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淺議幾種氣體滅火技術(shù)

日期：2024-09-21 17:52
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摘要：
人類社會的發(fā)展對氣體滅火技術(shù)提出了除了滅火、人身**兩大衡量指標(biāo)外的一個新指標(biāo)，即對人類生存的自然環(huán)境的保護指標(biāo)。從根本上講，氣體滅火技術(shù)不但要滅火，還要保護人身**，更要確保不干擾和不破壞人類賴以生存的大自然。
這就是現(xiàn)代滅火技術(shù)發(fā)展的*大特點。
1 幾種典型替代技術(shù)簡介
為了確保盡可能地減少對人類賴以生存的環(huán)境的干擾和破壞，人們舍棄了滅火性能和人身**均為*佳的哈龍滅火技術(shù)，在全球范圍內(nèi)推出多種替代技術(shù),如惰性氣體IG—01，潔凈氣體IGl00和混合氣體IG55，以及IG—541，F(xiàn)M—200和CO2等。
1．1 1G—01氬氣滅火技術(shù)
Ar(氬氣)又稱IG—01。它由100％的惰性氣體氬氣組成，其密度是空氣密度的1.38倍，特別適用于固體深位火災(zāi)，可以維持滅火濃度相當(dāng)長一段時間，達(dá)到抑制火災(zāi)復(fù)燃的作用。氬氣是人類很熟悉的一種惰性氣體，大量應(yīng)用在鋼鐵冶煉等行業(yè)。氬氣是從大氣中分離出來的，因為它的惰性，即使在火災(zāi)造成的高溫高壓下也不參與任何化學(xué)反映。它不導(dǎo)電，無色無味無毒,對環(huán)境和人體沒有任何**影響。
氬氣的罐裝技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)非常成熟，業(yè)主可在任何一家空氣分離廠自行得到。
氬氣滅火采取的是窒息法。它將燃燒區(qū)中的氧氣替換或驅(qū)散，將物質(zhì)燃燒所需的氧氣降到可燃濃度以下，以熄滅燃燒。IG01不足之處在于：滅火濃度高，以氣態(tài)形式儲存，造成貯存瓶組多，裝置龐大。
IG—01全淹沒系統(tǒng)適用于撲救A、B、C類和電氣設(shè)備火災(zāi)。
1．2 1G—100氮氣滅火技術(shù)
N2(氮氣)又稱IG—100，它由100％的氮氣組成，其密度接近于空氣密度。由于由純N2組成，在滅火過程中有可能參加反應(yīng)。其滅火機理為稀釋燃燒區(qū)內(nèi)氧氣，達(dá)到窒息滅火的目的。
1．3 1C—55氮氣氬氣滅火技術(shù)
IG—55由50％氮氣，50％氬氣組成。其密度大于空氣密度。由于含有N2，在滅火過程中有可能參加反應(yīng)。其滅火機理為稀釋燃燒區(qū)內(nèi)氧氣，達(dá)到窒息滅火的目的。
1．4 FM—200七氟丙烷類滅火技術(shù)
FM—200又稱七氟丙烷或HFC—227ea，是HFC的一種。其滅火機理：通過化學(xué)抑制作用終止燃燒的連鎖反應(yīng)，滅火速度快。FM—200滅火過程中會分解出氫氟酸，其酸氣的生成量是哈龍1301的8～10倍。輸送距離短是它的不足。
1．5 IC—541煙洛盡(Inergen)滅火技術(shù)
煙洛盡又稱IG—541，它是氮氣、氬氣和二氧化碳以52:40:8的體積比例混合而成的一種滅火劑。它的3個組成成分均為無色、無味、不導(dǎo)電、無毒的氣體，其密度近似于空氣的密度，由于含有CO2和N2，所以這兩種氣體在滅火過程中有可能參加反應(yīng)。其滅火機理為稀釋燃燒區(qū)內(nèi)氧氣，達(dá)到窒息滅火的目的。其中的二氧化碳主要起刺激人體呼吸作用，但隨著滅火濃度的增大，保護區(qū)內(nèi)的CO2的含量接近于4％時有可能對人體造成危險。IG541的缺點在于：罐裝需特殊設(shè)備，在國內(nèi)只有上海、天津等有限的大城市可以罐裝。
1．6 CO2滅火技術(shù)
二氧化碳(CO2)是地球大氣成分之一，在常溫常壓下是一種無色、無味、不導(dǎo)電、化學(xué)上呈中性、無腐蝕的氣體。其滅火機理主要是稀釋氧氣，起窒息作用，二氧化碳可液化儲存，這種方式比IG01的儲存要方便。由于CO2的濃度達(dá)到10％時在幾分種內(nèi)會使人喪失意識甚至死亡，這一濃度遠(yuǎn)低于其34％的*小設(shè)計濃度。因此CO2系統(tǒng)應(yīng)用于有人環(huán)境時必須考慮人身**防范問題。CO2滅火技術(shù)較為成熟，在哈龍被禁止后又重新被人類所認(rèn)識，發(fā)揮其潛能。
