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三種常用氣體滅火系統(tǒng)的比較
來源：氣體滅火維保 時間：2018-11-12 11:06:34
氣體滅火系統(tǒng)是由滅火劑儲存裝置在規(guī)定的時間內(nèi)通過系統(tǒng)管網(wǎng)和噴頭向保護區(qū)噴射氣體滅火劑，使保護區(qū)內(nèi)達到設(shè)計所要求的滅火設(shè)計濃度，并能將該氣體濃度保持一定的浸漬時間，以達到撲滅火災，并不再復燃的滅火系統(tǒng)。
1、幾種常用氣體滅火系統(tǒng)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安全均為佳的哈龍滅火技術(shù)，在全球范圍內(nèi)推出多種滅火技術(shù),目前比較常用的氣體滅火系統(tǒng)有七氟丙烷FM200、混合氣體IG541和氮氣IGl00等。如下表：
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名稱/項目 |
七氟丙烷HFC227ea |
混合氣體IG541 |
氮氣IG100 |
|
化學組成 |
CH3CHFCH3 |
52%N2,40%Ar,8%CO2 |
N2 |
|
貯存壓力 |
2.5/4.2MPa |
15MPa |
20/30MPa |
|
減壓機構(gòu) |
不需要 |
減壓孔板 |
減壓器 |
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配管壓力 |
2.5/4.2MPa |
15MPa |
6MPa |
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輸送距離 |
30m |
150m |
200m |
1.1 FM200七氟丙烷滅火系統(tǒng)
FM200又稱七氟丙烷或HFC227ea，是HFC的一種。其滅火機理：通過化學抑制作用終止燃燒的連鎖反應，滅火速度快。FM200滅火過程中會分解出氫氟酸，對人和財產(chǎn)有害，而且噴放距離十分有限。
1.2 IG541混合氣體滅火系統(tǒng)
IG541混合氣體是由氮氣、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。其滅火機理為稀釋燃燒區(qū)內(nèi)氧氣，達到窒息滅火的目的。其中的二氧化碳會刺激人體呼吸加速，使人體吸入更多燃燒產(chǎn)物如CO，SO2等有害氣體和煙塵，而毒煙正是火災中致人死亡的大殺手。而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，會對人體造成更大的危險。
1.3 1G100氮氣滅火系統(tǒng)
氮氣（N2）又稱IG100，采用占大氣78%的氮氣為滅火劑，充分融合了新時代滅火系統(tǒng)的設(shè)計理念，使產(chǎn)品成功的具備了保護環(huán)境與高效滅火的功能。它具有保護地球生態(tài)環(huán)境、安全衛(wèi)生無妨視野、無滅火劑產(chǎn)生的污損、滅火效力持久等特點。氮氣可以從空氣中分離制取，來源廣泛，充裝費用低廉。其滅火機理為稀釋燃燒區(qū)內(nèi)氧氣，達到窒息滅火的目的。
氣體滅火系統(tǒng)的選取，應遵循有關(guān)方針和政策，做到安全可靠，技術(shù)先進，經(jīng)濟合理。以安全為本，要求必須達到預期目的；“技術(shù)先進”，則要求火災報警、滅火控制及滅火系統(tǒng)設(shè)計科學，采用設(shè)備先進、成熟；“經(jīng)濟合理”，則是在保證安全可靠、技術(shù)先進的前提下，做到節(jié)省工程投資費用。我國在2002年發(fā)布了GA400《氣體滅火系統(tǒng)及零部件性能要求和試驗方法》，2011年更新發(fā)布了GB25972《氣體滅火系統(tǒng)及部件》，以上兩個標準都明確了惰性氣體滅火系統(tǒng)的使用包括有：氬氣（IG01）滅火系統(tǒng)、氮氣（IG100）滅火系統(tǒng)、氬氣氮氣（IG55）滅火系統(tǒng)、混合氣體（IG541）滅火系統(tǒng)。全球各個地域廠家推廣的惰性氣體產(chǎn)品不太相同，如美國（Tyco）的IG541，英國（Kidde）的IG55，歐洲（Rotarex、Siemens、Minimax）和日本則使用更加環(huán)保經(jīng)濟的IG100。