惰性气体灭火系统工程应用差异分析

董加强

摘要：本文简述惰性灭火系统分类及特色，介绍惰性气体灭火设备标准四种分类IG01/IG541/IG55/IG100及应用场所，分析各自的优劣势，指出惰性气体灭火设备发展趋势是高压存储，技术关键是保证稳压减压及软件校验。通过对国内原CCCF及国际认证机构UL/FM/VDS获证情况的汇总，归类总结各产品应用现状;为国内消防制造商开发扩充产品及客户工程应用提供选型参考，推动我国消防技术与国际接轨，消防技术更环保、安全可靠、经济高效。

关键词：消防;气体灭火;惰性气体;氮气灭火系统

哈龙灭火剂1211/1301之前因灭火效率高而被广泛应用;1980年左右，专家研究表明包括哈龙灭火剂在内的氯氟烃类物质在大气中排放，将导致对大气臭氧层破坏，危害人类生存环境。1990年全球50多个国家共同签定《蒙特利尔议定书》（修正案），决定逐步停止生产和逐步限制使用氟利昂、哈龙灭火剂。我国紧跟国际发展，全面开展惰性气体/洁净气体/细水雾产品开发。公安部对应编制了产品规范GA400-2002气体灭火系统及零部件性能要求和试验方法;2010年更新为国家标准GB25972-2010气体灭火系统及部件。

低于15%的含氧量是不会让火燃烧的，因为根本就没有氧气来给火提供燃料。12%—15%的氧气足以维持人类的生命。氧气浓度在12%—10%之间会有明显的影响迹象。惰性气体灭火系统提供的气体或气体混合物可用来将氧气降低到15%以下和12%以上。

惰性气体以压缩气体形式储存在高压气瓶中。发生火灾时，灭火剂通过管道网络进入保护区域，并通过喷头喷射到燃烧区域。管道网络的结构，尺寸以及灭火喷头的排列都要进行精确的水利计算得出。自动灭火系统也可保护多个保护区域。灭火剂的储量应按其中最大的一个保护区域计算。

一、IG01/IG541/IG55/IG100气体灭火系统特色

（一）IG01氩气灭火系统

氩气自动灭火系统的应用场所要求最迅速灭火，并且灭火剂不对保护区域及设备产生损坏的情况。因此，它特别适用于计算机房、控制中心、图书馆、档室馆、贵重物品库、电站（变压器室）、电讯中心、洁净厂房等重点单位的消防保护。

（二）IG541灭火系统

IG541灭火系统是由52%的氮气、40%的氩气、8%的二氧化碳经过精确严格的物理方式以52%、40%、8%的比例混合而成;IG541混合气体氧含量降低到约12.5%，而二氧化碳的含量增加到约3%。二氧化碳含量的增加增强了人的呼吸速率和身体吸收氧气的能力。简单地说，人体受到二氧化碳的刺激，呼吸得更深更快，以补偿大气中较低的氧气含量。

（三）IG55灭火系统

IG55灭火系统由50%的氮气、50%的氩气混合而成。这个比例的气体混合，使灭火剂具有更好的浮力，在保护空间内喷放时保持在较长较高的水平，更有助于灭火及防止复燃。

（四）IG100氮气灭火系统

IG100氮气灭火系统100%采用来源于大气的纯氮气作为灭火剂。氮气是空气的主要成分，对环境没有任何不良影响。氮气相对于空气比重为0.97，能够在保护区内释放后保持恒定灭火浓度，保证灭火效果，有效防止复燃。在灭火剂喷放过程中或喷放之后，喷放出来的氮气可以冲淡空气中的有毒物质的浓度。研究证明在这种环境下，有现场人员在保护区，人体会自动减慢呼吸频率，减少吸入有害物质。

二、差异分析

（一）系统参数及认证统计

全球各个地域厂家推广的惰性气体产品不太相同，数据表明我国惰性气体灭火设备企业多，且集中在IG541及IG100;欧美整体企业少，比较平均。全球IG541的应用处于领先地位。IG100在日本应用广泛。