2 哈龍的替代技術(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)
針對某一應(yīng)用場所選擇適當(dāng)?shù)奶娲夹g(shù)，首先要明確選擇的標(biāo)準(zhǔn)，亦即衡量產(chǎn)品性能的指標(biāo)。哈龍?zhí)娲返男阅苤笜?biāo)有很多，包括物理性能、化學(xué)性能等多個方面，但是應(yīng)用性能主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
2．1 對大自然的干擾級別
對大自然的干擾，分A、B和C三級。這是一個宏觀指標(biāo)，定性描述滅火技術(shù)與大自然的協(xié)調(diào)和對大自然的干擾程度。其中人為地通過化學(xué)方法合成的滅火劑對大自然進(jìn)行干擾的為A級，以某種物理方式對大自然進(jìn)行干擾的為B級，幾乎不對大自然產(chǎn)生干擾的為C級。
2．2 臭氧耗減潛能值ODP(ozone depleting poten—tial)
以CFC—11為基準(zhǔn)，設(shè)其ODP值為1。
2．3 全球變暖潛能值GWP(global warning poten—tial)
用于表示和比較消耗臭氧層物質(zhì)對全球氣候變暖影響能力的大小。
2．4 大氣存留時間ALTA(atmospheric lifetime)
表示消耗臭氧層物質(zhì)在大氣中的存在壽命，以年為單位。
2．5 滅火效率
哈龍?zhí)娲锏臏缁饾舛?、滅火時間指標(biāo)綜合反映了滅火劑的滅火效率。
2．6 毒性
滅火劑的毒性包括滅火劑本身的毒性及滅火劑受熱分解產(chǎn)物的毒性兩個方面，常以NOAEL(無毒性反應(yīng)的*高濃度)、LOAEL(出現(xiàn)毒性反應(yīng)的*低濃度)等表示。
2．7 存貯穩(wěn)定性
包括耐熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。
2．8 能見度
能見度的降低不利于人員的疏散，因此對于有人工作場所，能見度成為關(guān)鍵性指標(biāo)。IG01和Inergen為氣態(tài)儲存，在排放時沒有霧氣生成；FM—200和CO2噴射時有較強烈氣化及吸熱效應(yīng)，致使空氣冷凝出現(xiàn)濃霧。
2．9 殘留物
滅火后若有殘留物，為防止發(fā)生意外事故必須清理干凈。氣體滅火劑屬清潔滅火劑，滅火后不留痕跡。
2．10 質(zhì)量與占用空間
對于某些特殊應(yīng)用場所，滅火系統(tǒng)的質(zhì)量與占用空間成為重要的考慮因素。
2．11 工程造價
在保證滅火能力、不破壞環(huán)境、確保人員和財產(chǎn)**的前提下，應(yīng)盡量減少投資，提高哈龍?zhí)娲返男阅軆r格比。
3 氣體滅火系統(tǒng)的定性選擇
3．1 環(huán)境因素
幾種氣體滅火劑的環(huán)境特性參數(shù)見表1[7]：
在進(jìn)行分析時，首先我們把對自然的干擾為A級(即化合物)的滅火劑排除。我們選用B、C級滅火氣體進(jìn)行比較，可以看到，在B、C級中有IG—01、IGLOO和IG55，以及IG—541，IG—541和IG—55均由混合氣體組成，且IG—541含有CO2，IG—55中含有N2，在高溫高壓下有可能參與化學(xué)反應(yīng)，對自然有一定干擾。*后我們來分析C級滅火氣體中的IG—01和IGLOO，這兩種氣體均為單質(zhì)，但I(xiàn)G1OO為N2組成，在高溫高壓下有可能參與化學(xué)反應(yīng)；而IC—01氣體完全由自然界存在惰性氣體組成，它的釋放是將這些氣體放歸自然，對環(huán)境沒有影響。
3．2 毒性
關(guān)于毒性方面的比較，我們分別以對生命的保護和對財產(chǎn)的保護兩個方面來論述。
3．2．1 對生命的保護
對生命的保護主要要求滅火劑毒性低，對人體無影響，有利于防護區(qū)人員的**疏散等。
四種滅火劑的毒性參數(shù)見表2：
從表2可知IG—01、IG—100、IG—55、七氟丙烷和IG—541的NOAEL均不小于系統(tǒng)的*小設(shè)計濃度，就滅火劑在防護區(qū)內(nèi)本身噴放而言，對人體是相對**的。
因此，我們選用IG—01、IG—541、七氟丙烷和C02為代表進(jìn)行比較。
