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气体灭火技术在消防中的作用

发布时间:2018-08-21 09:24 文章来源:《山西建筑》第34 卷第2(转载请注明)

  随着国民经济的快速发展, 建筑的使用功能日趋复杂, 火灾隐患逐年增多, 对人们的人身财产安全和社会公共安全构成极大威胁。根据公安部消防局的统计资料显示, 2007 年我国共发生火灾15 .9 万起(不含森林、草原、军队、矿井地下部分火灾), 其中电气引起火灾最多, 共45 703 起, 占总数的28 .8%。目前, 工业和民用消防技术措施种类繁多, 如消火栓系统、自动喷水灭火系统、泡沫灭火系统和气体灭火系统等。传统的消防扑救主要依靠水作为灭火介质, 虽然它具有良好的灭火性能, 而且取备低廉, 但是无法完全满足建筑灭火的需要, 这就为气体灭火剂的发展提供了广阔的空间。

  1 各种气体灭火系统的性能对比

  气体灭火系统是以液化气体或者非液化气体作为灭火介质的灭火系统, 主要依靠灭火介质的物理作用或化学作用扑灭火灾, 其中物理作用包括窒息、隔离和冷却, 化学作用则是通过化学反应抑制燃烧。气体灭火系统可以用于扑灭电气火灾、固体表面火灾、液体火灾和灭火前能切断气源的气体火灾[ 1] , 特别在电气火灾中, 气体灭火技术的灭火效率远远高于其他灭火技术。目前, 市场上可供用户选择的气体灭火系统的种类繁多, 常见的气体灭火系统有二氧化碳、含氟气体、惰性气体以及气溶胶(易安龙)气体灭火系统等, 由于各种气体灭火剂的特点不同, 有必要对各种气体灭火系统的工作原理、环保以及灭火性能进行对比分析, 为实际工程应用提供理论依据。

  1.1 二氧化碳

  二氧化碳是继卤代烷之后最早使用的气体灭火剂, 在常温状态下无色、无味、不导电和无腐蚀性, 密度是空气密度的1.5 倍,容易储存和运输。二氧化碳气体灭火系统主要由灭火剂储瓶、瓶头阀、单向阀、汇集管、安全装置、选择阀、减压装置及管网和喷头等组成, 系统分为高压(储存压力5 .17 MPa)和低压(储存压力2 .07 MPa)两种。系统在高压或低温下将液化的二氧化碳释放到起火空间内, 一方面降低保护区域内的空气含氧量阻止燃烧(空气中氧气的体积百分比低于12 %时, 燃烧将无法继续), 同时气体液化会吸取环境热量, 从而冷却着火现场。目前, 二氧化碳气体灭火剂是唯一可局部应用的气体灭火系统, 特别适宜保护高大空间或者敞开场所的专门设备。

  由于灭火时灭火剂的用量最小为34%, 远远大于人体可以接受的范围(二氧化碳的浓度超过20 %, 人就会窒息而死), 加上灭火剂在冷却保护对象的同时, 会因为温度的急剧下降而对精密设备造成一定的影响, 因此二氧化碳气体灭火系统不宜应用于有人员活动和存放贵重设备的场所, 但液体二氧化碳具有良好的渗透性, 可扑灭固体深度火灾, 常用于图书、档案、文物等资料库房。

  近年来, 各种科学研究证明, 二氧化碳与全球温室效应有一定的联系, 因此从环保的角度考虑, 二氧化碳气体灭火技术的使用受到一定限制, 并逐渐被洁净气体灭火剂所取代。

  1.2 含氟气体

  含氟气体灭火系统主要有三氟甲烷和七氟丙烷两种, 含氟气体灭火系统的组成同全淹没二氧化碳灭火系统, 灭火剂在气态下储存、液态下释放, 灭火剂在高温中的分解产物消耗燃烧物质中的活性基, 从而中断燃烧链达到灭火的效果, 因此作为一种化学灭火剂发挥作用。

