IG541和HFC-227ea氣體滅火系統(tǒng)在地鐵工程中的對比分析

張 靜

蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210000

根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB 50157—2013）的要求，地鐵工程中下列場所應(yīng)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)：地下的通信及信號機(jī)房（含電源室）、變電所（含控制室）、綜合監(jiān)控設(shè)備室、蓄電池室和主變電所，地上運(yùn)營控制中心通信、信號機(jī)房、綜合監(jiān)控設(shè)備室、自動售檢票機(jī)房、計算機(jī)數(shù)據(jù)中心等。由此可見，自動滅火系統(tǒng)的主要保護(hù)對象為重要的電氣設(shè)備，根據(jù)目前的情況調(diào)查，當(dāng)前氣體滅火系統(tǒng)是國內(nèi)地鐵工程中廣為應(yīng)用的自動滅火系統(tǒng)，有成熟的設(shè)計、施工規(guī)范及運(yùn)營管理制度。下文主要對氣體滅火系統(tǒng)中IG541和HFC-227ea滅火系統(tǒng)進(jìn)行分析比對。

1 滅火效果及機(jī)理

IG541滅火系統(tǒng)的滅火機(jī)理為稀釋氧氣，窒息滅火，當(dāng)IG541氣體噴放到著火區(qū)域時，能在短時間內(nèi)降低保護(hù)區(qū)內(nèi)氧氣的濃度，由空氣正常含氧量的21%降到支持燃燒的12.5%以下，產(chǎn)生窒息作用，使燃燒迅速終止。它以壓縮氣體方式儲存，在噴放時環(huán)境溫度變化不超過10℃，可防止空氣中的水分冷凝到設(shè)備表面上，同時能降低保護(hù)空間的濕度，增強(qiáng)室內(nèi)氣體的絕緣性，降低火災(zāi)損失。

HFC-227ea滅火系統(tǒng)的滅火機(jī)理為化學(xué)物理作用，它在接觸到高溫表面或火焰時，分解產(chǎn)生活性自由基，大量撲捉、消耗燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中產(chǎn)生的自由基，破壞和抑制燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而起到迅速將火焰撲滅的作用。但該滅火系統(tǒng)也有自身弱點(diǎn)，即不能滅固體深位火災(zāi)。滅火劑釋放時吸收大量熱量，環(huán)境溫度變化較大，會凝聚空氣中的水分，造成結(jié)露現(xiàn)象。

由此可見，在滅火效果及機(jī)理的比較上，兩者相差不大。

2 環(huán)保性能

目前，國際上衡量環(huán)保性的主要指標(biāo)是對臭氧耗損潛值（ODP）、溫室效應(yīng)值（GWP）、大氣壽命（ALT）。從保護(hù)臭氧層的角度考慮，首先要求所使用的滅火劑ODP值小于0.05或?yàn)?，其次要求GWP和ALT值越小越好。兩種氣體滅火劑的環(huán)保性能綜合比較如表1所示。

表1 環(huán)保性能綜合比較表

3 對地鐵設(shè)備安全性

IG541滅火劑氣體無色、無味，不導(dǎo)電、無腐蝕、無環(huán)保限制，在滅火過程中無任何分解物，不會污染被保護(hù)設(shè)備。HFC-227ea滅火劑在室溫下比較穩(wěn)定，但是高溫下會分解，產(chǎn)生氟化氫，有刺鼻的味道，會對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。就對地鐵設(shè)備的安全性而言，IG541滅火系統(tǒng)與HFC-227ea滅火系統(tǒng)對比如表2所示。

表2 對地鐵設(shè)備安全性綜合比較表

4 對人員安全性

IG541滅火系統(tǒng)在規(guī)定的濃度范圍內(nèi)使用，對人體是無窒息、無毒的。它本身不含有毒成分，火災(zāi)后也不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)。HFC-227ea氣體在高溫狀態(tài)下會產(chǎn)出氫氟酸，有刺激性味道，也會產(chǎn)生少量一氧化碳，對人體有一定危害，不過在規(guī)定的濃度范圍內(nèi)對人體是安全的。由于它以液體狀態(tài)儲存，噴放時大量吸收熱量，使空氣凝結(jié)成霧，導(dǎo)致視線不清，可能影響人員逃生。就人員安全性而言，IG541滅火系統(tǒng)優(yōu)于HFC-227ea滅火系統(tǒng)。

5 工程特點(diǎn)適用性

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，防護(hù)區(qū)在地鐵車站中分布較為分散，與氣瓶室平均距離較遠(yuǎn)，超過50m的防護(hù)區(qū)比例較高。因此，滅火系統(tǒng)更適宜選用保護(hù)半徑較大的系統(tǒng)。地鐵工程中IG541滅火系統(tǒng)一級充壓為15MPa，可以長距離（從氣瓶室至防護(hù)區(qū)可達(dá)150m）輸送滅火介質(zhì)，故IG541滅火系統(tǒng)對保護(hù)區(qū)和氣瓶室的布置限制很少，建筑布局可以很靈活。HFC-227ea滅火系統(tǒng)主要有2.5MPa與4.2MPa兩類，2.5MPa由于增壓低，基本只適用于單元獨(dú)立的情況，系統(tǒng)僅適用于30m以內(nèi)輸送距離，因而不適用于地鐵工程；而4.2MPa增壓級別的系統(tǒng)，理論上雖然最高可達(dá)到60～70m的輸送距離，但由于其噴放時間極短，且在管道內(nèi)氣液兩相狀態(tài)極難控制，實(shí)際工程應(yīng)用上一般按45～50m輸送距離控制。根據(jù)此控制條件，對于一般車站，HFC-227ea滅火系統(tǒng)比IG-541滅火系統(tǒng)需多設(shè)1～2個氣瓶室。

