地铁车站设计中气体灭火剂的选用

穆永信

(中铁电气化勘测设计研究院有限公司，天津　300250)



地铁车站设计中气体灭火剂的选用

穆永信

(中铁电气化勘测设计研究院有限公司，天津300250)

地铁车站人员密集，设备房间较多，火灾危险性大，所以地铁设计规范要求地铁车站重要的电气设备房间设置自动灭火系统。气体灭火剂种类较多，使用范围各不相同，且各有优点和缺点。文章从灭火机理、灭火效果及灭火剂对人、设备和环境的影响等多方面进行分析，确定出IG541和七氟丙烷更适合于地铁车站的设计。

地铁；设计；气体灭火；灭火剂

近年来，很多城市的地铁建设迎来爆发期，地铁在城市交通中也发挥着越来越重要的作用。地铁车站人员密集，且大部分位于地下，发生灾害危险性大，根据国内外有关资料统计，地铁车站可能发生的灾害事故有火灾、水淹、地震、冰雹等灾害，但发生火灾事故最多，而且人员伤亡和经济损失最严重，所以地铁防灾把防止火灾事故防灾主要地位[1]。《地铁设计规范》要求重要的设备房间设置自动灭火系统，考虑到对设备的保护和火灾时人员的有效和迅速地疏散，目前主要采用气体灭火系统。本文就气体灭火系统设计中灭火剂的选用进行对比和分析。

自1991年我国政府签署了《蒙特利尔议定书》后，卤代烷灭火剂逐步被淘汰。目前常用的灭火剂有七氟丙烷、IG541混合气体、二氧化碳及热气溶胶等。任何一种灭火剂都有其缺点和优点，下面从灭火机理、灭火效果及对人、设备和环境的影响等各方面进行分析，以确定适合于地铁设计的灭火剂[2]。

1　七氟丙烷

1.1物理特性及灭火机理

七氟丙烷化学分子式为CF3CHFCF3，简称为HFC-227ea，商品名称为FM-200，其无色、无味、低毒、不导电，为我国开发最早的哈龙替代物[2]。其灭火机理是以化学灭火为主，兼有物理灭火作用。由于七氟丙烷属液化性气体，常温下为气态，当由钢瓶经管道及喷嘴喷放到防护区后，迅速汽化并吸收大量的热，以冷却火焰温度，消除热能，接下来在高温下分解的产物(如氟)捕捉燃烧中活性基H+、OH-，进而最终阻止燃烧的连锁反应[3]。

1.2灭火效果

七氟丙烷灭火效率比较高、灭火速度快，能以较低的灭火浓度，可靠的扑灭电气火灾、固体表面火灾、液体火灾及灭火前能切断气源的气体火灾。但由于卤素原子活性基中以氟的自由基半径最小，捕捉燃烧中活性基的能力低，加之产生的HF稳定(这也是HF生成量大的原因之一)，不像HBr和HI有再次捕捉OH-活性基的作用，所起到的燃烧断链作用就小。故七氟丙烷的化学灭火作用低于哈龙1301、1211[4-6]。

1.3环境效应

七氟丙烷对大气臭氧层无破坏作用(ODP值为零)，但有一定的温室效应(GWP=2050)，大气存活寿命也比较长(ALT=31～42年)，而且与二氧化碳一起被京都会议决议《气候变化框架公约》纳入受控范畴，但由于其灭火剂用量很少，整体环境影响不大，没有引起人们过多的关注。

灭火剂本身对周围环境安全无破坏，清洁、无残留物。但在高温条件下，进行分解所产生的氟遇氢会产生氢氟酸(HF)酸性气体，对设备有一定的潜在危害(此为卤代烷灭火剂的共同缺点)，且火势越大，七氟丙烷接触到火或受热面的时间越长，副产物越多。

在设计浓度范围内(对于地铁车站设备房间，灭火设计浓度宜采用8%，无毒反应浓度为9%，有毒反应为10.5%)无火情的情况下对人体无害。但由于它以液体状态储存，喷放时大量吸收热量，环境温度降低，凝结空气中水分形成雾状的细小液珠，导致视线不清，可能影响人员逃生。

