氣體滅火系統(tǒng)的合理選型

1、氣體滅火系統(tǒng)的合理選型2007-11-19 22:32摘要：通過對各種氣體滅火系統(tǒng)及其滅火劑理化特性的比較，分析各氣體 滅火系統(tǒng)的適合使用場所及其合理選型配置。關鍵詞：氣體滅火系統(tǒng)；哈龍?zhí)娲?；合理選型；工程應用一概述氣體滅火系統(tǒng)是指平時滅火劑以液體、液化氣體或氣體狀態(tài)存貯于壓力容 器內，滅火時以氣體（包括蒸汽、氣霧）狀態(tài)噴射作為滅火介質的滅火系統(tǒng)。 并能在防護區(qū)空間內形成各方向均一的氣體濃度，而且至少能保持該滅火濃度 達到規(guī)范規(guī)定的浸漬時間，實現(xiàn)撲滅該防護區(qū)的空間、立體火災。二十世紀八十年代初有關專家研究表明，包括哈龍滅火劑在內的氯氟烴類 物質在大氣中的排放，將導致對大氣臭氧層的破壞，危害人

2、類的生存環(huán)境， 1990年 6 月在英國倫敦由 57 個國家共同簽定了蒙特利爾議定書（修正案） ，決 定逐步停止生產和逐步限制使用氟里昂、哈龍滅火劑。我國于 1991年 6月加入了蒙特利爾議定書 （修正案）締約國行列，承 諾 2005年停止生產哈龍 1211滅火劑， 2010年停止生產哈龍 1301滅火劑。并于 1996 年頒布實施中國消防行業(yè)哈龍整體淘汰計劃 。1996年以后，哈龍?zhí)娲芳捌涮娲夹g研究迅速發(fā)展，短短幾年，七氟丙 烷、惰性混合氣體（以下簡稱 IG-541 ）、三氟甲烷等滅火系統(tǒng)相繼出現(xiàn)， 2003 年中華人民共和國公安部發(fā)布了氣體滅火系統(tǒng)及零部件性能要求和試驗方法 （GA40

3、0-2002），對七氟丙烷、三氟甲烷、IG-541、IG-55、IG-01、IG-100 等滅 火系統(tǒng)的生產、檢驗作出明確的規(guī)定。本文通過對各種氣體滅火系統(tǒng)及其滅火劑理化特性的比較，分析各氣體滅 火系統(tǒng)的適合使用場所及其合理選型配置。二性能比較目前，在工程應用中技術較為成熟的氣體滅火系統(tǒng)為：高壓二氧化碳、 七氟丙烷、三氟甲烷、 IG-541 等四種滅火系統(tǒng)，以下對這四種滅火系統(tǒng)從滅火 效果、環(huán)保性能、對保護對象的破壞性、人員的安全性、安全濃度驗算、工程 造價、技術成熟程度進行分析。1 、滅火效果滅火效果應從滅火濃度、滅火劑用量、滅火速度三個方面進行衡量。表1滅火效果對比滅火系統(tǒng)性能指 標三氟甲

4、烷七氟丙烷高壓二氧化碳IG-541常壓下沸點C）82.116.456.6320.0滅火機理物理方式（降低 氧濃度、冷卻）物理方式部 分化學方式物理方式（降低 氧濃度、冷卻）物理方式（降低 氧濃度）噴射時間（s）10106060滅火 濃度A類危險 物表面火15%5.8%36.47%28.1%n-庚烷12%6.6%20.6%29.1%設計滅火濃度范 圍15.6% 19.5%8 10%34 75%36.5 43.9%滅火劑用量（kg/m3）0.542 0.7110.634 0.811.0 3.30.47 0.56m3/ m3滅火速度最快快最慢慢綜合評價最好好最差較差三氟甲烷以物理方式滅火為主，七氟丙

5、烷以物理方式滅火為主、部分化學 方式滅火，三氟甲烷屬液化氣體、七氟丙烷屬液態(tài)（氮氣增壓），噴放時對防 護區(qū)有一定的冷卻作用，但三氟甲烷由于沸點低，靠自身蒸汽壓噴放，噴放速 度較快，稀釋氧濃度的作用也比較明顯。高壓二氧化碳、IG-541均以物理方式滅火，高壓二氧化碳噴放時對防護區(qū) 有降低氧濃度和明顯的冷卻作用，IG-541僅以稀釋防護區(qū)氧濃度的窒息作用實 施滅火。2、環(huán)保性能國際上衡量環(huán)保性的主要指標是對大氣臭氧層耗損潛能值（ODP、溫室效 應值（GWP、滅火劑在大氣中的存活壽命（ALT。從保護臭氧層的角度考慮， 首先要求所使用的滅火劑ODPfi小于0.05或為0,其次要求GWP口 ALT值越小