在國際上氮氣滅火系統(tǒng)已經(jīng)有幾十年的應用經(jīng)驗，技術(shù)非常成熟。我國氮氣滅火系統(tǒng)的應用相對較晚，推廣比較少，廣東省在2005年發(fā)布了《IG100氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計、施工及驗收規(guī)范》，湖南省在2009年發(fā)布了《氮氣IG100滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，包括上海等各省市也都在積極制訂氮氣滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范。隨著近幾年各個地方標準的制訂、實施，我國氮氣滅火系統(tǒng)的工程案例應用也逐漸增多，在許多典型的項目中使用了IG100滅火系統(tǒng)，如上海東方明珠、上海博物館、上海國際航運服務中心、長江隧橋工程、珠海國稅辦公樓、廣州中醫(yī)藥大學等。隨著氮氣滅火系統(tǒng)更加廣泛的應用，我們必將會制訂氮氣滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，這是目前氣體滅火系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。
2.為什么選擇氮氣滅火系統(tǒng)：
2.1環(huán)境因素
環(huán)境因素主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
a臭氧耗減潛能值ODP(ozone depression potential)
以CFC-11為基準，設(shè)其ODP值為1。ODP值越小，環(huán)境特性越好。
b全球變暖潛能值GWP(global warning potential)
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。以二氧化碳的GWP值為1，其余氣體與二氧化碳的比值作為該氣體GWP值。
c大氣存留時間ALTA(atmospheric lifetime)
表示在進入大氣后到被清除之前在大氣中停留的平均時間，以年為單位。
三種氣體滅火劑的環(huán)境特性參數(shù)見下表：
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分析值名稱 |
七氟丙烷HFC-227ea |
混合氣體IG-541 |
氮氣IG100 |
|
ODP值 |
0 |
0 |
0 |
|
GWP值 |
2050 |
0.08 |
0 |
|
ALTA值 |
31—42年 |
0 |
0 |
FM200滅火劑對臭氧層不產(chǎn)生破壞,但在大氣中存活壽命長, 同時大量FM200進入空氣中, 由于其高全球變暖潛能值，對全球溫室效應有很大的影響，歐洲各國和日本等已經(jīng)禁止了FM200的使用。隨著人們對于環(huán)保意識的加強，F(xiàn)M200終必會被其他更加環(huán)保的滅火劑取代。IG541滅火劑中含有二氧化碳，具有溫室效應。IG1OO滅火劑取自來自大氣又回歸大氣, 對環(huán)境沒有任何影響, 不存在溫室效應, 不破壞臭氧層, 無殘留物, 無熱分解物,是真正意義上的綠色滅火劑。
2.2對生命和財產(chǎn)保護
2.2.1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，有利于保護區(qū)人員的安全疏散等。
三種滅火劑的毒性參數(shù)
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名稱 |
七氟丙烷HFC227ea |
混合氣體IG541 |
氮氣IG100 |
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NOAEL濃度 |
9.00% |
43% |
43% |
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LOAEL濃度 |
>10.5% |
52% |
52% |
其中：無毒性反應濃度(NOAEL 濃度) NOAEL concentration：觀察不到由滅火劑毒性影響產(chǎn)生生理反應的滅火劑大濃度。