（二）工作压力

在原CCCF认证中，惰性气体工作压力为15/20MPa;國内其中15MPa获证企业96家，20MPa获证企业6家。20MPa生产企业均采用国际先进技术容器阀，亦保证安全可靠。UL认证中，15/20/30MPa全有的企业1家，20Mpa企业1家，20/30MPa企业9家，28MPa企业1家，30MPa企业2家。FM认证中，15/20/30MPa全有的企业1家，20/30MPa企业8家。VDS认证中，均为20/30MPa，企业23家。

（三）环境因素

环境因素主要体现在臭氧耗减潜能值ODP（ozone depression potential）、全球变暖潜能值GWP（global warning potential）、大气存留时间ALT（atmospheric lifet ime）。美国NFPA2001标准给出的数据中，这几项均为零。笔者认为IG541灭火剂中含有二氧化碳，按CO2的含量比例及其GWP计算，GWP应该算0.08。

（四）对生命和财产保护

1.生命安全保护

IG541混合气体是由氮气、氩气和二氧化碳以52：40：8的体积比例混合而成，充装上应严格控制工艺流程。其含二氧化碳可刺激人体呼吸加速;环境中燃烧产物如CO，SO2等有害气体和烟尘对人体健康不利，毒烟是火灾中致人死亡的第一大杀手。保护区内3%的二氧化碳浓度下人有轻微的头痛症状，在5%的二氧化碳浓度下，人会有危险。设计时应按规范严格控制浓度。

G100氮气系统采用大气78%的氮气为灭火剂，从空气中分离制取，来源广泛，充装费用低廉，对人健康无影响。

IG01氩气为单一的洁净气体，性能稳定，不和其他物质反应。相比其他需要混合的气体系统，在储存及充装上有一定优势。

IG55氮气、氩气是空气中的组成部分，灭火剂来源广泛，直接从空气中提取，非合成品，通过专用过程塔进行浓缩和液化。灭火前后无化学变化，对人健康无影响。

2.对财产的保护

IG541含有8%的CO2，CO2易与水结合为碳酸，在长时间高压状态下，会对钢瓶有腐蚀作用，对钢瓶安全有影响。安全的关键是严格控制惰性气体含水率。

IG100/IG55/IG01中的氮气、氩气贮存状态稳定，喷放时不雾化，火焰接触及高温条件下不会分解产生有毒或有腐蚀性分解物;喷放时保护区能见度不受影响，紧急出口位置清晰可见，保护区人员可安全离开。

（五）灭火效率

1.灭火时间

各种系统的灭火时间是和灭火剂的喷放时间直接相关。标准规定惰性气体灭火系统设计95%喷放时间不应大于60s且不应小于48s。灭火时间上几种惰性气体灭火系统没有太大差异。

2.灭火浸渍时间

浸渍时间可以体现灭火系统灭火效果，各个系统在设计规范上都有定义，最大灭火浸渍时间为20min。

IG541在喷放一段时间后分层分布，CO2在下，氩气中下层，氮气在上层。

IG100氮气相对空气比重为0.97，和空气的密度相近，全淹没灭火时可与周围空气很好地进行混合，保证了保护区内的空气稳定。

IG01氩气对空气比重1.3，喷放后类似二氧化碳，在保护空间的下层。

IG55氮气、氩气喷放一段时间后分层分布，氩气中下层，氮气在上层。

三、结语

参考国际消防标准及国际消防供应商产品特色，本文对比分析四种常用惰性气体灭火系统各自优劣势。综合对比，更高压力的IG100在保护环境、安全性和高效灭火三大方面的更有优势，越来越受到公众的认识和关注，建议国内消防厂家在国际IG100惰性气体灭火技术上学习并创新，更好满足社会日益增长的环境保护及消防安全需求。