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三種常用氣體滅火系統(tǒng)的比較
來(lái)源：氣體滅火維保 時(shí)間：2018-11-12 11:06:34
氣體滅火系統(tǒng)是由滅火劑儲(chǔ)存裝置在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)通過(guò)系統(tǒng)管網(wǎng)和噴頭向保護(hù)區(qū)噴射氣體滅火劑，使保護(hù)區(qū)內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的滅火設(shè)計(jì)濃度，并能將該氣體濃度保持一定的浸漬時(shí)間，以達(dá)到撲滅火災(zāi)，并不再?gòu)?fù)燃的滅火系統(tǒng)。
1、幾種常用氣體滅火系統(tǒng)簡(jiǎn)介
為了確保盡可能地減少對(duì)人類(lèi)賴(lài)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?dú)釯Gl00等。如下表：
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名稱(chēng)/項(xiàng)目 |
七氟丙烷HFC227ea |
混合氣體IG541 |
氮?dú)釯G100 |
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化學(xué)組成 |
CH3CHFCH3 |
52%N2,40%Ar,8%CO2 |
N2 |
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貯存壓力 |
2.5/4.2MPa |
15MPa |
20/30MPa |
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減壓機(jī)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(chēng)七氟丙烷或HFC227ea，是HFC的一種。其滅火機(jī)理：通過(guò)化學(xué)抑制作用終止燃燒的連鎖反應(yīng)，滅火速度快。FM200滅火過(guò)程中會(huì)分解出氫氟酸，對(duì)人和財(cái)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?dú)?、氬氣和二氧化碳?2:40:8的體積比例混合而成的一種滅火劑。其滅火機(jī)理為稀釋燃燒區(qū)內(nèi)氧氣，達(dá)到窒息滅火的目的。其中的二氧化碳會(huì)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(zāi)中致人死亡的大殺手。而隨著滅火濃度的增大，保護(hù)區(qū)內(nèi)的CO2的含量接近于4％時(shí)，會(huì)對(duì)人體造成更大的危險(xiǎn)。
1.3 1G100氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)
氮?dú)猓∟2）又稱(chēng)IG100，采用占大氣78%的氮?dú)鉃闇缁饎?，充分融合了新時(shí)代滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，使產(chǎn)品成功的具備了保護(hù)環(huán)境與高效滅火的功能。它具有保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境、安全衛(wèi)生無(wú)妨視野、無(wú)滅火劑產(chǎn)生的污損、滅火效力持久等特點(diǎn)。氮?dú)饪梢詮目諝庵蟹蛛x制取，來(lái)源廣泛，充裝費(fèi)用低廉。其滅火機(jī)理為稀釋燃燒區(qū)內(nèi)氧氣，達(dá)到窒息滅火的目的。
氣體滅火系統(tǒng)的選取，應(yīng)遵循有關(guān)方針和政策，做到安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理。以安全為本，要求必須達(dá)到預(yù)期目的；“技術(shù)先進(jìn)”，則要求火災(zāi)報(bào)警、滅火控制及滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)，采用設(shè)備先進(jìn)、成熟；“經(jīng)濟(jì)合理”，則是在保證安全可靠、技術(shù)先進(jìn)的前提下，做到節(jié)省工程投資費(fèi)用。我國(guó)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(yàn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)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?dú)猓↖G100）滅火系統(tǒng)、氬氣氮?dú)猓↖G55）滅火系統(tǒng)、混合氣體（IG541）滅火系統(tǒng)。全球各個(gè)地域廠家推廣的惰性氣體產(chǎn)品不太相同，如美國(guó)（Tyco）的IG541，英國(guó)（Kidde）的IG55，歐洲（Rotarex、Siemens、Minimax）和日本則使用更加環(huán)保經(jīng)濟(jì)的IG100。在國(guó)際上氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)已經(jīng)有幾十年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)非常成熟。我國(guó)氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)的應(yīng)用相對(duì)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(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》，湖南省在2009年發(fā)布了《氮?dú)釯G100滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，包括上海等各省市也都在積極制訂氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范。隨著近幾年各個(gè)地方標(biāo)準(zhǔn)的制訂、實(shí)施，我國(guó)氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)的工程案例應(yīng)用也逐漸增多，在許多典型的項(xiàng)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(guó)際航運(yùn)服務(wù)中心、長(zhǎng)江隧橋工程、珠海國(guó)稅辦公樓、廣州中醫(yī)藥大學(xué)等。隨著氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)更加廣泛的應(yīng)用，我們必將會(huì)制訂氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，這是目前氣體滅火系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
