氣體滅火系統(tǒng)在建筑消防中的應(yīng)用研究

云曉晴

摘要：采用氣體滅火具有腐蝕性小、不導(dǎo)電以及無殘留物等特點，現(xiàn)在被越來越廣泛的應(yīng)用到建筑消防中，且實際應(yīng)用效果突出，不會對環(huán)境造成二次污染。當(dāng)前建筑工程內(nèi)的電氣、電子設(shè)備逐漸增多，消防安全要求更加嚴(yán)格?；诖?，結(jié)合氣體滅火系統(tǒng)特點，對其在建筑消防中的應(yīng)用進行分析。

關(guān)鍵詞：氣體滅火系統(tǒng)；建筑工程；消防設(shè)計

氣體滅火系統(tǒng)主要用于通信設(shè)施、貴重及精密設(shè)備、電氣線路、變配電設(shè)施以及發(fā)電機組等火災(zāi)的撲救，在工業(yè)以及民用建筑中應(yīng)用比較常見。隨著技術(shù)水平的提升，氣體滅火系統(tǒng)的功能性更加完善，再加上實際應(yīng)用中逐漸積累了一定的經(jīng)驗，可以更好地發(fā)現(xiàn)應(yīng)用中存在的不足，以便于及時做出相應(yīng)調(diào)整，確保其在建筑消防中可以起到良好的作用。

1 常見氣體滅火系統(tǒng)的分類

常見氣體滅火系統(tǒng)可按照所用滅火劑種類、滅火方式、防護區(qū)數(shù)量以及存儲裝置壓力等進行劃分，具體情況如下：

1.1 按滅火劑種類劃分

分為二氧化碳滅火系統(tǒng)、七氟丙烷滅火系統(tǒng)以及混合氣體IG541滅火系統(tǒng)，不同系統(tǒng)的特點不同。二氧化碳滅火系統(tǒng)是利用二氧化碳常溫差壓下為惰性氣體且無色無味的特點；七氟丙烷則是一種氣體滅火劑，同樣無色無味；混合氣體IG541是由氮氣、氬氣以及二氧化碳按一定比例配制而成，各類氣體的配制比例為52%、40%和8%[1]。

1.2 按滅火方式劃分

分為全淹沒滅火系統(tǒng)與局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)兩種。全淹沒滅火系統(tǒng)是指在規(guī)定的時間內(nèi)，向防護區(qū)噴射一定濃度的氣體滅火劑，并使其均勻地充滿整個防護區(qū)的滅火系統(tǒng)。局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)是指在規(guī)定的時間內(nèi)向室內(nèi)或室外的保護對象以設(shè)計噴射率直接噴射滅火劑，在保護對象周圍形成局部高濃度，并持續(xù)一定時間的滅火系統(tǒng)。

1.3? 按防護區(qū)數(shù)量劃分

分為組合分配系統(tǒng)與單元獨立系統(tǒng)。組合分配系統(tǒng)是指用一套滅火系統(tǒng)儲存裝置同時保護兩個或兩個以上防火區(qū)或保護對象的氣體滅火系統(tǒng)。單元獨立系統(tǒng)則是指用一套滅火劑儲存裝置保護一個防護區(qū)的滅火系統(tǒng)。

1.4? 按存儲裝置壓力劃分

分為高壓系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)兩種。其中，七氟丙烷應(yīng)用于高壓系統(tǒng)時，存儲壓力以4.20MPa（表壓）為宜；應(yīng)用于低壓系統(tǒng)時，存儲壓力以2.50MPa（表壓）為宜。二氧化碳應(yīng)用于高壓系統(tǒng)時，20℃條件下存儲壓力以5.17MPa（表壓）為宜；應(yīng)用于低壓系統(tǒng)時，20℃條件下存儲壓力以2.07MPa（表壓）為宜。IG541無論何種條件，應(yīng)用壓力均以15MPa（表壓）為宜。

2 氣體滅火系統(tǒng)的工作原理

2.1? 二氧化碳滅火系統(tǒng)

