氣體滅火在建筑消防設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

王 子 焱

(武漢市公安消防支隊(duì)，湖北 武漢 430000)

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氣體滅火在建筑消防設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

王 子 焱

(武漢市公安消防支隊(duì)，湖北 武漢 430000)

介紹了IG541、七氟丙烷、熱氣溶膠氣體三種常見氣體滅火系統(tǒng)的特點(diǎn)，從大氣環(huán)境、人體、保護(hù)對(duì)象等角度，分析了三種氣體滅火系統(tǒng)的安全性，并通過實(shí)例說明了使用氣體滅火系統(tǒng)具有高效性、及時(shí)性。

氣體滅火系統(tǒng)，建筑消防，滅火器，安全性

0 引言

隨著建筑結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜以及建筑火災(zāi)隱患的增多，滅火器使用越來越重要，但是，常規(guī)滅火器并不能及時(shí)撲救變電所、裝有精密儀器與醫(yī)療器械的房間，往往造成了較大經(jīng)濟(jì)損失。由此，氣體滅火成為了建筑消防的一個(gè)重要手段，在人們環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)下，加強(qiáng)對(duì)氣體滅火設(shè)計(jì)能夠在更快消除火勢(shì)蔓延的同時(shí)減少對(duì)環(huán)境造成的污染，也成為了未來氣體滅火器的研究方向。

1 常見氣體滅火系統(tǒng)

建筑火災(zāi)讓人毛骨悚然，尤其是對(duì)于高層建筑來說，一旦發(fā)生火災(zāi)將很難逃生，易造成人員傷亡?；馂?zāi)產(chǎn)生需要兩個(gè)基本條件，一個(gè)是溫度達(dá)到著火點(diǎn)，一個(gè)是充分接觸氧氣。由此，火災(zāi)防范的重點(diǎn)就是這兩個(gè)基本條件，只要抑制好這兩個(gè)基本點(diǎn)就會(huì)增加撲滅的成功幾率。滅火器基本原理是將火勢(shì)中氧含量降低，以及控制燃燒物表面溫度[1]。當(dāng)前，用于建筑消防的滅火器有很多種類，但每種都是優(yōu)勢(shì)與缺陷并存的，主要使用IG541型氣體滅火裝置、七氟丙烷以及熱氣溶膠等。下面對(duì)這幾種滅火氣體的使用進(jìn)行具體分析。

1.1 IG541氣體滅火系統(tǒng)

惰性氣體主要是指不支持燃燒與助燃的氣體，能夠被高壓液化罐存，可以在迅速膨脹以后產(chǎn)生大量聚集的熱，從而使火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度降低，還有一種功能是對(duì)空氣中氧含量進(jìn)行維護(hù)，進(jìn)而達(dá)到窒息滅火的目的。優(yōu)點(diǎn)是滅火后很快消散，并且價(jià)格便宜。IG541氣體滅火系統(tǒng)就使用了惰性氣體，包括氬氣、氮?dú)庖约岸趸嫉?，通過這些氣體混合達(dá)到滅火效果，氣體無色、無味、無毒，含量構(gòu)成為：7%二氧化碳、30%氬氣以及63%氮?dú)?。成分比例具體如表1所示。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，向外噴射氣體，讓火災(zāi)范圍內(nèi)的混合氣體含量升高，迅速將氧氣溶解，減少火與氧氣的接觸，當(dāng)混合氣體含量增高至13.5%時(shí)，能夠使燃燒終止[2]。

表1 氣體成分與比例 %

1.2 七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)

作為一種無味、無毒的氣體，七氟丙烷的使用可將燃燒物表面溫度降低，這一點(diǎn)成為了滅火原理，并且氣體沒有腐蝕性，不會(huì)對(duì)燃燒物體造成腐蝕。滅火通過以下三種方式實(shí)現(xiàn)：

1)向火災(zāi)區(qū)域噴射氣體，通過液態(tài)向氣態(tài)的轉(zhuǎn)換使溫度降低，達(dá)到滅火的效果[3]；

2)分子中化學(xué)鍵斷裂也能對(duì)火災(zāi)區(qū)域內(nèi)的熱量進(jìn)行吸收，從而使燃燒物表面溫度降低；

3)氣體噴射到火災(zāi)區(qū)域使空氣中氧含量減少，控制了燃燒速度，燃燒會(huì)由快到慢，逐漸消失。

1.3 熱氣溶膠氣體滅火系統(tǒng)

