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淺議幾種氣體滅火技術

日期：2024-12-18 03:00
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摘要：
人類社會的發展對氣體滅火技術提出了除了滅火、人身**兩大衡量指標外的一個新指標，即對人類生存的自然環境的保護指標。從根本上講，氣體滅火技術不但要滅火，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。
這就是現代滅火技術發展的*大特點。
1 幾種典型替代技術簡介
為了確保盡可能地減少對人類賴以生存的環境的干擾和破壞，人們舍棄了滅火性能和人身**均為*佳的哈龍滅火技術，在全球范圍內推出多種替代技術,如惰性氣體IG—01，潔凈氣體IGl00和混合氣體IG55，以及IG—541，FM—200和CO2等。
1．1 1G—01氬氣滅火技術
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，可以維持滅火濃度相當長一段時間，達到抑制火災復燃的作用。氬氣是人類很熟悉的一種惰性氣體，大量應用在鋼鐵冶煉等行業。氬氣是從大氣中分離出來的，因為它的惰性，即使在火災造成的高溫高壓下也不參與任何化學反映。它不導電，無色無味無毒,對環境和人體沒有任何**影響。
氬氣的罐裝技術在國內已經非常成熟，業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。它將燃燒區中的氧氣替換或驅散，將物質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，以氣態形式儲存，造成貯存瓶組多，裝置龐大。
IG—01全淹沒系統適用于撲救A、B、C類和電氣設備火災。
1．2 1G—100氮氣滅火技術
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。其滅火機理為稀釋燃燒區內氧氣，達到窒息滅火的目的。
1．3 1C—55氮氣氬氣滅火技術
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。其滅火機理為稀釋燃燒區內氧氣，達到窒息滅火的目的。
1．4 FM—200七氟丙烷類滅火技術
FM—200又稱七氟丙烷或HFC—227ea，是HFC的一種。其滅火機理：通過化學抑制作用終止燃燒的連鎖反應，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
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。其滅火機理為稀釋燃燒區內氧氣，達到窒息滅火的目的。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，保護區內的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：罐裝需特殊設備，在國內只有上海、天津等有限的大城市可以罐裝。
1．6 CO2滅火技術
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、不導電、化學上呈中性、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的濃度達到10％時在幾分種內會使人喪失意識甚至死亡，這一濃度遠低于其34％的*小設計濃度。因此CO2系統應用于有人環境時必須考慮人身**防范問題。CO2滅火技術較為成熟，在哈龍被禁止后又重新被人類所認識，發揮其潛能。
2 哈龍的替代技術的選擇標準
針對某一應用場所選擇適當的替代技術，首先要明確選擇的標準，亦即衡量產品性能的指標。哈龍替代品的性能指標有很多，包括物理性能、化學性能等多個方面，但是應用性能主要體現在以下幾個方面。
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，定性描述滅火技術與大自然的協調和對大自然的干擾程度。其中人為地通過化學方法合成的滅火劑對大自然進行干擾的為A級，以某種物理方式對大自然進行干擾的為B級，幾乎不對大自然產生干擾的為C級。
2．2 臭氧耗減潛能值ODP(ozone depleting poten—tial)
以CFC—11為基準，設其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在大氣中的存在壽命，以年為單位。
2．5 滅火效率
哈龍替代物的滅火濃度、滅火時間指標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物的毒性兩個方面，常以NOAEL(無毒性反應的*高濃度)、LOAEL(出現毒性反應的*低濃度)等表示。
2．7 存貯穩定性
包括耐熱穩定性和化學穩定性。
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，能見度成為關鍵性指標。IG01和Inergen為氣態儲存，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，致使空氣冷凝出現濃霧。
2．9 殘留物
滅火后若有殘留物，為防止發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 質量與占用空間
對于某些特殊應用場所，滅火系統的質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、不破壞環境、確保人員和財產**的前提下，應盡量減少投資，提高哈龍替代品的性能價格比。
3 氣體滅火系統的定性選擇
3．1 環境因素
幾種氣體滅火劑的環境特性參數見表1[7]：
在進行分析時，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反應，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，但IG1OO為N2組成，在高溫高壓下有可能參與化學反應；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，對環境沒有影響。
3．2 毒性
關于毒性方面的比較，我們分別以對生命的保護和對財產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，有利于防護區人員的**疏散等。