2.1.1? 系統(tǒng)特點

二氧化碳為惰性氣體，在常溫常壓條件下表現(xiàn)為無色、無味且無導(dǎo)電性，同時兼具中性、無腐蝕的化學(xué)特性，是現(xiàn)在廣泛使用的一種滅火劑。此種氣體滅火系統(tǒng)在面對精密儀器設(shè)備、電氣線路、變配電設(shè)備等特殊環(huán)境時，不會對設(shè)備產(chǎn)生污染，并且具有良好的空間淹沒性，滅火速度比較快[2]。另外，高壓二氧化碳滅火系統(tǒng)在常溫下可實現(xiàn)液態(tài)存儲，在實際應(yīng)用中設(shè)計難度較小，結(jié)構(gòu)設(shè)置簡單，安全性高，再加上運行成本低，實用性比較高。

2.1.2? 系統(tǒng)原理

二氧化碳滅火系統(tǒng)主要是利用窒息作用和降溫作用進行滅火。常溫常壓環(huán)境下二氧化碳以氣相的形式存在，可存儲于高密高壓的氣瓶內(nèi)，而在臨界溫度以下則是以氣液共存的形式存儲。在滅火時，二氧化碳被從氣瓶中釋放出來，此時壓力驟然降低，使得二氧化碳從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，空氣中的含氧量被迅速稀釋。隨著二氧化碳含量的增加，空間內(nèi)火災(zāi)燃燒產(chǎn)生的熱量降低，一旦熱產(chǎn)生率低于熱散失率，燃燒便會停止。二氧化碳釋放時又因焓降的關(guān)系，環(huán)境內(nèi)的溫度會迅速降低，產(chǎn)生細(xì)微的固體干冰粒子，干冰持續(xù)吸收周圍燃燒產(chǎn)生的熱量后升華，達到降溫的效果，配合窒息作用完成滅火[3]。

2.2? 七氟丙烷滅火系統(tǒng)

2.2.1? 系統(tǒng)特點

七氟丙烷屬于低壓液化氣體，滅火效能高，對防護區(qū)內(nèi)發(fā)生的B、C類火災(zāi)以及電氣火災(zāi)均有著良好的滅火效果。七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)具有無污漬、不導(dǎo)電的特點，并且系統(tǒng)所需存儲空間較小，管網(wǎng)工作壓力低，對不同環(huán)境條件均具有較高的適應(yīng)性[4]。

2.2.2? 系統(tǒng)原理

將七氟丙烷應(yīng)用于全淹沒式的滅火系統(tǒng)時，釋放后可以通過物理與化學(xué)反應(yīng)，來消除保護區(qū)內(nèi)的熱能，達到預(yù)防火災(zāi)發(fā)生的目的。從物理方面分析，七氟丙烷分子在汽化時可以迅速降低火焰溫度；化學(xué)方面分析則是因為反應(yīng)過程中會有游離基被釋放，能夠有效阻止燃燒連鎖反應(yīng)的出現(xiàn)，迫使燃燒停止，實現(xiàn)有效滅火。

2.3? IG541滅火系統(tǒng)

2.3.1? 系統(tǒng)特點

IG541是通過氮氣、氬氣以及二氧化碳按照一定比例混合配制得到的，應(yīng)用于滅火系統(tǒng)具有安全性高、無腐蝕且環(huán)保性強等特點。

2.3.2? 系統(tǒng)原理

應(yīng)用IG541氣體滅火系統(tǒng)，通過釋放滅火劑到封閉的環(huán)境內(nèi)，達到降低氧氣濃度的效果，利用窒息作用來撲滅火災(zāi)。[5]