2.為什么選擇氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)：
2.1環(huán)境因素
環(huán)境因素主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
a臭氧耗減潛能值ODP(ozone depression potential)
以CFC-11為基準(zhǔn)，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(duì)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(shí)間ALTA(atmospheric lifetime)
表示在進(jìn)入大氣后到被清除之前在大氣中停留的平均時(shí)間，以年為單位。
三種氣體滅火劑的環(huán)境特性參數(shù)見(jiàn)下表：
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分析值名稱(chēng) |
七氟丙烷HFC-227ea |
混合氣體IG-541 |
氮?dú)釯G100 |
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ODP值 |
0 |
0 |
0 |
|
GWP值 |
2050 |
0.08 |
0 |
|
ALTA值 |
31—42年 |
0 |
0 |
FM200滅火劑對(duì)臭氧層不產(chǎn)生破壞,但在大氣中存活壽命長(zhǎng), 同時(shí)大量FM200進(jìn)入空氣中, 由于其高全球變暖潛能值，對(duì)全球溫室效應(yīng)有很大的影響，歐洲各國(guó)和日本等已經(jīng)禁止了FM200的使用。隨著人們對(duì)于環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，F(xiàn)M200終必會(huì)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(yīng)。IG1OO滅火劑取自來(lái)自大氣又回歸大氣, 對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何影響, 不存在溫室效應(yīng), 不破壞臭氧層, 無(wú)殘留物, 無(wú)熱分解物,是真正意義上的綠色滅火劑。
2.2對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)保護(hù)
2.2.1對(duì)生命的保護(hù)
對(duì)生命的保護(hù)主要要求滅火劑毒性低，對(duì)人體無(wú)影響，有利于保護(hù)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(chēng) |
七氟丙烷HFC227ea |
混合氣體IG541 |
氮?dú)釯G100 |
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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(wú)毒性反應(yīng)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(yīng)的滅火劑大濃度。
有毒性反應(yīng)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(yīng)的滅火劑小濃度。
七氟丙烷小設(shè)計(jì)濃度為7.5％，無(wú)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(gè)值比較接近。事實(shí)上，當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)七氟丙烷的濃度在5％～9％時(shí)，人員可停留時(shí)間為1min。而濃度高于9％時(shí)只能用于無(wú)人停留區(qū)域，而圖書(shū)館、檔案室等保護(hù)區(qū)七氟丙烷的設(shè)計(jì)濃度為10%，七氟丙烷在圖書(shū)館和檔案室使用非常不合適。此外七氟丙烷在滅火過(guò)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(shí)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(chǔ)存，噴射時(shí)有較強(qiáng)烈氣化及吸熱效應(yīng)，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(guò)程中滅火濃度的增高，保護(hù)區(qū)中的CO2含量隨之增大。特別是對(duì)于圖書(shū)館、檔案館類(lèi)火災(zāi)來(lái)說(shuō)，紙張中的碳與O2反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生CO2，能使IG541滅火后CO2的含量更高，甚至超過(guò)4%接近5%，有可能對(duì)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(huì)有危險(xiǎn)，必須逃離。二氧化碳濃度的增加會(huì)促進(jìn)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(huì)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(dòng)過(guò)速、短暫昏厥，影響心臟、大腦、肌肉機(jī)能，產(chǎn)生后遺癥。
IG100由100%氮?dú)鈽?gòu)成，在滅火劑噴放過(guò)程中或噴放之后，有人員在防護(hù)區(qū)的話(huà)，噴放出來(lái)的氮?dú)庖部梢詻_淡空氣中的有毒物質(zhì)的濃度?？茖W(xué)研究證明，在這種環(huán)境下，人體會(huì)自動(dòng)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(gè)氣體組分的變化圖表，可以看到CO2列濃度沒(méi)有任何增加，不會(huì)引起保護(hù)區(qū)內(nèi)人員呼吸加速?gòu)亩鴽](méi)有吸入更多有害物的危險(xiǎn)。
2.2.2對(duì)財(cái)產(chǎn)的保護(hù)
七氟丙烷是以液態(tài)儲(chǔ)存的滅火劑，噴放時(shí)會(huì)使保護(hù)區(qū)內(nèi)的溫度在短時(shí)間內(nèi)有所下降，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(cái)物。七氟丙烷在滅火過(guò)程在高溫條件下還會(huì)裂解產(chǎn)生HF等酸性分解物，從而產(chǎn)生結(jié)露，對(duì)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(guò)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(zhǎng)時(shí)間高壓狀態(tài)下，會(huì)對(duì)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(shí)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(mén)被炸開(kāi)，墻體也被炸出了一個(gè)50公分的大洞，造成了重大安全事故。
