣溶膠滅火劑是由氧化劑、還原劑及粘合物結合成的固體狀態(tài)含能化學物質(zhì)，屬于煙霧型滅火劑。氣溶膠微粒直徑大部分小于1 μm，濃度大，且高度分散。其滅火機理為化學抑制和物理冷卻相結合。在高溫燃燒區(qū)，熱氣溶膠 微粒分解出活性游離基K+，可以奪走燃燒鏈所需的載體H+和OH-，進而中斷燃燒鏈。另外熱氣溶膠存在吸熱的分解反應，起到了一定的冷卻作用。

4.2滅火效果及環(huán)境效應

熱氣溶膠滅火效率高，可有效地撲滅A、B類火災和E類電氣火災。熱氣溶膠分解后的金屬粒子不會 自動揮發(fā)到大氣中，因此，對自然界大氣層無破壞影響。由于熱氣溶膠微粒不能自動揮發(fā)，所以會粘附在設備表面，導致電子設備無法于空氣相同，影響設備散熱，堵塞光路、盤面等，且分解后的金屬微粒在潮濕情況下對鋁、鋅、硅等存在強腐蝕作用，大大縮短了設備壽命。另外金屬微粒的導電性，容易導致電子設備的短路。熱氣溶膠不透明，噴放后房間的能見度極低，不利于人員的疏散。

雖然熱氣溶膠滅火效率很高，但考慮到對電子設備的損害和不利于人員的疏散，且氣溶膠滅火系統(tǒng)屬于無管網(wǎng)系統(tǒng)，不適合于地鐵氣體滅火系統(tǒng)的設計。

5　結　語

七氟丙烷和IG541從滅火效果及對環(huán)境和工作人員的影響等各方面考慮，均適合于地鐵氣體滅火系統(tǒng)的設計。地鐵車站需設置氣滅的房間較多，且較分散，通常采用組合分配系統(tǒng)。七氟丙烷管網(wǎng)系統(tǒng)輸送距離較短，低壓系統(tǒng)最大輸送距離為25 m，高壓系統(tǒng)最大輸送距離也只有70 m，按照地鐵工程的規(guī)模，必須在停車場內(nèi)設置較多的氣瓶間，系統(tǒng)的設備和氣體用量也相應的增加。而IG541管網(wǎng)系統(tǒng)相對來說輸送距離較遠，可達到100米以上[10]，更適合應用于地鐵車站。而對于那些孤立的房間，采用組合分配系統(tǒng)的已失去優(yōu)勢，可考慮采用七氟丙烷柜式系統(tǒng)。

[1]北京市規(guī)劃委員會.GB 50157-2013 地鐵設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013:596.

[2]吉東梅，黃曉家，張兆憲，等.氣體滅火系統(tǒng)選擇應用技術研究[J].消防科學與技術，2008，27(11):721-723.

[3]袁玉斗.氣體滅火系統(tǒng)的優(yōu)選研究[D].西安:西安建筑科技大學,2004.

[4]陳澤民，劉連喜，張麗梅，等.氣體滅火系統(tǒng)技術的發(fā)展及現(xiàn)狀[J].消防科學與技術，2005，27(11):721-724.

[5]崔景麗，黃榮仲，陳駿波.氣體滅火系統(tǒng)技術比較及應用[J].給水排水，2005，31(6):81-83.

[6]陳澤民，劉連喜，張麗梅，等.氣體滅火系統(tǒng)技術的發(fā)展及現(xiàn)狀[J].消防科學與技術，2005，27(11)：721-724.

[7]張淑峰.惰性氣體滅火系統(tǒng)的相關性研究[D].天津:河北工業(yè)大學,2010.

[8]陳學民.深圳地鐵一期工程中氣體滅火系統(tǒng)的選用[J].給水排水，2000,26(11):53-54.

[9]時龍彬.氣體滅火系統(tǒng)中幾種滅火劑的比較[J].公用工程設計， 2007(04):73-76.

[10]楊曉冬，李寶，張躍勐.氣體滅火系統(tǒng)管道輸送距離探討[J].消防科學與技術，2007,26(1)：62-65.

Selection of Gas Extinguishing Agents in the Design of Metro

MUYong-xin

(China Railway Electrification Survey Design & Research Institute Co.,Ltd.，Tianjin 300250,China)

There are usually a lot of people and equipment rooms in subway station，and it is very dangerous when there is a fire in the station.So the automatic fire extinguishing system should be set up by the code for design of metro. There are some types of gas fire extinguishing agents,and each of them has its own advantages and disadvantages.Fire mechanisit,fire effects and the influence on equipment and environmental were analyzed for these fire extinguishing agents, determined the IG541 and HFC-227ea were more suitable for the design of the subway station.

metro；design；gas fire extinguishing；agents

穆永信(1986-)，男，工程師，主要從事地鐵消防設計。

TQ038.2

B

1001-9677(2016)03-0203-03