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(guān)鍵詞：氣體滅火系統(tǒng)；哈龍?zhí)娲罚缓侠磉x型；工程應(yīng)用一概述氣體滅火系統(tǒng)是指平時(shí)滅火劑以液體、液化氣體或氣體狀態(tài)存貯于壓力容 器內(nèi)，滅火時(shí)以氣體（包括蒸汽、氣霧）狀態(tài)噴射作為滅火介質(zhì)的滅火系統(tǒng)。 并能在防護(hù)區(qū)空間內(nèi)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(dá)到規(guī)范規(guī)定的浸漬時(shí)間，實(shí)現(xiàn)撲滅該防護(hù)區(qū)的空間、立體火災(zāi)。二十世紀(jì)八十年代初有關(guān)專家研究表明，包括哈龍滅火劑在內(nèi)的氯氟烴類 物質(zhì)在大氣中的排放，將導(dǎo)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(gè)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(chǎn)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(chǎn)哈龍 1211滅火劑， 2010年停止生產(chǎn)哈龍 1301滅火劑。并于 1996 年頒布實(shí)施中國消防行業(yè)哈龍整體淘汰計(jì)劃 。1996年以后，哈龍?zhí)娲芳捌涮娲夹g(shù)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(yàn)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(chǎn)、檢驗(yàn)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(yīng)用中技術(shù)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(hù)對象的破壞性、人員的安全性、安全濃度驗(yàn)算、工程 造價(jià)、技術(shù)成熟程度進(jìn)行分析。1 、滅火效果滅火效果應(yīng)從滅火濃度、滅火劑用量、滅火速度三個(gè)方面進(jìn)行衡量。表1滅火效果對比滅火系統(tǒng)性能指 標(biāo)三氟甲

4、烷七氟丙烷高壓二氧化碳IG-541常壓下沸點(diǎn)C）82.116.456.6320.0滅火機(jī)理物理方式（降低 氧濃度、冷卻）物理方式部 分化學(xué)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(shí)間（s）10106060滅火 濃度A類危險(xiǎn) 物表面火15%5.8%36.47%28.1%n-庚烷12%6.6%20.6%29.1%設(shè)計(jì)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(jià)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(xué) 方式滅火，三氟甲烷屬液化氣體、七氟丙烷屬液態(tài)（氮?dú)庠鰤海瑖姺艜r(shí)對防 護(hù)區(qū)有一定的冷卻作用，但三氟甲烷由于沸點(diǎn)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(shí)對防護(hù)區(qū) 有降低氧濃度和明顯的冷卻作用，IG-541僅以稀釋防護(hù)區(qū)氧濃度的窒息作用實(shí) 施滅火。2、環(huán)保性能國際上衡量環(huán)保性的主要指標(biāo)是對大氣臭氧層耗損潛能值（ODP、溫室效 應(yīng)值（GWP、滅火劑在大氣中的存活壽命（ALT。從保護(hù)臭氧層的角度考慮， 首先要求所使用的滅火劑ODPfi小于0.05或?yàn)?,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(yīng)影響，而且與二氧化碳一起被京都會(huì)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(guān)注。二氧化碳是引起全球環(huán)境溫室效應(yīng)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?dú)狻鍤夂蜕倭慷?氧化碳?xì)怏w組成，受熱不會(huì)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(chǎn)品。但在火場高溫情況下，氮?dú)饨M份會(huì)參與化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生NO NO2等有害物質(zhì)表2環(huán)保性能對比滅火系統(tǒng)性能指標(biāo)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(jià)好差較好最好3、對保護(hù)對象的破壞性通信機(jī)房、計(jì)算機(jī)房所采用的都是精密設(shè)備，通導(dǎo)性和清潔性都要求非常 高，滅火劑在火場高溫下所產(chǎn)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(jié)露”、“冷激”、“冷淬”現(xiàn)象，對保護(hù)對象的金屬表面、電路板、 芯片等會(huì)產(chǎn)生不同程度的損害，在保護(hù)精密設(shè)備和珍貴財(cái)物時(shí)應(yīng)特別關(guān)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(chǎn)生氫氟 酸(HF,對保護(hù)對象的金屬、玻璃表面會(huì)產(chǎn)生腐蝕，生成氫氟酸的多少與藥 劑本身、火災(zāi)的大小、滅火時(shí)間長短有關(guān)。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(hù)區(qū) 溫度會(huì)急劇下降，對保護(hù)對象產(chǎn)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(huì)發(fā)生反應(yīng)，但減壓孔板和管網(wǎng)設(shè)計(jì) 應(yīng)嚴(yán)格采用經(jīng)國家有關(guān)部門審核的計(jì)算軟件進(jìn)行并采用徑向或擋板噴頭，否則 將產(chǎn)生高壓氣流的沖擊，對保護(hù)對象形成威脅。在目前計(jì)算軟件為國外壟斷的 情況下，不宜盲目憑主觀想象設(shè)計(jì)推廣。表3對保護(hù)對象的破壞性滅火系統(tǒng)性能指標(biāo)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(xiǎn)性綜合評價(jià)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(gè)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(hù)區(qū)內(nèi)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(huì)影響人的正常呼吸，產(chǎn)生危險(xiǎn)，二氧 化碳濃度超過20%會(huì)很快引起中毒反應(yīng)，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(hù)區(qū)的能 見度。滅火系統(tǒng)性能指標(biāo)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(jià)最好最差較好好NO