6 管網(wǎng)布置情況

受土建造價的影響，地鐵車站層高一般控制在5m以下，地鐵工程中系統(tǒng)繁多，各種管道也非常多，因此走管空間十分有限，安裝過程中為了滿足裝修需求，會根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整管道標(biāo)高，標(biāo)高及管位的調(diào)整會增加系統(tǒng)的沿程阻力。因?yàn)镮G541系統(tǒng)壓力高（20℃壓力15MPa），增加的阻力對系統(tǒng)影響不大，HFC-227ea滅火系統(tǒng)壓力低（20℃壓力4.2MPa），增加的管道阻力會對管網(wǎng)有較大影響。由此可見，IG541系統(tǒng)在管網(wǎng)布置的靈活性和對管線綜合及裝修專業(yè)的協(xié)調(diào)性方面優(yōu)于HFC-227ea滅火系統(tǒng)。

7 工程造價

氣滅系統(tǒng)的工程造價主要包含前期投入及后期維護(hù)的費(fèi)用，可從以下方面進(jìn)行分析比較。

（1）土建造價。IG541滅火系統(tǒng)需要較多的藥劑用量和氣瓶，占用較大的氣瓶間面積，但可以保護(hù)距離較遠(yuǎn)的保護(hù)區(qū)，因此可以將氣瓶集中放置在一個氣瓶間內(nèi)。HFC-227ea滅火系統(tǒng)滅火劑用量少，所用氣瓶少，氣瓶間占用面積小，但輸送距離短，如防護(hù)區(qū)較分散，需要分別設(shè)置多個氣瓶間，占地面積相對較大。因此，對于標(biāo)準(zhǔn)車站而言，HFC-227ea的土建造價較IG541稍高。

（2）設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。氣滅系統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)費(fèi)用主要包含鋼瓶的定期拆裝送檢、系統(tǒng)管網(wǎng)的維護(hù)，以及藥劑的充裝和調(diào)試等。IG541滅火系統(tǒng)氣瓶間相對較少，氣瓶設(shè)置比較集中，便于后期運(yùn)營的管理和維護(hù)，節(jié)省了一部分費(fèi)用。由于管網(wǎng)為高壓系統(tǒng)，對管網(wǎng)的安裝、檢測都有比較高的要求，這對防止泄漏起到了關(guān)鍵作用，直接影響系統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。HFC-227ea系統(tǒng)氣瓶間的集中性不強(qiáng)，管理上常有不便。如果系統(tǒng)需充裝藥劑，則費(fèi)用高且充裝周期長，勢必會增加后期的保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用。

（3）藥劑費(fèi)用。IG541滅火劑的三種成分取自自然界的空氣，生產(chǎn)工藝相對簡單，各地工業(yè)氣體公司和制氧廠都有這三種氣體，因此價格比較便宜。HFC-227ea滅火劑是人工合成藥劑，藥劑費(fèi)用較高，占系統(tǒng)設(shè)備投資的30%～40%。據(jù)調(diào)查，HFC-227ea系統(tǒng)比IG541系統(tǒng)藥劑費(fèi)用高4倍以上。

（4）設(shè)備采購費(fèi)。自動滅火系統(tǒng)由控制子系統(tǒng)和管網(wǎng)子系統(tǒng)兩部分組成，在控制系統(tǒng)采購費(fèi)上兩系統(tǒng)基本持平。設(shè)備采購費(fèi)的差別主要在氣瓶間內(nèi)設(shè)備上，HFC-227ea滅火系統(tǒng)所需氣瓶數(shù)量約為IG541滅火系統(tǒng)的1/4，同時后者氣體存放壓力高，各部件的性能、質(zhì)量以及輸送氣體的管道的承壓標(biāo)準(zhǔn)也有較高的要求。因此，在管網(wǎng)系統(tǒng)采購費(fèi)上，IG541滅火系統(tǒng)高于HFC-227ea滅火系統(tǒng)。

根據(jù)土建造價、設(shè)備采購費(fèi)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)及藥劑費(fèi)用綜合比較，可以得出以下結(jié)論：IG541滅火系統(tǒng)前期建設(shè)投資比較高，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用比較低；HFC-227ea滅火系統(tǒng)前期投資相對較低，但后期維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用相對較高。綜合來看，兩種系統(tǒng)總造價相差不大。

8 結(jié)束語

目前，在國內(nèi)地鐵工程中較為成熟并廣泛應(yīng)用的是IG541滅火系統(tǒng)和HFC-227ea滅火系統(tǒng)。已經(jīng)投入運(yùn)營的北京、上海、廣州地鐵絕大部分線路均采用IG541滅火系統(tǒng)，而采用HFC-227ea滅火系統(tǒng)且已投入運(yùn)營的地鐵線路為深圳地鐵1號線、2號線，南京地鐵1號線、2號線、3號線及S1號線。

雖然IG541滅火系統(tǒng)在初投資方面高于HFC-227ea滅火系統(tǒng)，更高的工作壓力級別對各產(chǎn)品部件的承壓標(biāo)準(zhǔn)、密封效果、輸送管道的施工質(zhì)量及維護(hù)管理提出了較高的要求，但它在建筑布置靈活性、組合分配系統(tǒng)的適用性等方面都具有HFC-227ea滅火系統(tǒng)不可比的優(yōu)勢，環(huán)保性能也更佳。因此，地鐵工程中采用得更多的是IG541滅火系統(tǒng)。