6、 越好。七氟丙烷、三氟甲烷雖然ODPfi為0,但GW值較高、大氣存活壽命也比較 長，有一定溫室效應影響，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。二氧化碳是引起全球環(huán)境溫室效應的最大元兇， 滅火劑作為溫室氣體自身環(huán)保性能較差。IG-541滅火劑由氮氣、氬氣和少量二 氧化碳氣體組成，受熱不會發(fā)生分解，滅火劑來源于大氣，對環(huán)境沒有任何影 響，屬“綠色”環(huán)保產品。但在火場高溫情況下，氮氣組份會參與化學反應，產生NO NO2等有害物質表2環(huán)保性能對比滅火系統(tǒng)性能指標三氟甲烷高壓二氧化碳七氟丙烷IG-541ODP

7、值0000GW值1.3210.40ALT值267120310綜合評價好差較好最好3、對保護對象的破壞性通信機房、計算機房所采用的都是精密設備，通導性和清潔性都要求非常 高，滅火劑在火場高溫下所產生的分解物以及高壓氣流的沖擊和液化氣體揮發(fā) 引起的“結露”、“冷激”、“冷淬”現(xiàn)象，對保護對象的金屬表面、電路板、 芯片等會產生不同程度的損害，在保護精密設備和珍貴財物時應特別關注。三氟甲烷、七氟丙烷滅火劑均屬于含氟化合物，明焰下受熱分解產生氫氟 酸(HF,對保護對象的金屬、玻璃表面會產生腐蝕，生成氫氟酸的多少與藥 劑本身、火災的大小、滅火時間長短有關。高壓二氧化碳噴放過程中，由于液相和固態(tài)“干冰”的快

8、速汽化，防護區(qū) 溫度會急劇下降，對保護對象產生一定程度的“冷激”、“冷淬”影響。IG-541滅火劑均為惰性氣體，受熱不會發(fā)生反應，但減壓孔板和管網設計 應嚴格采用經國家有關部門審核的計算軟件進行并采用徑向或擋板噴頭，否則 將產生高壓氣流的沖擊，對保護對象形成威脅。在目前計算軟件為國外壟斷的 情況下，不宜盲目憑主觀想象設計推廣。表3對保護對象的破壞性滅火系統(tǒng)性能指標三氟甲烷高壓二氧化碳七氟丙烷IG-541酸性分解物(ppm300100030000殘留物0000其他影響輕微冷激冷激、冷淬輕微冷激存在咼壓氣流沖擊 的危險性綜合評價最好較差好差4、人員的安全性滅火劑噴放后威脅人員安全主要來源于三個方面

9、：缺氧、中毒、影響逃生能否引起人員窒息主要決定于滅火濃度、二氧化碳濃度和氧濃度，滅火濃度越咼，滅火劑釋放后，防護區(qū)內氧濃度越低（低于12%寸），越容易發(fā)生人員缺氧，二氧化碳濃度過高（超過5%寸）會影響人的正常呼吸，產生危險，二氧 化碳濃度超過20%會很快引起中毒反應，造成缺氧窒息。藥劑毒性來源于藥劑 本身的毒性和分解物的毒性。影響逃生主要體現(xiàn)在成霧程度，降低防護區(qū)的能 見度。滅火系統(tǒng)性能指標三氟甲烷高壓二氧化碳七氟丙烷IG-541NOAEU%504943LOAEL( %50510.552LC50 (%65208062ALC( %65308062毒性微毒窒息中毒低毒無毒綜合評價最好最差較好好NO

10、AE是指對生理影響無不良反應的最高濃度。LOAE是指對生理影響產生 不良反應的最低濃度。LC50-是指鼠群在暴露4小時過程中半數死亡的滅火劑 濃度。ALC是指鼠群在暴露4小時過程中近似死亡的大約濃度。表4人員安全性對比火濃度高，易引起人員缺氧窒息；同時二氧化碳噴放時會因迅速氣化吸熱，造成人員凍傷，產生“白霧”影響人員逃生, 禁止使用在有人場所。壓二氧化碳滅火系統(tǒng)由于滅IG-541藥劑本身無毒性，也不會產生毒性分解物，根據美國科學家“低氧 狀態(tài)下的生命維持理論”證明，空氣中含有 3% 5%勺二氧化碳可以刺激人體呼 吸速率加快。IG-541滅火劑中加入的8%!氧化碳，可起到在缺氧條件下，刺激 呼吸