3 氣體滅火系統(tǒng)應(yīng)用注意事項

3.1? 合理選擇設(shè)備材料

氣體滅火系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是針對比較特殊的設(shè)備設(shè)施，相比其他滅火方式，氣體滅火系統(tǒng)的實用性更強。氣體滅火系統(tǒng)的構(gòu)成包括儲存容器、壓力管道以及各關(guān)鍵零部件，其中零部件有閥門、管件、法蘭以及安全保護裝置。滅火系統(tǒng)屬于特種設(shè)備，此類設(shè)備的生產(chǎn)應(yīng)用要求更加嚴(yán)格，如氣瓶作為系統(tǒng)存儲設(shè)備，必須符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且要經(jīng)過安全監(jiān)督管理部門的檢驗，確定各項性能滿足實際應(yīng)用需求。在氣體滅火系統(tǒng)的運用過程中，個別單位經(jīng)常會為了控制成本而放松對設(shè)備材料的要求，部分產(chǎn)品構(gòu)件的設(shè)計、制造以及安裝并非由具有專業(yè)資質(zhì)的單位負(fù)責(zé)，這樣必定會增加使用的風(fēng)險。近年來國內(nèi)管道試壓安全事故的屢次發(fā)生，產(chǎn)品質(zhì)量不達標(biāo)便是主要的原因之一，再加上違規(guī)操作，使得問題發(fā)生的可能性大大增加。因此，氣體滅火系統(tǒng)在建筑中的運用，首要注意事項便是做好設(shè)備材料的選擇，保證各性能均能夠達到應(yīng)用要求，尤其是要加強關(guān)鍵原材料以及關(guān)鍵零部件品質(zhì)的把控，從根源上杜絕因設(shè)備材料帶來的質(zhì)量以及安全問題。

3.2? 系統(tǒng)綜合性設(shè)計優(yōu)化

想要將氣體滅火系統(tǒng)的功能優(yōu)勢完全發(fā)揮出來，很重要的一個因素便是做好設(shè)計管理，保證每一個細(xì)節(jié)參數(shù)的準(zhǔn)確性，為各設(shè)備構(gòu)件的安裝施工提供可靠依據(jù)。

3.2.1? 管網(wǎng)與噴嘴設(shè)計

以七氟丙烷滅火系統(tǒng)為例，七氟丙烷在管道內(nèi)是以壓縮氣體的形式進行輸送的，因為液體與氣體在管道內(nèi)的摩擦阻力存在差異，在設(shè)計時就需要注意此因素造成管路內(nèi)氣體竄流以及氣液分層流動問題的發(fā)生，尤其是在壓力條件不變的情況下，隨著管徑的增大問題發(fā)生的可能性越大。同時，統(tǒng)一防護區(qū)內(nèi)的不同噴嘴，如果不按照統(tǒng)一滅火設(shè)計體積分?jǐn)?shù)以及噴放時間來設(shè)計，就會導(dǎo)致系統(tǒng)防護區(qū)實際滅火體積分?jǐn)?shù)在規(guī)定時間內(nèi)無法達到設(shè)計的滅火體積分?jǐn)?shù)。進行設(shè)計時必須要強調(diào)此方面的控制，保證各項參數(shù)的科學(xué)性，應(yīng)結(jié)合實際情況對噴嘴特性參數(shù)以及主要部件當(dāng)量長度值進行驗證，提高設(shè)計方案的科學(xué)性與可靠性[6]。

3.2.2? 氣瓶設(shè)計

氣瓶是氣體滅火系統(tǒng)的存儲設(shè)備，具有存儲壓力高、使用數(shù)量大以及安裝密度大等特點，只有前期做好綜合性規(guī)劃設(shè)計，才能夠保證后期滅火系統(tǒng)的正常運行。一般建筑中應(yīng)用需要根據(jù)滅火劑的種類、性質(zhì)以及保護對象大小來確定數(shù)量，從十?dāng)?shù)瓶到數(shù)百瓶不等，且每套系統(tǒng)在每平方米要安裝兩個氣瓶。另外，要嚴(yán)格控制氣瓶存儲場所和保護對象的間距，要求必須處于同一建筑物內(nèi)，氣瓶需要在保護對象的鄰近位置。

