1、1探讨常用的几种气体灭火在消防设计中的应用摘 要: 本文介绍了常用的几种气体灭火介质,并对其特性参数进行详细的说明。对文中的常用的几种气体灭火系统从灭火效果、环保性能、安全性和工程造价四个方面进行全面的比较和分析,同时对气体灭火泄压口的设置进行简单的分析。 关键词: 气体灭火 特性参数 设计选型 泄压口 中图分类号：O659 文献标识码：A 文章编号： 1 概述 近年来，越来越多的建设项目业主主动提出采用气体灭火系统对比较重要或者贵重的设备、区域进行防护。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,气体灭火是最
2、有效最干净的灭火手段。其中,GB 50016-2006建筑设计防火规范 、GB 50045-1995高层民用建筑设计防火规范和 GB 50414-2007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。 2 常用的几种气体系统 目前常用的几种气体灭火系统主要有 CO2 气体灭火系统、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。22.1 CO2 气体灭火系统 在常温条件下，CO2 以无色、无味的气体存在，根据其物理特性，有两种存储方式：高压储存(在 20气温下，储存压力为 5.17Mpa)和低
3、压存储(在-18气温下，储存压力为 2.07Mpa)，CO2 灭火机理主要是窒息，其次是冷却，为物理反应。在众多的卤代烷灭火系统的替代系统中，CO2灭火系统最为成熟，应用也最广泛，在国内高压应用较为普遍，近些年，低压系统应用技术发展也很快。CO2 灭火系统比较经济，能输送距离较远，但其较高的灭火浓度对人非常危险，不宜于有人场所，另外，在释放过程中的冷凝现象可能会对电子元件造成损害。 2.2 七氟丙烷灭火系统 七氟丙烷（FM-200）是一种化学灭火剂,常温下为气态,无色无味、不导电,密度大约为空气的 6 倍，采用高压液化储存。七氟丙烷的灭火机理为抑制化学链反应，其灭火机理及灭火效率与卤代烷“13
4、01”相类似，为主动灭火，在几种替代物中是较为有效的一种。七氟丙烷（FM200）是毒性较低、无色、无味、无二次污染的气体，对人体产生不良影响的体积浓度临界值为 9，其最小设计灭火浓度为 7，因此，正常情况下对人体不会产生不良影响，可用于经常有人活动的场所，特别是它不破坏大气臭氧层，符合环境要求。由于灭火浓度较低，因而储瓶数量较少，占地面积也较小，而且各项指标较为合理，系统功能完善、工作准确可靠，长期储存不泄露。但其灭火系统也有自身的弱点：输送距离短，因为灭火剂的释放必须在十秒种之内完成，达到灭火浓度，否则产生的酸性分解物对人体有害，对被保护设施也有腐蚀性，用于组合分配系统时，3各防护区位置应相
5、对集中。另外灭火剂价格也较高。 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惰性气体灭火剂。其密度近似于空气的密度。其灭火机理是通过降低防护区中的氧气浓度，使其不能维持燃烧而达到灭火的目的，为物理反应，属于被动防火。它是一种绿色环保型灭火剂，在灭火时不发生化学反应，无毒、无腐蚀、具有良好绝缘性能，不会对保护设备构成危害，且灭火剂较为便宜，输送距离也很长，但由于是被动防火，灭火效果稍差，其高压气态存储的方式带来了设计气瓶数量的增加，占地面积大，系统造价高的缺点。 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
6、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。热气溶胶又为 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 作为主氧化剂,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。 2.5 各种气
7、体灭火剂性能参数比较 表 1:各种气体灭火系统性能参数表 4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 气体灭火系统方案选择 在气体灭火系统设计选型中,应综合考虑以下几个方面:灭火效果、环保性、安全性、工程投资。 3.1 灭火效果 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
8、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,从环保角度出发应优先选用烟洛尽和气溶胶。 3.3 安全性 安全性包括对人员的安全性和对保护对象的安全性。灭火剂对人员的影响主要来自三个方面:缺氧、中毒、影响逃生。上已述及，二氧化碳的设计灭火浓度太高，不适宜于人员停留较多的场合。大多数气体灭火5系统都具有不导电、腐蚀性小、无
9、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，但是采用七氟丙烷气体灭火时，会产生酸性分解物；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。 3.4 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。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.气体灭火防护区泄压装置设置 4.1 泄压口面积 气体灭火设计规范(G
10、B50370-2005)中规定:气体灭火系统防护区应设置泄压装置,并给出了相应的计算泄压口面积的公式: Fx=KQ/pf1/2 式中:Fx泄压口面积(m2); K泄压口面积系数;Q灭火剂在防护区内的喷放速率(kg/s); Pf围护结构承受内压的允许压强(Pa)。 在应用上面的公式计算泄压口的面积时，应注意喷射时间的输入。灭火剂的喷射时间不能简单地套用规范中对灭火剂喷射时间的最大限制值，如“通讯机房和电子计算机房等防护区，设计喷放时间不大于 8S”中的 8S。实际管网计算的喷射时间一般在 6-8S 之间，如果计算时喷射时6间都机械的定为 8S，易造成 Q 值偏小，最终计算出的实际泄压面积小于需要
11、的泄压面积而毁坏维护结构，由此破坏防护区的气密性，造成灭火剂流失，无法达到设计的灭火浓度，影响灭火效果。 4.2 泄压口设置位置 气体灭火设计规范中规定：泄压口宜设置在外墙上。但是设计项目千差万别，很难满足这条规定，尤其是民用建筑大多对外墙立面的美观和整体性有一定程度的要求,并对房间内的洁净度及温湿度有较高要求，不顾使用方的要求而在外墙上强行设置泄压装置,是不现实的。实际上消防主管部门,一般对此都持理解的态度,同时会考虑到使用方的实际困难,并在规范允许的范围内给出变通的政策。比如:可以把相邻的走道视为无限大室外空间,在防护区与走道相邻的内墙上设置泄压装置。 4.3 泄压装置选择 泄压装置分为重
12、力、弹簧等机械式或电动式等装置。电动式装置需要 DC24V 消防电源、动作精度高、单位面积的重量大，防尘保温效果好，造价相对较高，但是一般来说，工程项目需要设置泄压口的场所并不多，如果工程资金相对宽裕的话，电动泄压阀是较好的选择，反之，如果用户对洁净度要求不高,或者将泄压装置设置在内墙上(可以保证一定的洁净度要求),维护构件或装修的抗压能力没有保障,工程资金又比较紧张的话,选用低压力设定值的重力式泄压阀比较适合。选用时还应注意该装置是否有限位及自动关闭的措施。 5 结论 每种气体的的物理性质、化学性质、灭火的机理各不相同，不同的7业主要求的侧重点也不一样，所以应针对不同的项目类型、不同的项目地点、不同的保护对象，合理选择气体进行灭火，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。
