目前国内气体灭火标准中涉及的几种气体灭火系统

张秀丽 郝丽娟

1 概述

从20世纪80年代开始,随着我国国民经济的飞速发展,大批民用建筑及工业工程中需要采用气体灭火系统的场所越来越多,设备对灭火剂的要求越来越高,对于扑灭可燃气体、地下液压润滑油站、变配电室设备、发电机组、计算机室等带电设备,贵重、精密设备及电气线路等不适宜用水扑灭的火灾,气体灭火作为最有效最干净的灭火手段,日益受到重视。其中,GB50016—2006《建筑设计防火规范》、GB50045—1995《高层民用建筑设计防火规范》和GB50414—2007《钢铁冶金企业设计防火规范》中均明确规定了气体灭火系统的场所,可见气体灭火系统在各类灭火系统中占有很重要的地位。

近年来随着《中国消防行业哈龙整体淘汰计划》的实施,哈龙生产和消费量的大幅度削减,哈龙替代品和替代技术迅速发展,目前国内气体标准中所涉及到的几种气体灭火系统主要有二氧化碳灭火系统、七氟丙烷(FM-200)灭火系统、惰性气体(IG-541)灭火系统和热气溶胶灭火装置等。

本文将主要对以上几种气体灭火系统进行简要介绍,希望能对今后消防设计在选型方面有一定的参考价值。

2 目前常用的几种气体系统

下面对这几种气体灭火系统进行简要的介绍。

2.1 二氧化碳灭火系统

二氧化碳灭火是一种无色、无味、干燥的惰性气体,无腐蚀、不导电,灭火后本身完全气化,没有残留物,对大气臭氧层无破坏。灭火机理主要是窒息,其次是冷却。该技术是成熟的传统灭火技术,在哈龙被禁止后又重新被人类所认识,发挥其潜能。它适用于扑救各种可燃、易燃液体和那些受到水、泡沫、干粉灭火剂的玷污而容易损坏的固体物质火灾。可用于全淹没灭火系统,也是唯一可用于局部应用灭火系统的气体灭火剂。

按照二氧化碳的贮存状态又可分为低压二氧化碳灭火系统和高压二氧化碳贮存系统。在低压二氧化碳灭火系统中,灭火剂存贮在储罐中,贮存压力为2.1MPa,贮存温度为-19℃。高压二氧化碳系统中,灭火剂贮存压力为15MPa。

二氧化碳灭火系统的缺点是灭火设计浓度高,当二氧化碳的浓度达到10%时,在几分钟内会使人丧失意识甚至死亡,这一浓度远低于其34%的最小设计灭火浓度。其次,二氧化碳的灭火过程中会产生白雾,降低保护区的能见度,影响人员的逃离。因此二氧化碳系统应用于有人环境时必须考虑人身安全防范问题。

2.2 七氟丙烷灭火系统

七氟丙烷又称 FM-200或者 HFC-227ea,是HFC的一种。它是一种化学灭火剂,常温下为气态,无色无味、不导电,无腐蚀、无环保限制,不破坏大气臭氧层,大气残留时间较短。在常温下可加压液化,并能全部挥发,灭火后无残留物。其灭火机理与卤代烷相同,为物理方式和部分化学方式灭火。通过灭火剂对燃烧反应的化学抑制作用,即负催化作用而迅速灭火;其特点是沸点低、气化快、分布均匀、灭火速度快。在灭火过程中会分解出微量的氢氟酸有害气体,散发刺鼻的气味,有一定的腐蚀性。

2.3 烟洛尽(IG-541)

烟洛尽是氮气、氩气和二氧化碳以52∶40∶8的体积比例混合而成的一种灭火剂。它的三个组成成分均为无色、无味、不导电、无毒的气体,其密度近似于空气的密度,由于含有二氧化碳和氮气,所以这两种气体在灭火过程中有可能参加反应。其灭火机理为稀释燃烧区的氧气浓度,达到窒息灭火的目的。

2.4 热气溶胶

通常所说的气溶胶,是指以空气为分散介质,以固态或液态的微粒为分散质的胶体体系。气溶胶灭火剂由氧化剂、还原剂、燃烧速度控制剂和黏合剂组成。主要分为热气溶胶和冷气溶胶。冷气溶胶主要指干粉灭火剂,不属于气体灭火。在这里不做详细叙述。

热气溶胶又分为K型气溶胶和S型气溶胶。K型气溶胶发生剂采用KNO3作主氧化剂,含量达到30%以上。S型气溶胶发生剂采用Sr(NO3)2作主氧化剂,以KNO3作辅氧化剂,Sr(NO3)2含量达到35%～50%,KNO3含量10%～20%。

K型汽溶胶灭火机理是吸热降温、化学抑制、窒息和隔离空气。主要以化学抑制为主。S型汽溶胶与K型灭火机理一致,只是由钾盐换成了锶盐。总体来说气溶胶灭火效率较高,造价很低,设置灵活,但是最致命的缺陷是对精密仪器设备、文物、档案造成二次伤害。根源是主氧化剂钾盐造成,灭火剂喷发后的主要固体颗粒是 K2CO3、KHCO3、K2O,三种物质均是极易吸湿或溶于水的物质,均与水能生成强碱性溶液。