四種滅火劑的毒性參數見表2：
從表2可知IG—01、IG—100、IG—55、七氟丙烷和IG—541的NOAEL均不小于系統的*小設計濃度，就滅火劑在防護區內本身噴放而言，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，保護區中的CO2：含量隨之增大。特別是對于計算機房類火災來說，無論是歐洲CEA標準、德國VDS標準還是我國**的氣體滅火標準(二氧化碳滅火系統設計規范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％，有可能會對人體產生危害。
七氟丙烷*小設計濃度為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，當防護區內七氟丙烷的濃度在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生，散發著刺鼻的氣味，有一定的腐蝕性。這也是滅火時七氟丙烷必須在10s內釋放完畢的關鍵原因。
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]：
二氧化碳滅火系統的*小設計滅火濃度為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以液態儲存，噴放過程中迅速氣化會產生大量的“白霧”，在一定程度上影響了內部人員的**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。對處于火災現場的人而言，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，在有人場所適合選擇IG—01滅火系統。但IG—01滅火系統也有不可克服的缺點，如因為以氣態儲存，導致鋼瓶數量多，且儲存壓力高達16MPa，高于其他氣體滅火系統，亦可視為一種不**因素。
3．2．2 對財產的保護
CO2是以液態儲存的滅火劑，噴放時會使防護區內的溫度在短時間內急劇下降，使精密設備和珍貴財物因“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，產生嚴重的結露”現象而損壞財物。尤其是對計算機房、通信機房內的集成芯片、電路有較大影響，并會使電器設備表面產生靜電積累。
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生HF等酸性分解物，從而產生結露，對設備造成損害。
IG—541以壓縮氣體的形式儲存，噴放時防護區內溫度變化很小，僅為2C左右，不會在保護設備表面形成冷凝。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生化學反應。
IG—01以壓縮氣體的形式儲存，噴放時防護區內溫度變化很小，僅為2C左右，不會在保護設備表面形成冷凝。IG—01由100％惰性氣體氬氣組成，無腐蝕性，
噴放后無殘留物，滅火時不會發生化學反應，不污染環境，無毒，具有良好的電絕緣性能，不會對被保護設備構成損害。
因此，對于有精密設備、珍貴財物等的場所，使用IG—01滅火系統較為適宜。
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的滅火效率產生影響。
4．1 針對電氣類火災滅火性能
三種氣體的滅火性能見表4：
4．2 滅火時間
各種系統的滅火時間是和滅火劑的噴放時間直接相關的。
不同的氣體滅火系統，噴放時間的規定不同。對于鹵代烴滅火劑，七氟丙烷(HFC—227ca)《潔凈氣體滅火系統設計規范》(DBJ15—23—1999)規定“七氟丙烷的噴放時間，不應大于10s”。對于惰性氣體滅火劑，《惰性氣體滅火系統標準》(1S014520—12氬氣滅火系統標準)中規定氬氣“滅火劑的噴射時間應保證在60s之內達到*小設計濃度的95％”。((1S014520—15》中規定煙洛盡“滅火劑的噴射時間應保證在60s之內達到*小設計濃度的95％”?！抖趸紲缁鹣到y設計規范》(GB50193—93)1999中規定“二氧化碳全淹沒滅火系統的噴射時間不應大于60s”。
氟丙烷滅火系統因噴放時間要求較短(小于10s)，極大地限制了系統防護的范圍和距離。
4．3 維持10分鐘滅火效果
氣體滅火系統的滅火效果是由保護持續時間來保證的。系統設計時重要的是不但要達到滅火劑的設計濃度，而且應維持足夠長的浸漬時間，以便有關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。
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，據檢測IG—01系統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，對于深位火災而言滅火效果顯著，并能維持相當長一段時間。
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，有可能產生各氣體分離現象，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 氣體滅火系統的經濟比較
滅火系統的造價除了一次性設備器材投資外，還應包括日常的維護保養費，滅火系統的維護保養費用主要包括滅火劑的再填充和瓶站的維護保養費。滅火
劑價格越高，系統的鋼瓶設備越多，則系統的維護保養費用就越高。
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)是氣體分離的副產品，價格便宜，且應用廣泛，不但各大城市可以充裝且在各中小城市也可以進行再填充。
瓶站的維護保養費用方面，一方面低壓CO2滅火系統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滅火系統由于瓶組數量較多，且儲存壓力較高，故亦有一定的維護保養費用，但因無運轉部件，系統發生故障的機會要少一點。
綜上所述，就維護保養費來說，七氟丙烷滅火系統*高，低壓CO2滅火系統次之，IG—541再次，IG—01滅火系統*低。
參考文獻：
[門 公安部消防局公消(2001)217號，關于進一步加強哈龍替代品及其替代技術管理的通知．
[2] IS014520—12氬氣滅火系統標準，惰性氣體滅火系統標準．
[3] VDS2093．07/83，德國VDS氣體滅火系統設計標準．
[4] NFPA2001(1996年版)，清潔滅火劑滅火系統標準．
摘至 上海消防網