七氟丙烷灭火效果较好，速度快。地铁车站设有完善的火灾报警系统，会及时发现火情并报警，组织防护区内的人员撤离，并迅速启动灭火模式，使灭火剂在火势发展之前迅速达到灭火浓度，进而控制氢氟酸等副产物的生成，减小对设备的损害。综合考虑，七氟丙烷可以应用于地铁车站设备用房的灭火系统。

2　IG541混合气体

2.1物理特性及灭火机理

IG541由氮气(体积分数52%)、氩气(体积分数8%)、二氧化碳(体积分数8%)三种气体组成，商品名为INERGEN，中文名称烟络尽，是一种无色、无毒、不导电的非液化气体。其灭火机理为物理窒息灭火，通过混合气体的喷放，稀释防护区内氧气的浓度，使其迅速降至12.5%左右(氧气浓度降低至15%以下时，大部分可燃物停止燃烧)，进而实现灭火功能[5]。

2.2灭火效果

IG541灭火效果不如七氟丙烷灭火剂，但亦能有效的扑灭设备房间的火灾，适用于电气设备、固体表面、液体及灭火前能切断气源的气体等各类火灾。

2.3环境效应

IG541混合气体，皆为惰性气体，自然界中广泛存在，不会产生温差和腐蚀性分解物，对大气臭氧层无破坏作用(ODP值为零)，温室效应潜质(GWP)为0，在大气中存活寿命为0。可以说IG541混合气体是最为环保的洁净气体灭火剂。但设计中所需灭火剂及钢瓶数量较多，储存压力大，喷放过程中噪声也大[6-7]。

灭火剂本身对设备无破坏，清洁、无残留物、无副产物。且喷放过程中不产生任何化学分解物和温差，不会对精密设备产生“冷激”和腐蚀影响，火灾后的现场也易于清理[3]。

灭火过程中，防护区内氧气浓度将至15%以下(一般可降低至12%)，同时二氧化碳浓度升高(越至4%)，二氧化碳浓度的升高，有利于提升人的呼吸速率和对氧的吸收能力，从而缓解环境中氧气浓度降低对人的影响。灭火设计浓度低于43%时(无毒反映浓度为43%，有毒反映浓度为52%)，对人体安全无害[2-7]。

IG541混合气体能有效的扑灭电气设备火灾，对人体完全无害，当无火灾火其他危险的情况下，即使有人停留在已经喷放的IG541气体的房间中，也不会有丝毫危险，且混合气体无色透明，喷放过程不会模糊视线。可应用于地铁车站气体灭火系统的设计[2-7]。

3　二氧化碳

3.1物理特性及灭火机理

二氧化碳是一种良好的灭火剂，无色、无味、不导电。其灭火机理为物理物理窒息和冷却。储存于高压气瓶中的二氧化碳，在室温下呈液态，当经喷嘴喷至防护区内时，由于压力的降低，而迅速汽化进而扩散到空气中，稀释氧气的浓度进行灭火(使得含氧浓度低于15%)。且二氧化碳汽化时，温度急剧下降，形成细微的固体干冰粒子，干冰吸取周围的热量而升华，进一步起到冷却作用[7-10]。

3.2灭火效果

二氧化碳灭火效果虽然不及七氟丙烷，但其价格低廉，使用范围更广，不仅可以有效扑灭电气设备、固体表面、液体及灭火前能切断气源的气体等各类火灾，还可以用于部分固体深位火灾的设计。

3.3环境效应

二氧化碳灭火剂虽然不会额外产生对污染环境的物质，但二氧化碳被认为是加剧温室效应的主要来源。二氧化碳在释放过程中由于周围温度骤降，会对设备产生“冷激”等影响。由于二氧化碳浓度超过8%时，人呼吸苦难，浓度超过10%时，便会丧失意识，所以二氧化碳适用于无人的场所。

虽然二氧化碳价格低廉，灭火效果好，但考虑到设备和人员的安全性，地铁车站设备用房一把不宜采用二氧化碳做为气体灭火系统灭火剂。

4　热气溶胶[7]