  三氟甲烷的产品代号为HFC-23, 常温下是一种无色、不导电的气体, 密度是空气密度的2.4 倍, 气体对臭氧层的破坏系数ODP=0, 属于洁净气体灭火剂。由于三氟甲烷自身的饱和蒸汽压力高, 液体密度小, 不需要氮气加压, 可满足不同高度保护空间的需要, 加上使用环境温度为20 ℃ ~ 50 ℃, 适合在冰冷地区使用。同时, 三氟甲烷不影响心肺功能的最大浓度NOAEL>50% ,远远高于其设计浓度(14.9%), 因此适用于有人员出没的场所。

  七氟丙烷的产品代号为HFC-227ea 或FM200 , 常温下呈气态, 无色、无味、不导电, 密度是空气密度的6 倍, 对大气臭氧层没有破坏(ODP=0), 也属于洁净气体灭火剂。气体在常温和常压条件下能全部挥发, 灭火后无残留物, 属于一种安全的灭火剂。由于七氟丙烷的NOAEL=9%, 因此多用于通讯机房和电子计算机房(灭火设计浓度为8 %)。由于气体的饱和蒸汽压低(20 ℃的蒸汽压为0.391 MPa), 需要氮气加压, 因此保护区域有限。

  由于含氟气体灭火剂在高温状态下, 气体分解产生氟化氢(HF)气体, HF 与空气中的水结合, 形成具有腐蚀作用的氢氟酸,不仅腐蚀金属、皮革、纸张和玻璃的表面, 还刺激人的呼吸系统和眼睛。同时, 气体的挥发性强, 无法渗透着火物体的深处, 很难扑灭固体深度火灾。

  1.3 惰性气体

  惰性气体灭火系统中具有代表性的是烟烙尽(INGEREN, 是惰性(Inter)和氮气(Nitrogen)两个英文单词的缩写), 它是由52 %氮, 40 %氩, 8 %二氧化碳组成的混合气体, 也被称作IG-541 。由于混合气体无色、无味, 受热不发生分解, ODP , GWP(温室效应值)和ALT(大气中的存活寿命)值均等于0, 可以说是最清洁环保的灭火介质。惰性气体灭火系统是靠稀释保护区域内空气中氧气的浓度来扑灭火灾, 其灭火机理同二氧化碳气体灭火系统,灭火效率低于含氟气体灭火系统。由于灭火剂以气态储存, 储瓶占用的空间大, 同时系统压力高, 使得设备和管网的造价高, 因此系统的初期投资高于其他气体灭火系统

  1.4 气溶胶

  气溶胶灭火系统是由氧化剂、还原剂、燃烧速度控制剂和粘合剂组成的固体混合物, 它分为热气溶胶和冷气溶胶, 工程中应用多以热气溶胶为主。热气溶胶灭火时使燃料自身燃烧产生一定的悬浮固体, 打开阀门后, 被压缩的气体将混合灭火剂喷射在保护对象上抑制燃烧, 并吸取环境温度。虽然释放产物冷却、凝聚时生成的微粒能够长时间悬浮在空气中, 并能绕过障碍物, 具有较高的灭火效率, 但是喷射的烟雾和粉尘将降低保护区域的能见度, 从而影响人流疏散。同时, 生成物具有一定的腐蚀作用, 会对金属设备和仪器造成一定的损坏。但气溶胶气体灭火系统无需配备管网, 用于保护大空间区域时可以明显降低初期投资。

  2 气体灭火系统的工程应用

  在进行气体灭火系统的工程实际应用中, 首先, 需要将人员的人身安全放在第一位, 根据保护空间的大小和人员活动的频率, 设置合理的喷射时间和浓度;其次, 从环保的角度出发, 尽量减少对环境污染和破坏;第三, 要结合保护对象和外界环境等因素, 选用适宜的、灭火效率高的系统;最后, 综合以上条件, 还要满足经济投资的需求。常见气体灭火系统在消防设计中采用的参数见表1。

  表1 常见气体灭火系统在消防设计中采用的参数

  

 

  3 结语

  随着科学技术的不断提高, 气体灭火技术在特殊场所将逐步取代传统的灭火系统, 满足各种重要建筑的特殊功能区域的灭火需要。同时, 随着人们环保意识的增强, 气体灭火技术正在向洁净、安全和环保的方向发展, 并将在未来的消防扑救中发挥重要的作用。

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