10、AE是指對生理影響無不良反應(yīng)的最高濃度。LOAE是指對生理影響產(chǎn)生 不良反應(yīng)的最低濃度。LC50-是指鼠群在暴露4小時(shí)過程中半數(shù)死亡的滅火劑 濃度。ALC是指鼠群在暴露4小時(shí)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(shí)二氧化碳噴放時(shí)會(huì)因迅速氣化吸熱，造成人員凍傷，產(chǎn)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(huì)產(chǎn)生毒性分解物，根據(jù)美國科學(xué)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(dāng)IG-541濃度超過52%寸，根據(jù)NFPA-2001及ISO14520規(guī)定禁止使用在有人場所 同時(shí)由于系統(tǒng)壓力高，噴放時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的噪音及高速氣流產(chǎn)生灰塵、輕質(zhì)物 品飛揚(yáng)，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(chǎn)生的氫氟酸分解物有一定 的毒性，有強(qiáng)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(yuǎn)低于七氟丙烷，產(chǎn)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(hù)經(jīng)常有人場所，三氟甲烷、七氟丙烷、IG-541可用于保護(hù)經(jīng)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(xiǎn)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(hù)經(jīng)常有人場所的氣體滅火系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)也必須對每個(gè)防 護(hù)區(qū)進(jìn)行必要的濃度核算（特別是IG-541、七氟丙烷的設(shè)計(jì)滅火濃度與LOAEL 值非常接近），確保實(shí)際噴放后防護(hù)區(qū)的滅火劑濃度在允許的LOAELS以下， 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)應(yīng)將系統(tǒng)設(shè)置在手動(dòng)啟動(dòng)狀態(tài)，避免系統(tǒng)誤噴造成人員傷害，同時(shí)， 應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，留夠不少于 30s 的延遲啟動(dòng)時(shí)間，便于人員逃離火災(zāi)現(xiàn) 場。5、安全濃度驗(yàn)算在平時(shí)有人值班的場所使用氣體滅火系統(tǒng)時(shí)，實(shí)際設(shè)計(jì)濃度不應(yīng)

13、超過 NOAEL 值，若實(shí)際設(shè)計(jì)濃度介于NOAE值和LOAELS之間，根據(jù)NFPA-2001及 ISO14520規(guī)定應(yīng)提供一定措施(如按人員數(shù)量配置足夠的逃生面具)，限制人 員與滅火劑的接觸時(shí)間不超過 5min。1) 七氟丙烷、三氟甲烷的實(shí)際設(shè)計(jì)濃度(C%按下列公式進(jìn)行驗(yàn)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(shí)際設(shè)計(jì)濃度(C%按下列公式進(jìn)行驗(yàn)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(shí))應(yīng)特別注意：在組合分配系統(tǒng)中多個(gè)防護(hù)區(qū)之間，出現(xiàn)個(gè)別防護(hù)區(qū)滅火劑 用量不為系統(tǒng)單個(gè)鋼瓶儲存滅火劑量的倍數(shù)時(shí)， 而實(shí)際滅火時(shí)是按整個(gè)鋼瓶儲 存滅火劑量噴放，由此將會(huì)造成個(gè)別防護(hù)區(qū)實(shí)際設(shè)計(jì)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(dāng)靠近，若不加以重視，將存在誤噴時(shí)造成人員 傷亡事故的危險(xiǎn)隱患。6、工程造價(jià)氣體滅火系統(tǒng)工程造價(jià)包括含滅火劑用量、設(shè)備造價(jià)、管網(wǎng)造價(jià)、儲瓶間占用面積等四大部分，衡量一個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)應(yīng)綜合考慮。高壓二氧化碳、 I