IG—541中由于含有8％的CO2，隨著滅火濃度的增高，保護區(qū)中的CO2：含量隨之增大。特別是對于計算機房類火災(zāi)來說，無論是歐洲CEA標(biāo)準(zhǔn)、德國VDS標(biāo)準(zhǔn)還是我國**的氣體滅火標(biāo)準(zhǔn)(二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范GB50193—93)中同樣要求電子計算機房的滅火濃度為47％，且要求抑制時間10分鐘。此時，IG—541中的CO2的含量接近于4％，有可能會對人體產(chǎn)生危害。
七氟丙烷*小設(shè)計濃度為7.5％，無毒性反應(yīng)的*高濃度(NOAEL)為9％，有毒性反應(yīng)的*低(LOAEL)為10.5％，該三個值比較接近。事實上，當(dāng)防護區(qū)內(nèi)七氟丙烷的濃度在5％～9％時，人員可停留時間為1min。而濃度高于9％時只能用于無人停留區(qū)域。此外七氟丙烷在滅火過程中的高溫條件下裂解有劇毒物氫氟酸產(chǎn)生，散發(fā)著刺鼻的氣味，有一定的腐蝕性。這也是滅火時七氟丙烷必須在10s內(nèi)釋放完畢的關(guān)鍵原因。
CO2對人體危害主要是窒息作用，在有人場合使用具有危險性。
CO2不同濃度對人體的影響詳見表3[8]：
二氧化碳滅火系統(tǒng)的*小設(shè)計滅火濃度為34％(Kb＝1.0)，大于20％為致死濃度。所以CO2滅火系統(tǒng)用于有人的場所必須考慮人員報警與撤離延時噴放問題。
此外，七氟丙烷和CO2以液態(tài)儲存，噴放過程中迅速氣化會產(chǎn)生大量的“白霧”，在一定程度上影響了內(nèi)部人員的**疏散。
IG—01的滅火機理是降低空氣中氧氣的含量。一般而言，當(dāng)氧氣在空氣中的含量低于15％時燃燒難于維持。IG—01在實施滅火時，將氧氣的含量降低至12.05％，使火熄滅。對處于火災(zāi)現(xiàn)場的人而言，正常人在10％以下的氧氣條件下會缺氧。
IG—01是以氣態(tài)儲存的純惰性氣體，噴放時可以清楚地看到緊急出口，在高溫條件下甚至與火焰接觸也不會分解產(chǎn)生有毒或有腐蝕性的分解物。因此IG—01對人員是**的。
因此，從保護生命的角度出發(fā)，在有人場所適合選擇IG—01滅火系統(tǒng)。但I(xiàn)G—01滅火系統(tǒng)也有不可克服的缺點，如因為以氣態(tài)儲存，導(dǎo)致鋼瓶數(shù)量多，且儲存壓力高達(dá)16MPa，高于其他氣體滅火系統(tǒng)，亦可視為一種不**因素。
3．2．2 對財產(chǎn)的保護
CO2是以液態(tài)儲存的滅火劑，噴放時會使防護區(qū)內(nèi)的溫度在短時間內(nèi)急劇下降，使精密設(shè)備和珍貴財物因“冷激”或“冷脆”作用而損壞。噴放時還從周圍吸
收大量熱量，使空氣中的水蒸氣大量凝結(jié)，產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)露”現(xiàn)象而損壞財物。尤其是對計算機房、通信機房內(nèi)的集成芯片、電路有較大影響，并會使電器設(shè)備表面產(chǎn)生靜電積累。
七氟丙烷在一定程度上也存在與CO2相同的危害。由于七氟丙烷在滅火過程在高溫條件下會裂解產(chǎn)生HF等酸性分解物，從而產(chǎn)生結(jié)露，對設(shè)備造成損害。
IG—541以壓縮氣體的形式儲存，噴放時防護區(qū)內(nèi)溫度變化很小，僅為2C左右，不會在保護設(shè)備表面形成冷凝。IG—541由氬氣、 CO2、氮氣氣體組成，由于含有CO2和氮氣，在高溫高壓下有可能會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
IG—01以壓縮氣體的形式儲存，噴放時防護區(qū)內(nèi)溫度變化很小，僅為2C左右，不會在保護設(shè)備表面形成冷凝。IG—01由100％惰性氣體氬氣組成，無腐蝕性，
噴放后無殘留物，滅火時不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不污染環(huán)境，無毒，具有良好的電絕緣性能，不會對被保護設(shè)備構(gòu)成損害。
因此，對于有精密設(shè)備、珍貴財物等的場所，使用IG—01滅火系統(tǒng)較為適宜。
4 氣體滅火性能的定量選擇
滅火效率主要是通過滅火濃度來衡量的，滅火時間和滅火效果也對系統(tǒng)的滅火效率產(chǎn)生影響。
4．1 針對電氣類火災(zāi)滅火性能
三種氣體的滅火性能見表4：
4．2 滅火時間
各種系統(tǒng)的滅火時間是和滅火劑的噴放時間直接相關(guān)的。