3.3? 加強安全檢查與維護

加強氣體滅火系統(tǒng)的安全檢查與維護，是延長系統(tǒng)服務(wù)壽命，促使滅火功能順利實現(xiàn)的重要保障。根據(jù)實際情況制定合理的檢修方案，例如每年進行一次監(jiān)督檢查，并根據(jù)安全等級確定全面檢查，且在兩個檢驗周期之間進行一次耐壓試驗?，F(xiàn)在有一部分的氣體滅火系統(tǒng)管理維護工作仍流于形式，無法及時發(fā)現(xiàn)存在的問題隱患，儲存容器因為缺少必要的定期檢驗，很多情況下是帶著隱患運行，甚至是部分構(gòu)件已經(jīng)基本失效，不僅影響系統(tǒng)滅火能效的發(fā)揮，而且存在著較大的安全風(fēng)險。在實際應(yīng)用中必須要積極解決此問題，制定專業(yè)性的檢修方案，開展所有設(shè)備構(gòu)件的性能檢驗，排查存在的各類隱患。并適時展開對配套火災(zāi)報警以及聯(lián)動控制系統(tǒng)的功能性檢查，將系統(tǒng)的檢驗與維護保養(yǎng)工作落到實處，全面提升系統(tǒng)運行綜合效果。

4 氣體滅火系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用

4.1? 工程概述

某建筑工程地下一層到三層共設(shè)置有低壓配電室、高壓配電室、柴油發(fā)電機室、電力電池室以及機房等七個防護區(qū)，為預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生，降低火災(zāi)的威脅，必須要建立功能完善、運行可靠的滅火系統(tǒng)。結(jié)合本工程的某些防護區(qū)內(nèi)安排有專人值守，綜合分析不同滅火劑對環(huán)境以及人員的危害，兼顧經(jīng)濟性原則，最終確定使用七氟丙烷滅火系統(tǒng)。遵循安全、可靠、經(jīng)濟的基本原則，研究分析七氟丙烷滅火系統(tǒng)的運用方案，確定每一個節(jié)點實施的規(guī)范性與專業(yè)性，將火災(zāi)對建筑產(chǎn)生的影響降到最小。

4.2? 防護區(qū)劃分方案

地下一層設(shè)置有高低壓配電室、柴油發(fā)電機室與儲油室，一旦發(fā)生火災(zāi)后果不堪設(shè)想，因此將其設(shè)計成單元獨立滅火系統(tǒng)，管路布置簡單。地下二三層為機房，為達到全淹沒滅火系統(tǒng)的有效應(yīng)用，防火區(qū)最終采用封閉空間的方式進行劃分。其中，電力電池室與機房本身已經(jīng)具備良好的封閉性，以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)均為難燃燒或非燃燒材料，最終確定兩部分為獨立防護區(qū)，同時采用組合分配滅火系統(tǒng)。另外，鑒于各防護區(qū)均無吊頂，地板高度為150mm以及存在著大量的線纜，為避免滅火系統(tǒng)安裝對其他項目的干擾，確定底板下方不安裝噴頭，最后根據(jù)各防護區(qū)的總?cè)莘e來計算確定所需滅火劑數(shù)量，保證達到專業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

4.3? 選擇管網(wǎng)系統(tǒng)

根據(jù)布置形式的不同可分為均衡管網(wǎng)系統(tǒng)與非均衡管網(wǎng)系統(tǒng)兩種。結(jié)合本工程應(yīng)用要求，假如選擇非均衡管網(wǎng)，滅火劑的用量會增加，相應(yīng)的成本投入增多，系統(tǒng)滅火能力不會得到改善，實用性比較低。而選擇應(yīng)用均衡管網(wǎng)系統(tǒng)則能夠?qū)崿F(xiàn)各部分滅火劑的均化，不同空間的濃度與設(shè)計相差較小，可保持較高的滅火效率，管網(wǎng)滅火劑的剩余量少，雖然設(shè)置的管網(wǎng)比較復(fù)雜，但是便于計算，只需要選擇同一種規(guī)格的噴頭便可以滿足應(yīng)用需求[7]。