熱氣溶膠氣體也是一類常見的滅火氣體，依據(jù)不同反應(yīng)劑，將溶膠氣體劃分為K型與S型兩種，主要氧化劑為KNO3，下面對(duì)滅火的化學(xué)抑制作用與吸熱作用進(jìn)行分析。首先，當(dāng)充分燃燒烴類物質(zhì)時(shí)，能夠生成非常多游離基團(tuán)，基團(tuán)作用發(fā)生一連串的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)[4]，反應(yīng)方程式為：

可燃物的分解方程為：RH+O2→H++2O-+R+能對(duì)熱量充分吸收與反應(yīng)。

放熱反應(yīng)方程：O-+H+→OH-；2OH-→H2O+O-。結(jié)合了兩個(gè)OH-以后，就能生成水分子與氧分子，從而不斷放熱，放熱與吸收的熱量不成正比，放出的熱量多于吸收的熱量。在火災(zāi)迅速蔓延時(shí)，高溫區(qū)域中氣溶膠大分子被分解成非常多的游離基團(tuán)，能夠快速與H+與OH-反應(yīng)。反應(yīng)方程式為：K++OH-→KOH；KOH+H+→K++H2O。反應(yīng)區(qū)域就是由氣溶膠微粒組成，不斷產(chǎn)生K+,使區(qū)域內(nèi)的H+與OH-迅速減少。由此，可以對(duì)燃燒鏈不斷破壞，減少持續(xù)燃燒作用[5]。其次，吸熱降溫作用體現(xiàn)在：KHCO3在迅速吸收熱量時(shí)，就使KHCO3轉(zhuǎn)換成了K2CO3，以液態(tài)形式存在，再從液態(tài)轉(zhuǎn)換為氣態(tài)，進(jìn)而達(dá)到降溫的目的。

2 常見的氣體滅火系統(tǒng)安全性比較

2.1 對(duì)大氣環(huán)境的影響

氣體滅火雖然清潔無污染，但是依然會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，可以使用臭氧損耗比與溫室效應(yīng)值對(duì)氣體滅火對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行分析。IG541對(duì)大氣環(huán)境幾乎不造成影響，臭氧的損耗非常低，能夠及時(shí)恢復(fù)大氣中氣體含量；七氟丙烷也對(duì)大氣環(huán)境的影響較?。粺釟馊苣z、臭氧值溫室效應(yīng)接近0，具體見表2。

表2 氣體環(huán)境影響指標(biāo)對(duì)比

2.2 對(duì)人體的影響

要想了解氣體滅火是否會(huì)對(duì)人體造成傷害，就要明確缺氧、中毒對(duì)逃生是否有利的三個(gè)指標(biāo)，通過觀察這些指標(biāo)，確定最低與最大有害水平，通過對(duì)比IG541滅火對(duì)人體的影響情況，發(fā)現(xiàn)使用IG541滅火對(duì)人體的影響非常小，能夠維持人體正常呼吸、聽力以及視覺功能，為人們及時(shí)逃生創(chuàng)造了更多時(shí)間；七氟丙烷分解出的有害氣體非常少，不會(huì)對(duì)人體造成損傷。

2.3 對(duì)保護(hù)對(duì)象的影響

使用氣體滅火的同時(shí)，更需要保護(hù)好建筑室內(nèi)的各項(xiàng)物品，為了得出氣體對(duì)建筑室內(nèi)各項(xiàng)設(shè)施的影響，可以使用冷激以及冷淬的方法，能夠更加清楚的表現(xiàn)IG541、七氟丙烷以及熱氣溶膠對(duì)保護(hù)對(duì)象的安全指標(biāo)。通過對(duì)保護(hù)對(duì)象安全指標(biāo)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，IG541沒有產(chǎn)生腐蝕物質(zhì)與殘留物，七氟丙烷產(chǎn)生了腐蝕性物質(zhì)，沒有產(chǎn)生殘留物，熱氣溶膠雖然產(chǎn)生了一些腐蝕性物質(zhì)，但是沒有殘留物[6]。不管使用哪種氣體滅火系統(tǒng)，都能產(chǎn)生非常好的滅火效果，IG541更加便于壓縮與保存，在存儲(chǔ)上更加方便，具有30 MPa的最大壓力，但是在運(yùn)輸上較難，七氟丙烷具有分解有害氣體的功能，在儲(chǔ)存上也更加容易，具有最高的滅火效率，但是運(yùn)輸安裝上比較困難。對(duì)保護(hù)對(duì)象有腐蝕性的熱氣溶膠，有較低的造價(jià)成本，運(yùn)輸、安裝更加容易。