有毒性反應濃度(LOAEL 濃度) LOAEL concentration：能觀察到由滅火劑毒性影響產(chǎn)生生理反應的滅火劑小濃度。
七氟丙烷小設(shè)計濃度為7.5％，無毒性反應的高濃度(NOAEL)為9％，有毒性反應的低(LOAEL)為10.5％，該三個值比較接近。事實上，當保護區(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，而圖書館、檔案室等保護區(qū)七氟丙烷的設(shè)計濃度為10%，七氟丙烷在圖書館和檔案室使用非常不合適。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8-10s內(nèi)釋放完畢的關(guān)鍵原因。此外，七氟丙烷以液態(tài)儲存，噴射時有較強烈氣化及吸熱效應，致使空氣冷凝出現(xiàn)濃霧，影響人員逃生。
IG541中由于含有8％的CO2，隨著噴放過程中滅火濃度的增高，保護區(qū)中的CO2含量隨之增大。特別是對于圖書館、檔案館類火災來說，紙張中的碳與O2反應會產(chǎn)生CO2，能使IG541滅火后CO2的含量更高，甚至超過4%接近5%，有可能對人體產(chǎn)生危害。而人在3%的二氧化碳濃度下有輕微的頭痛癥狀，在5%的二氧化碳濃度下，人會有危險，必須逃離。二氧化碳濃度的增加會促進人的呼吸加速，從而吸入更多的有害氣體CO，SO2和煙塵。如CO中毒，CO輕度的中毒會表現(xiàn)為頭痛、頭暈、失眠、視物模糊、耳鳴、惡心、嘔吐、全身乏力、心動過速、短暫昏厥，影響心臟、大腦、肌肉機能，產(chǎn)生后遺癥。
IG100由100%氮氣構(gòu)成，在滅火劑噴放過程中或噴放之后，有人員在防護區(qū)的話，噴放出來的氮氣也可以沖淡空氣中的有毒物質(zhì)的濃度?？茖W研究證明，在這種環(huán)境下，人體會自動減慢呼吸頻率，減少吸入有害物質(zhì)。以下為IG100滅火系統(tǒng)滅火前后各個氣體組分的變化圖表，可以看到CO2列濃度沒有任何增加，不會引起保護區(qū)內(nèi)人員呼吸加速從而沒有吸入更多有害物的危險。
2.2.2對財產(chǎn)的保護
七氟丙烷是以液態(tài)儲存的滅火劑，噴放時會使保護區(qū)內(nèi)的溫度在短時間內(nèi)有所下降，使空氣中的水蒸氣大量凝結(jié)，產(chǎn)生嚴重的結(jié)露現(xiàn)象而損壞財物。七氟丙烷在滅火過程在高溫條件下還會裂解產(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。
IG541內(nèi)含有8%左右的CO2，CO2中易混入水等雜質(zhì)，且鋼瓶的清洗過程中也易混入水分，而CO2易與水結(jié)合為碳酸，本身碳酸是弱酸，但在長時間高壓狀態(tài)下，會對鋼瓶有腐蝕作用，使鋼瓶壁厚減薄，從而發(fā)生鋼瓶爆炸事故。各地IG541鋼瓶爆炸的事件時有發(fā)生，2011年5月13日，杭州市檔案館氣體鋼瓶間發(fā)生了IG541鋼瓶爆炸事故，室內(nèi)玻璃全部被震碎，兩扇門被炸開，墻體也被炸出了一個50公分的大洞，造成了重大安全事故。
IG100完全由氮氣構(gòu)成，貯存狀態(tài)穩(wěn)定，噴放時不會產(chǎn)生霧化，可以非常清楚地看到緊急出口位置，人員能有條不紊的安全離開保護區(qū)，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，IG100滅火系統(tǒng)對生命和財產(chǎn)絕對安全。
2.3 滅火效率
滅火系統(tǒng)的滅火時間和滅火浸漬時間指標綜合反映了滅火劑的滅火效率。
2.3.1 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。各個的消防規(guī)范，如NFPA（美國防火協(xié)會）、ISO（國際標準化組織）、VDS（德國專業(yè)安全協(xié)會）和GB（中國標準）等相關(guān)消防標準規(guī)范中規(guī)定七氟丙烷滅火系統(tǒng)設(shè)計噴放時間不應大于10s，惰性氣體如IG541、IG100滅火系統(tǒng)設(shè)計噴放時間不應大于60s 且不應小于48s。七氟丙烷滅火系統(tǒng)因噴放時間要求較短(小于10s)，而其儲存壓力較小，管網(wǎng)管徑較大，極大地限制了保護區(qū)域的范圍和距離。