15、G-541 儲瓶數(shù)量多，儲瓶間面積占用面積大；七氟丙烷和 三氟甲烷儲瓶數(shù)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(fèi) 水平不一，儲瓶間每平方米造價(jià)在 500020000元之間。以下表4.1、表4.2 按10000元/川計(jì)算。不同類型的保護(hù)對象，氣體滅火系統(tǒng)工程造價(jià)亦不同，以下按1000m3的檔案、圖書資料庫和1000m3的通信、計(jì)算機(jī)房為例進(jìn)行造價(jià)比較。各氣體滅火系統(tǒng)的工程造價(jià)詳見表4.1、表4.2表4.1氣體滅火系統(tǒng)的工程造價(jià)造價(jià)指標(biāo)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(shù)（個(gè)）13541543儲瓶間面積（川）7.2248

16、19.2設(shè)備造價(jià)（萬元）27.331.635.231.0 :管網(wǎng)造價(jià)（萬元）2.01.52.01.5工程投資（萬元）29.333.137.232.5儲瓶間費(fèi)用（萬元）7.224.08.019.2前期總投資（萬元）36.557.145.251.7投資評價(jià)最低最高低高（保護(hù)對象為檔案、圖書資料庫時(shí)）護(hù)對象為通信、計(jì)算機(jī)房時(shí)）表化氣體滅火系統(tǒng)的工程造價(jià)保造價(jià)指標(biāo)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(shù)（個(gè)）10361239儲瓶間面積（川）6176.817.6設(shè)備造價(jià)（萬元）21.020.233.128.3 :管網(wǎng)造價(jià)（萬元）2.01.52.

17、01.5工程投資（萬元）23.021.735.129.8儲瓶間費(fèi)用（萬元）6.017.06.817.6前期總投資（萬元）29.038.741.947.4投資評價(jià)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(guān)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(shí)，滅火劑儲存鋼瓶的工作壓力為 5.3MPa不應(yīng)采用 焊接鋼瓶。但目前各廠商為利益驅(qū)動(dòng)，幾乎都采用焊接鋼瓶，為了準(zhǔn)確性，全 部按無縫鋼瓶考慮。設(shè)備、管網(wǎng)造價(jià)按目前市場平均價(jià)格計(jì)算。7、技術(shù)成熟程度目前，高壓二氧化碳滅火系統(tǒng)從滅火劑、產(chǎn)品、設(shè)計(jì)、施工驗(yàn)收都有國家

18、標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，技術(shù)比較成熟。 1929 年美國頒布了世界上第一個(gè)二氧化碳滅火系 統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，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(jīng)頒布和正式編制的關(guān)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(shù)條件 GB16669-1996二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范一 GB50193-93 (1999修訂版)氣體滅火系統(tǒng)施工及驗(yàn)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(chǎn)品，國內(nèi)技術(shù)相對不成熟。目前國家對此僅有部分產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)出臺，設(shè)計(jì)規(guī)范尚未成熟，系 統(tǒng)設(shè)計(jì)基本依據(jù)部分地方標(biāo)

19、準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)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(wǎng)計(jì)算比較復(fù)雜， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有誤可能引起管道破裂、防護(hù)區(qū)壓力過高等危險(xiǎn)，要求設(shè)計(jì)精度較高， 手工計(jì)算幾乎不可能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須采用專用的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件，國外企業(yè)對 此進(jìn)行技術(shù)封鎖，使國內(nèi)該產(chǎn)品的推廣受到很大限制。已經(jīng)頒布的關(guān)于哈龍?zhí)娲鷾缁鹣到y(tǒng)的國際或國外標(biāo)準(zhǔn)如下：氣體滅火系統(tǒng)物理性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì) (ISO14520：2000)潔凈滅火劑滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) ( NFPA200：1 2000)已經(jīng)頒布和正在編制的關(guān)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(yàn)方法 GA400-2002七氟丙烷(HFC-227ea潔凈氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范一 DBJ15-23-1999惰性氣體 IG-54