2.5 各种气体灭火剂性能参数比较(见表1)

表1 各种气体灭火剂性能参数表

表中:GWP值:温室效应潜能值;ODP值:对臭氧层的耗损潜能值;ALT值:合成物在大气中残留寿命;NOAEL值:对生理影响无不良反应的最高浓度;LOAEL值:对生理反应产生影响的最低浓度;其中,ODP、GWP和ALT属于环保方面的指标,NOAEL和LOAEL属于安全方面的指标。

3 气体灭火系统的选型、设计注意事项

从表1中可以看出,各个灭火剂都各自有优劣之处。在气体灭火系统设计选型中,综合考虑以下几个方面:灭火效果、环保性能、对保护对象的安全性、对人员的安全性、工程投资,综合各方面因素最终确定最佳的灭火方案。

3.1 灭火效果

根据燃烧理论分析,灭火分化学灭火和物理灭火,其中化学灭火主要是指灭火剂通过化学反应,大量捕捉、消耗火焰中的自由基,抑制燃烧反应,化学反应浓度低,灭火速度快。物理灭火又分为:窒息、冷却、隔离燃烧物三种方式。因此从灭火效果看,七氟丙烷灭火系统和气溶胶灭火系统均以化学灭火方式为主,其中七氟丙烷属于液化气体,喷放时对着火区有一定的冷却作用,气溶胶喷放时产生的大量惰性气体对稀释氧气也有一定的作用。因此这两种灭火效果较好。

3.2 环保性能

目前国际上衡量环保性的主要指标是温室效应(GWP)、大气中的存活时间(ALT)、臭氧耗损潜能值(ODP)。从保护臭氧层的角度来看,使用的灭火剂ODP值越小越好,其次要求GWP和ALT值越小越好。

3.3 人员的安全性

任何一种气体灭火剂对人的生命都有一定的危险,安全性是相对的,只是危险程度不同而已。灭火剂对人员的安全主要来自三个方面:缺氧、中毒、影响逃生。影响窒息主要决定于灭火浓度和二氧化碳的浓度,灭火浓度越高,灭火剂释放后,防护区内氧的浓度越低。当二氧化碳浓度超过10%时,会影响人员缺氧;浓度超过25%,会很快引起中毒反应,造成窒息缺氧。药物毒性是指药剂本身的毒性和灭火过程中产生的有毒物质。逃生影响是指灭火剂喷射后产生的粉尘、烟雾影响人员的视线,降低防护区能见度。

3.4 对保护对象的安全性

大多数气体灭火系统都具有不导电、腐蚀性小、无浸渍、灭火后不留痕迹的特点,总体来说对保护对象都是相对安全的。但是在选择时还应根据灭火剂和灭火对象的特性加以选择,因为酸性的分解物的产生、高压气流的冲击,液化气体产生的“冷淬”、“结露”和气溶胶生成物的碳酸盐在保护对象表面产生的“盐雾”,这些都会对保护对象产生一定的损坏。因此在保护对象为精密设备时应当慎重选择灭火剂。

3.5 工程造价

灭火系统的造价主要包括以下四部分:药剂成本、设备造价、管网造价和系统的维护费用。其中系统维护费用主要包括灭火剂的再填充和瓶站的维护保养费。灭火剂的价格越高,系统的钢瓶设备越多,则系统的维护保养费用就越高。

对于高压二氧化碳灭火系统、混合气体系统和氮气系统药剂便宜,但由于灭火剂用量大,系统贮存压力高,钢瓶数量多,其设备造价、管网造价相对较高。低压二氧化碳系统虽然系统压力低,但是设备投资以及后期维护的费用较大,只有在大工程中,才能体现低压系统的价格优势。七氟丙烷系统的灭火剂价格较高,且需要定期更换,药剂成本和维护费用也较大,但由于灭火剂用量少,系统压力低,其设备和管网的造价相对低。气溶胶目前仅局限用于预制式灭火系统,无系统管网,药剂用量少,设备简单,其前期工程造价低,只是药剂环境要求较高,系统后期维护费用较大。

对于同一工程,前期投资混合气体造价最高,其次是七氟丙烷和二氧化碳,气溶胶造价最低。后期维护费用较大的是低压二氧化碳系统和七氟丙烷。

4 结论

各种对于不同的气体,其物理性质、化学性质以及灭火的机理各不相同,所以在不同地域、不同场合,针对不同的保护对象进行设计时,一定要对所选用的气体进行严格比较,最大限度地保护人员以及财产的安全,并能最大限度发挥灭火剂的优点,扬长避短,最后经技术经济比较后确定最合理的灭火方案。

5 其他

气体灭火技术近几年来发展比较迅速,由于气体灭火应用历史发展较短、发展快,相关的国家标准规范也没有提出具体的设计要求,有的气体灭火系统也只有地方标准或者企业标准,给设计人员在选型及设计中带来一定难度,也使一些较好的灭火系统在推广上有一定的难度,因此迫切需要相关部门尽快出台全面的气体灭火设计标准。

[1]陈映熊.气体灭火系统使用现状浅析[J].消防技术与产品信息,2003(4).