4.4? 滅火設(shè)計濃度與滅火劑使用方法

按照國家相關(guān)規(guī)定，如果是存在爆炸風(fēng)險氣體以及液體類火災(zāi)防護區(qū)，需要采用惰化設(shè)計濃度；如果無爆炸風(fēng)險氣體、液體類火災(zāi)以及固體類火災(zāi)防護區(qū)，則應(yīng)采用滅火設(shè)計濃度。本工程防護區(qū)內(nèi)存在PC板、絕緣電線電纜以及檔案紙張等，具有可燃性，確定采用滅火設(shè)計濃度。并且，實際應(yīng)用還需要注意滅火劑噴射到防護區(qū)中的實際滅火濃度，在針對單元獨立系統(tǒng)進行設(shè)計時，實際情況與設(shè)計基本一致，而組合分配系統(tǒng)則需要根據(jù)最大防護區(qū)來計算滅火劑儲量，確保不會影響系統(tǒng)滅火能力。

4.5? 滅火劑用量計算

表1? 各防護區(qū)滅火劑設(shè)計用量計算過程以及結(jié)果

序號 防護區(qū) 滅火劑設(shè)計用量計算及結(jié)果

1 低壓配電室 W=1×（360/0.1269）×[9/（100-9）]=280kg

2 高壓配電室 W=1×（176/0.1269）×[9/（100-9）]=137kg

3 柴油發(fā)電機室 W=1×（600/0.1269）×[9/（100-6）]=302kg

4 低壓配電室 W=1×（147/0.1269）×[9/（100-9）]=115kg

5 柴油發(fā)電機室 W=1×（405/0.1269）×[9/（100-9）]=309kg

6 電力電池室 W=1×（460/0.1269）×[9/（100-9）]=358kg

7 機房 W=1×（3010/0.1269）×[9/（100-9）]=2345kg

8 機房 W=1×（3010/0.1269）×[9/（100-9）]=2345kg

本工程氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計采用一套滅火劑儲存裝置，然后按組合分配型式實現(xiàn)各防護區(qū)的保護。所有防護區(qū)均采用全淹沒滅火方式，要保證在規(guī)定時間內(nèi)，保護區(qū)內(nèi)可以達到一定濃度的滅火劑噴放，且均勻的充滿整個防護區(qū)。其中，在進行滅火劑用量計算時，要求實際用量能夠完全滿足最大防護區(qū)應(yīng)用需求，且噴頭工作壓力在相關(guān)規(guī)范內(nèi)。建筑項目所在地為熱帶氣候，冬季氣溫比較高，內(nèi)部只設(shè)置了單冷空調(diào)，在此種氣候條件下，冬季室內(nèi)溫度仍然會低到0℃。因此S=K1=0.1296，海拔修正系數(shù)K=1。各防護區(qū)滅火劑設(shè)計用量計算過程以及結(jié)果如表1所示。

5 結(jié)語

氣體滅火系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用可根據(jù)實際需求進行選擇，確定最佳滅火劑種類，然后通過各細(xì)節(jié)設(shè)計，保證系統(tǒng)滅火功能完善，可以滿足各保護區(qū)的應(yīng)用需求，預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生，降低火災(zāi)造成的損失。

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Application research on gas fire

extinguishing system in building fire protection

Yun Xiaoqing

（Bonded Area Fire and Rescue Brigade of Tianjin， Tianjin 300308）

Abstract：Use gas to extinguish fire has the characteristics of low corrosiveness， non-conductivity and no residue. It is now more and more widely used in building fire protection， and the practical application effect is outstanding， and it will not cause secondary pollution to the environment. At present， the electrical and electronic equipment in the construction project is gradually increasing， and the fire safety requirements are more stringent. Based on this， the paper analyzes its application in building fire protection combined with the characteristics of gas fire extinguishing system.

Keywords：gas fire extinguishing system; construction engineering; fire protection design