2.3.2 滅火浸漬時間
氣體滅火系統(tǒng)的滅火效果是由浸漬時間來保證的，各個系統(tǒng)在圖書館類保護區(qū)的滅火浸漬時間都為20min。系統(tǒng)設(shè)計時重要的是不但要達到滅火劑的設(shè)計濃度，而且應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)在氣體滅火劑一旦消散后極有可能復燃。對于圖書館、檔案館類火災，陰燃的書籍等極有可能導致復燃和陰燃蔓延，應特別注意保證滅火浸漬時間。
IG541由于含有40％的氬氣(Ar)，52％的氮氣（N2），8％的二氧化碳（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，由于各氣體分子量差異較大，各氣體組分分離，即失去了IG541混合氣體的本應保持的浸漬濃度而較難維持足夠長的浸漬時間，從而影響滅火效果。
IG100相對空氣密度為0.97（IG541相對空氣密度為1.17），滅火劑和空氣的密度相近，所以進行全淹沒滅火時，IG100滅火劑可以與周圍的空氣很好地進行混合，保證了保護區(qū)內(nèi)的空氣穩(wěn)定。這就可以保證，在噴放后20分鐘的浸漬時間內(nèi)，保護區(qū)仍保持設(shè)計的滅火濃度,有效防止了復燃的產(chǎn)生。
2.4 工程造價
在保證滅火能力、不破壞環(huán)境、確保生命和財產(chǎn)安全的前提下，應盡量減少投資，提高鋼瓶間利用率，提高氣體滅火系統(tǒng)的性能價格比。
2.4.1 工程造價
圖書館、檔案館、博物館、數(shù)據(jù)中心、通信機房類保護區(qū)通常體積較大，輸送距離較遠，保護區(qū)數(shù)量較多。以一套氣體滅火系統(tǒng)共保護6個保護區(qū)，大保護區(qū)為體積為3000m3，主管道通徑DN150，平均傳輸距離80m為例，如下表格為分別采用IG541滅火系統(tǒng)和IG100滅火系統(tǒng)的成本對比。由于七氟丙烷傳輸距離較短，不適宜長距離、大空間和多保護區(qū)保護，不作對比。
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對比項名稱 |
IG541 |
IG100 |
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鋼瓶用量（瓶） |
129 |
101 |
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鋼瓶占地面積（m2） |
11.61 |
9.09 |
|
主管道總重量（噸） |
2.04 |
1.33 |
|
工程造價成本系數(shù) |
1.4-1.5 |
1 |
由上表可以看出，由于IG100使用了20MPa鋼瓶，鋼瓶數(shù)量減少了25%左右，并且鋼瓶占地面積減少了2.52m2，計入操作空間面積，實際鋼瓶間至少可減少6m2，有效節(jié)省鋼瓶間面積20%左右。管網(wǎng)方面，IG541使用了孔板減壓技術(shù)，其減壓不穩(wěn)定，后續(xù)零部件的大工作壓力為15MPa，后續(xù)管網(wǎng)應使用外徑168mm×壁厚11mm的厚壁管。而IG100滅火系統(tǒng)使用了減壓器技術(shù)，管網(wǎng)等后續(xù)零部件高工作壓力為6MPa，管網(wǎng)可使用外徑168mm×壁厚7mm的薄壁管，管網(wǎng)壁厚的減薄有效降低了35%的管網(wǎng)成本。
2.4.2 維護保養(yǎng)費用
滅火系統(tǒng)的造價除了設(shè)備器材安裝投資外，還應包括后期的日常維護保養(yǎng)費用，滅火系統(tǒng)的維護保養(yǎng)費用主要是滅火劑的二次填充費用。工程實例表明，七氟丙烷鋼瓶泄漏后，必須對鋼瓶進行檢漏，鋼瓶內(nèi)藥劑重新灌裝并計算大量的損耗，而七氟丙烷藥劑費用昂貴，后期費用非常大。IG541充裝工藝復雜，必須嚴格控制各個組分的百分比（各個氣體組分不正確會嚴重影響滅火系統(tǒng)的滅火效果），具有充裝資質(zhì)的廠家也比較少，所以充裝很不方便，長途運輸鋼瓶的費用也十分昂貴，較難保證滅火系統(tǒng)充裝恢復工作時間要求。而IG100來源廣泛，工業(yè)生產(chǎn)的氮氣純度較高，無需額外提純成本，全國各地都有氮氣的充裝點，充裝非常方便，成本低廉。