4.1物理特性及灭火机理

由固体化学混合物(热气溶胶发生剂)经化学反应生产的具有灭火性质的气溶胶，包括S型热气溶胶、K型热气溶胶和其他型热气溶胶。气溶胶灭火剂是由氧化剂、还原剂及粘合物结合成的固体状态含能化学物质，属于烟雾型灭火剂。气溶胶微粒直径大部分小于1 μm，浓度大，且高度分散。其灭火机理为化学抑制和物理冷却相结合。在高温燃烧区，热气溶胶 微粒分解出活性游离基K+，可以夺走燃烧链所需的载体H+和OH-，进而中断燃烧链。另外热气溶胶存在吸热的分解反应，起到了一定的冷却作用。

4.2灭火效果及环境效应

热气溶胶灭火效率高，可有效地扑灭A、B类火灾和E类电气火灾。热气溶胶分解后的金属粒子不会 自动挥发到大气中，因此，对自然界大气层无破坏影响。由于热气溶胶微粒不能自动挥发，所以会粘附在设备表面，导致电子设备无法于空气相同，影响设备散热，堵塞光路、盘面等，且分解后的金属微粒在潮湿情况下对铝、锌、硅等存在强腐蚀作用，大大缩短了设备寿命。另外金属微粒的导电性，容易导致电子设备的短路。热气溶胶不透明，喷放后房间的能见度极低，不利于人员的疏散。

虽然热气溶胶灭火效率很高，但考虑到对电子设备的损害和不利于人员的疏散，且气溶胶灭火系统属于无管网系统，不适合于地铁气体灭火系统的设计。

5　结　语

七氟丙烷和IG541从灭火效果及对环境和工作人员的影响等各方面考虑，均适合于地铁气体灭火系统的设计。地铁车站需设置气灭的房间较多，且较分散，通常采用组合分配系统。七氟丙烷管网系统输送距离较短，低压系统最大输送距离为25 m，高压系统最大输送距离也只有70 m，按照地铁工程的规模，必须在停车场内设置较多的气瓶间，系统的设备和气体用量也相应的增加。而IG541管网系统相对来说输送距离较远，可达到100米以上[10]，更适合应用于地铁车站。而对于那些孤立的房间，采用组合分配系统的已失去优势，可考虑采用七氟丙烷柜式系统。

[1]北京市规划委员会.GB 50157-2013 地铁设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2013:596.

[2]吉东梅，黄晓家，张兆宪，等.气体灭火系统选择应用技术研究[J].消防科学与技术，2008，27(11):721-723.

[3]袁玉斗.气体灭火系统的优选研究[D].西安:西安建筑科技大学,2004.

[4]陈泽民，刘连喜，张丽梅，等.气体灭火系统技术的发展及现状[J].消防科学与技术，2005，27(11):721-724.

[5]崔景丽，黄荣仲，陈骏波.气体灭火系统技术比较及应用[J].给水排水，2005，31(6):81-83.

[6]陈泽民，刘连喜，张丽梅，等.气体灭火系统技术的发展及现状[J].消防科学与技术，2005，27(11)：721-724.

[7]张淑峰.惰性气体灭火系统的相关性研究[D].天津:河北工业大学,2010.

[8]陈学民.深圳地铁一期工程中气体灭火系统的选用[J].给水排水，2000,26(11):53-54.

[9]时龙彬.气体灭火系统中几种灭火剂的比较[J].公用工程设计， 2007(04):73-76.

[10]杨晓冬，李宝，张跃勐.气体灭火系统管道输送距离探讨[J].消防科学与技术，2007,26(1)：62-65.

Selection of Gas Extinguishing Agents in the Design of Metro

MUYong-xin

(China Railway Electrification Survey Design & Research Institute Co.,Ltd.，Tianjin 300250,China)

There are usually a lot of people and equipment rooms in subway station，and it is very dangerous when there is a fire in the station.So the automatic fire extinguishing system should be set up by the code for design of metro. There are some types of gas fire extinguishing agents,and each of them has its own advantages and disadvantages.Fire mechanisit,fire effects and the influence on equipment and environmental were analyzed for these fire extinguishing agents, determined the IG541 and HFC-227ea were more suitable for the design of the subway station.

metro；design；gas fire extinguishing；agents

穆永信(1986-)，男，工程师，主要从事地铁消防设计。

TQ038.2

B

1001-9677(2016)03-0203-03