不同的氣體滅火系統(tǒng)，噴放時間的規(guī)定不同。對于鹵代烴滅火劑，七氟丙烷(HFC—227ca)《潔凈氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(DBJ15—23—1999)規(guī)定“七氟丙烷的噴放時間，不應(yīng)大于10s”。對于惰性氣體滅火劑，《惰性氣體滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》(1S014520—12氬氣滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn))中規(guī)定氬氣“滅火劑的噴射時間應(yīng)保證在60s之內(nèi)達(dá)到*小設(shè)計濃度的95％”。((1S014520—15》中規(guī)定煙洛盡“滅火劑的噴射時間應(yīng)保證在60s之內(nèi)達(dá)到*小設(shè)計濃度的95％”。《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50193—93)1999中規(guī)定“二氧化碳全淹沒滅火系統(tǒng)的噴射時間不應(yīng)大于60s”。
氟丙烷滅火系統(tǒng)因噴放時間要求較短(小于10s)，極大地限制了系統(tǒng)防護的范圍和距離。
4．3 維持10分鐘滅火效果
氣體滅火系統(tǒng)的滅火效果是由保護持續(xù)時間來保證的。系統(tǒng)設(shè)計時重要的是不但要達(dá)到滅火劑的設(shè)計濃度，而且應(yīng)維持足夠長的浸漬時間，以便有關(guān)人員采取有效的緊急措施來消除危險。這一點非常重要，因為持續(xù)的點火源(如電弧、熱源或陰燃火災(zāi))在氣體滅火劑一旦消散后極有可能復(fù)燃。
CO2的分子量為44，密度約為空氣的1．5倍，IG01的密度約為空氣的1 .38倍，據(jù)檢測IG—01系統(tǒng)能保證維持滅火濃度至少10min。由于密度較大，噴射后滅火劑具有很好的滲透能力，對于深位火災(zāi)而言滅火效果顯著，并能維持相當(dāng)長一段時間。
而IG—541，由于含有40％的氬氣(Ar)，52％的氮氣，8％的CO2分子量分別為40、28和44，在噴放后的一段時間內(nèi)可以保持均勻混合，但一旦失壓，由于各氣體分子量不同，有可能產(chǎn)生各氣體分離現(xiàn)象，即失去了IG—541混合氣體的本性，較難維持足夠長的浸漬時間，從而影響滅火效果。
5 氣體滅火系統(tǒng)的經(jīng)濟比較
滅火系統(tǒng)的造價除了一次性設(shè)備器材投資外，還應(yīng)包括日常的維護保養(yǎng)費，滅火系統(tǒng)的維護保養(yǎng)費用主要包括滅火劑的再填充和瓶站的維護保養(yǎng)費。滅火
劑價格越高，系統(tǒng)的鋼瓶設(shè)備越多，則系統(tǒng)的維護保養(yǎng)費用就越高。
工程實例表明，對滅火劑的再填充費用，七氟丙烷藥劑費用昂貴，但充裝較方便。對于IG—541，由于現(xiàn)在只有天津和上海等有限的幾個大城市可以充裝，所以充裝很不方便，運輸鋼瓶費用昂貴。CO2的再填充費用低廉。
IG—01(氬氣)是氣體分離的副產(chǎn)品，價格便宜，且應(yīng)用廣泛，不但各大城市可以充裝且在各中小城市也可以進(jìn)行再填充。
瓶站的維護保養(yǎng)費用方面，一方面低壓CO2滅火系統(tǒng)由于存在日常壓縮制冷機的運行，所以維護費用相對較高，另一方面IG—01滅火系統(tǒng)由于瓶組數(shù)量較多，且儲存壓力較高，故亦有一定的維護保養(yǎng)費用，但因無運轉(zhuǎn)部件，系統(tǒng)發(fā)生故障的機會要少一點。
綜上所述，就維護保養(yǎng)費來說，七氟丙烷滅火系統(tǒng)*高，低壓CO2滅火系統(tǒng)次之，IG—541再次，IG—01滅火系統(tǒng)*低。
參考文獻(xiàn)：
[門 公安部消防局公消(2001)217號，關(guān)于進(jìn)一步加強哈龍?zhí)娲芳捌涮娲夹g(shù)管理的通知．
[2] IS014520—12氬氣滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，惰性氣體滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)．
[3] VDS2093．07/83，德國VDS氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)．
[4] NFPA2001(1996年版)，清潔滅火劑滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)．
摘至 上海消防網(wǎng)