IG100完全由氮?dú)鈽?gòu)成，貯存狀態(tài)穩(wěn)定，噴放時(shí)不會(huì)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(kāi)保護(hù)區(qū)，在高溫條件下甚至與火焰接觸也不會(huì)分解產(chǎn)生有毒或有腐蝕性的分解物，IG100滅火系統(tǒng)對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)絕對(duì)安全。
2.3 滅火效率
滅火系統(tǒng)的滅火時(shí)間和滅火浸漬時(shí)間指標(biāo)綜合反映了滅火劑的滅火效率。
2.3.1 滅火時(shí)間
各種系統(tǒng)的滅火時(shí)間是和滅火劑的噴放時(shí)間直接相關(guān)的。不同的氣體滅火系統(tǒng)，噴放時(shí)間的規(guī)定不同。各個(gè)的消防規(guī)范，如NFPA（美國(guó)防火協(xié)會(huì)）、ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）、VDS（德國(guó)專(zhuān)業(yè)安全協(xié)會(huì)）和GB（中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）等相關(guān)消防標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定七氟丙烷滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)噴放時(shí)間不應(yīng)大于10s，惰性氣體如IG541、IG100滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)噴放時(shí)間不應(yīng)大于60s 且不應(yīng)小于48s。七氟丙烷滅火系統(tǒng)因噴放時(shí)間要求較短(小于10s)，而其儲(chǔ)存壓力較小，管網(wǎng)管徑較大，極大地限制了保護(hù)區(qū)域的范圍和距離。
2.3.2 滅火浸漬時(shí)間
氣體滅火系統(tǒng)的滅火效果是由浸漬時(shí)間來(lái)保證的，各個(gè)系統(tǒng)在圖書(shū)館類(lèi)保護(hù)區(qū)的滅火浸漬時(shí)間都為20min。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)重要的是不但要達(dá)到滅火劑的設(shè)計(jì)濃度，而且應(yīng)維持足夠長(zhǎng)的浸漬時(shí)間，以便有關(guān)人員采取有效的緊急措施來(lái)消除危險(xiǎn)。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)槌掷m(xù)的點(diǎn)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。對(duì)于圖書(shū)館、檔案館類(lèi)火災(zāi)，陰燃的書(shū)籍等極有可能導(dǎo)致復(fù)燃和陰燃蔓延，應(yīng)特別注意保證滅火浸漬時(shí)間。
IG541由于含有40％的氬氣(Ar)，52％的氮?dú)猓∟2），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(shí)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(yīng)保持的浸漬濃度而較難維持足夠長(zhǎng)的浸漬時(shí)間，從而影響滅火效果。
IG100相對(duì)空氣密度為0.97（IG541相對(duì)空氣密度為1.17），滅火劑和空氣的密度相近，所以進(jìn)行全淹沒(méi)滅火時(shí)，IG100滅火劑可以與周?chē)目諝夂芎玫剡M(jìn)行混合，保證了保護(hù)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(shí)間內(nèi)，保護(hù)區(qū)仍保持設(shè)計(jì)的滅火濃度,有效防止了復(fù)燃的產(chǎn)生。
2.4 工程造價(jià)
在保證滅火能力、不破壞環(huán)境、確保生命和財(cái)產(chǎn)安全的前提下，應(yīng)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(jià)格比。
2.4.1 工程造價(jià)
圖書(shū)館、檔案館、博物館、數(shù)據(jù)中心、通信機(jī)房類(lèi)保護(hù)區(qū)通常體積較大，輸送距離較遠(yuǎn)，保護(hù)區(qū)數(shù)量較多。以一套氣體滅火系統(tǒng)共保護(hù)6個(gè)保護(hù)區(qū)，大保護(hù)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(duì)比。由于七氟丙烷傳輸距離較短，不適宜長(zhǎng)距離、大空間和多保護(hù)區(qū)保護(hù)，不作對(duì)比。
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對(duì)比項(xiàng)名稱(chēng) |
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 |
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主管道總重量（噸） |
2.04 |
1.33 |
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工程造價(jià)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(jì)入操作空間面積，實(shí)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(yīng)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(hù)保養(yǎng)費(fèi)用
滅火系統(tǒng)的造價(jià)除了設(shè)備器材安裝投資外，還應(yīng)包括后期的日常維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，滅火系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用主要是滅火劑的二次填充費(fèi)用。工程實(shí)例表明，七氟丙烷鋼瓶泄漏后，必須對(duì)鋼瓶進(jìn)行檢漏，鋼瓶?jī)?nèi)藥劑重新灌裝并計(jì)算大量的損耗，而七氟丙烷藥劑費(fèi)用昂貴，后期費(fèi)用非常大。IG541充裝工藝復(fù)雜，必須嚴(yán)格控制各個(gè)組分的百分比（各個(gè)氣體組分不正確會(huì)嚴(yán)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(zhǎng)途運(yùn)輸鋼瓶的費(fèi)用也十分昂貴，較難保證滅火系統(tǒng)充裝恢復(fù)工作時(shí)間要求。而IG100來(lái)源廣泛，工業(yè)生產(chǎn)的氮?dú)饧兌容^高，無(wú)需額外提純成本，全國(guó)各地都有氮?dú)獾某溲b點(diǎn)，充裝非常方便，成本低廉。