3 工程實(shí)例探究

某醫(yī)院中特殊房間不能使用水源滅火，比如，CT，DR，DSA2等，因?yàn)檫@些室內(nèi)安裝有重要的檢驗(yàn)儀器與設(shè)備，遇水將失靈，由此，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)使用了七氟丙烷氣體滅火。醫(yī)院七氟丙烷氣體滅火裝置平面圖見圖1。

在滅火時(shí)對(duì)氣體噴射的時(shí)間進(jìn)行了控制，總體滅火時(shí)間低于7 s，浸漬時(shí)間為2 min。設(shè)置防護(hù)區(qū)，在防護(hù)區(qū)中增設(shè)泄壓口，設(shè)計(jì)DR面積為33 m2，總體積為110 m3，對(duì)濃度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照9%的劑量標(biāo)準(zhǔn)，最后對(duì)七氟丙烷的設(shè)計(jì)用量進(jìn)行計(jì)算，得出了總用量為80.5 kg，與此同時(shí)，配合暖通設(shè)計(jì)方法，在滅火房間安裝通風(fēng)裝置。醫(yī)院的地下室建有一個(gè)配電機(jī)房，同樣不能用水直接撲救，由此，使用了K型熱氣溶膠氣體滅火系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)房中有一個(gè)儲(chǔ)油區(qū)域，儲(chǔ)油的面積為8.9 m2，總體積為30.25 m3，密度為130 kg/m3，通過計(jì)算得知儲(chǔ)油區(qū)域設(shè)計(jì)用量為2.8 kg，發(fā)電機(jī)房的設(shè)計(jì)用量確定為20 kg。通過這種滅火設(shè)計(jì)方案，使用適合的滅火氣體，醫(yī)院火災(zāi)在成功撲滅的同時(shí)，內(nèi)部各項(xiàng)設(shè)施也完好無損，維持了原有的功能，降低了醫(yī)院的經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)語

本文主要對(duì)IG541、七氟丙烷以及熱氣溶膠氣體的特點(diǎn)以及滅火原理進(jìn)行了介紹，比較了這幾種滅火氣體的安全性，表現(xiàn)了這幾種滅火氣體是建筑氣體滅火的主要形式，都具有清潔以及快速滅火的功能，氣體對(duì)人體造成的損害較小。在建筑結(jié)構(gòu)與材料日趨多樣時(shí)，氣體滅火的使用價(jià)值日益突顯，對(duì)于各項(xiàng)重要的建筑設(shè)施來說，使用氣體滅火更加方便、及時(shí)、高效。

[1] 王 磊,王洪強(qiáng),孫峻嶺，等.氣體滅火控制系統(tǒng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及工程設(shè)計(jì)驗(yàn)收探討[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2014(9):59-61,71.

[2] 郎需慶,陶 彬,張玉平，等.雙相流滅火系統(tǒng)在儲(chǔ)罐滅火中的試驗(yàn)研究[J].消防科學(xué)與技術(shù),2015(1):79-81.

[3] 李 輝,李潔利.探討常用的幾種氣體滅火在消防設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2013(20)：203-204.

[4] 楊 浩.氣體滅火技術(shù)在化工企業(yè)消防中的應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013(17):22.

[5] 李小建.高層建筑七氟丙烷氣體滅火裝置安裝技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2013(24)：118-119.

[6] 張秀麗,郝麗娟.目前國內(nèi)氣體滅火標(biāo)準(zhǔn)中涉及的幾種氣體滅火系統(tǒng)[J].中國標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)報(bào),2011(7):30-32.

Application research of gas fire extinguishing system in building fire-fighting design

Wang Ziyan

(WuhanPublicFire-FightingOffice,Wuhan430000,China)

The thesis introduces features of three kinds of common gas fire extinguishing system including IG541, heptafluoropropane and aerosol extinguishing gas, analyzes their safety, and illustrates the high efficiency and timeliness of gas fire extinguishing system through examples.

gas fire extinguishing system, building fire-fighting, fire extinguisher, safety

1009-6825(2016)24-0232-02

2016-06-11

王子焱(1974- )，男，碩士，工程師

TU998.1

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