11、加速，滿足人體在缺氧條件下的氧氣需求量，對人體是相對安全的，但當IG-541濃度超過52%寸，根據NFPA-2001及ISO14520規(guī)定禁止使用在有人場所 同時由于系統(tǒng)壓力高，噴放時會產生一定的噪音及高速氣流產生灰塵、輕質物 品飛揚，影響人員的聽覺、視覺。七氟丙烷、三氟甲烷藥劑本身毒性不大，但其產生的氫氟酸分解物有一定 的毒性，有強烈的辛辣氣味，刺激人的呼吸和眼睛，比較而言，三氟甲烷藥劑 毒性遠低于七氟丙烷，產生的氫氟酸量也小于七氟丙烷，對人員的安全性較高公安部公消（2001） 217號文做出明文規(guī)定：二氧化碳滅火系統(tǒng)不能用于保 護經常有人場所，三氟甲烷、七氟丙烷、IG-541可用于保護經常

12、有人場所。任何一種氣體滅火劑對人的生命都有一定的威脅，只是危險程度不同而已， 安全性是相對的。所以，在有人場所，即使選用三氟甲烷、IG-541、七氟丙烷這些可用于保護經常有人場所的氣體滅火系統(tǒng)，在系統(tǒng)設計時也必須對每個防 護區(qū)進行必要的濃度核算（特別是IG-541、七氟丙烷的設計滅火濃度與LOAEL 值非常接近），確保實際噴放后防護區(qū)的滅火劑濃度在允許的LOAELS以下， 系統(tǒng)運行時應將系統(tǒng)設置在手動啟動狀態(tài)，避免系統(tǒng)誤噴造成人員傷害，同時， 應根據現(xiàn)場實際情況，留夠不少于 30s 的延遲啟動時間，便于人員逃離火災現(xiàn) 場。5、安全濃度驗算在平時有人值班的場所使用氣體滅火系統(tǒng)時，實際設計濃度不應

13、超過 NOAEL 值，若實際設計濃度介于NOAE值和LOAELS之間，根據NFPA-2001及 ISO14520規(guī)定應提供一定措施(如按人員數量配置足夠的逃生面具)，限制人 員與滅火劑的接觸時間不超過 5min。1) 七氟丙烷、三氟甲烷的實際設計濃度(C%按下列公式進行驗算。C%=WS/(V+WS七氟丙烷：S=0.1269+0.000513XT (T=20C)三氟甲烷：S=0.3164+0.0012XT (T=20C)2) IG-541的實際設計濃度(C%按下列公式進行驗算。ln(100/100-C)=WS/VS ， C%=1 10WS/ VSIG-541 ： S=0.65799+0.0023

14、9XT (T=20C)VS=0.706(20 C 時)應特別注意：在組合分配系統(tǒng)中多個防護區(qū)之間，出現(xiàn)個別防護區(qū)滅火劑 用量不為系統(tǒng)單個鋼瓶儲存滅火劑量的倍數時， 而實際滅火時是按整個鋼瓶儲 存滅火劑量噴放，由此將會造成個別防護區(qū)實際設計濃度大大超過NOAE值，特別是七氟丙烷的NOAELS( 9%和LOAELS( 10.5%)、IG-541的NOAE值 (43%和LOAELfi( 52%相當靠近，若不加以重視，將存在誤噴時造成人員 傷亡事故的危險隱患。6、工程造價氣體滅火系統(tǒng)工程造價包括含滅火劑用量、設備造價、管網造價、儲瓶間占用面積等四大部分，衡量一個系統(tǒng)的造價應綜合考慮。高壓二氧化碳、 I

15、G-541 儲瓶數量多，儲瓶間面積占用面積大；七氟丙烷和 三氟甲烷儲瓶數量少，儲瓶間面積占用面積少，由于在全國不同的地區(qū)，消費 水平不一，儲瓶間每平方米造價在 500020000元之間。以下表4.1、表4.2 按10000元/川計算。不同類型的保護對象，氣體滅火系統(tǒng)工程造價亦不同，以下按1000m3的檔案、圖書資料庫和1000m3的通信、計算機房為例進行造價比較。各氣體滅火系統(tǒng)的工程造價詳見表4.1、表4.2表4.1氣體滅火系統(tǒng)的工程造價造價指標三氟甲烷高壓二氧化碳七氟丙烷IG-541滅火劑用量（kg）7102250851450 m3儲存鋼瓶數（個）13541543儲瓶間面積（川）7.2248

16、19.2設備造價（萬元）27.331.635.231.0 :管網造價（萬元）2.01.52.01.5工程投資（萬元）29.333.137.232.5儲瓶間費用（萬元）7.224.08.019.2前期總投資（萬元）36.557.145.251.7投資評價最低最高低高（保護對象為檔案、圖書資料庫時）護對象為通信、計算機房時）表化氣體滅火系統(tǒng)的工程造價保造價指標三氟甲烷高壓二氧化碳七氟丙烷IG-541滅火劑用量（kg）5421500666400 m3儲存鋼瓶數（個）10361239儲瓶間面積（川）6176.817.6設備造價（萬元）21.020.233.128.3 :管網造價（萬元）2.01.52.

17、01.5工程投資（萬元）23.021.735.129.8儲瓶間費用（萬元）6.017.06.817.6前期總投資（萬元）29.038.741.947.4投資評價最低低高最高注：滅火劑儲存鋼瓶按70升高壓無縫鋼瓶考慮，按國家有關高壓容器規(guī)定,高壓無縫鋼瓶使用壽命為30牟焊接鋼瓶使用壽命為15年。按GB5099規(guī)定：七氟丙烷滅火系統(tǒng)在50E時，滅火劑儲存鋼瓶的工作壓力為 5.3MPa不應采用 焊接鋼瓶。但目前各廠商為利益驅動，幾乎都采用焊接鋼瓶，為了準確性，全 部按無縫鋼瓶考慮。設備、管網造價按目前市場平均價格計算。7、技術成熟程度目前，高壓二氧化碳滅火系統(tǒng)從滅火劑、產品、設計、施工驗收都有國家

18、標準或規(guī)范，技術比較成熟。 1929 年美國頒布了世界上第一個二氧化碳滅火系 統(tǒng)標準，使二氧化碳滅火系統(tǒng)在西方國家迅速發(fā)展，很快成為僅次于水滅火系 統(tǒng)的第二大滅火系統(tǒng)。已經頒布和正式編制的關于二氧化碳滅火系統(tǒng)的國家規(guī)范如下：CO2滅火劑一GB4396-84二氧化碳滅火系統(tǒng)及部件通用技術條件 GB16669-1996二氧化碳滅火系統(tǒng)設計規(guī)范一 GB50193-93 (1999修訂版)氣體滅火系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范 GB50263-1997七氟丙烷、IG-541、三氟甲烷滅火系統(tǒng)是近幾年才出現(xiàn)的新產品，國內技術相對不成熟。目前國家對此僅有部分產品標準出臺，設計規(guī)范尚未成熟，系 統(tǒng)設計基本依據部分地方標

19、準和企業(yè)標準，設計的規(guī)范性、正確性、可靠性有 待提高。特別是 IG-541 滅火系統(tǒng)，由于屬于可壓縮氣體單相流，管網計算比較復雜， 系統(tǒng)設計有誤可能引起管道破裂、防護區(qū)壓力過高等危險，要求設計精度較高， 手工計算幾乎不可能，系統(tǒng)設計必須采用專用的計算機設計軟件，國外企業(yè)對 此進行技術封鎖，使國內該產品的推廣受到很大限制。已經頒布的關于哈龍?zhí)娲鷾缁鹣到y(tǒng)的國際或國外標準如下：氣體滅火系統(tǒng)物理性能和系統(tǒng)設計 (ISO14520：2000)潔凈滅火劑滅火系統(tǒng)標準 ( NFPA200：1 2000)已經頒布和正在編制的關于哈龍?zhí)娲鷾缁鹣到y(tǒng)的國家、行業(yè)或地方規(guī)范如 下：氣體滅火系統(tǒng)及零部件性能要求和試驗方法 GA400-2002七氟丙烷(HFC-227ea潔凈氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范一 DBJ15-23-1999惰性氣體 IG-54