幾種氣體滅火系統(tǒng)小議

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簡(jiǎn)介： 氣體滅火系統(tǒng)在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需考慮火險(xiǎn)隱患、火災(zāi)撲救、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等諸多因素中，擇一種滿意的消防設(shè)防方案，常常十分復(fù)雜。本文僅對(duì)CO2、FM-200、氣溶膠、煙烙盡IG541等四種替代哈龍1301的產(chǎn)品作一些討論，供同仁參考。
關(guān)鍵字：氣體滅火 CO2 FM-200 氣溶膠

前言

氣體滅火在我國(guó)始于80年代，盛于90年代，新型滅火方式和滅火劑在應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)歷了許多變化，在火險(xiǎn)隱患、火災(zāi)撲救、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等諸多因素中選擇一種滿意的消防設(shè)防方案，常常十分復(fù)雜。本文就此作一些討論，僅供同仁參考。

上世紀(jì)八九十年代在圖書(shū)、博物、檔案等館舍內(nèi)建成的氣體消防系統(tǒng)，采用的滅火劑大多是哈龍1301。當(dāng)時(shí)，人們認(rèn)為哈龍1301是適合各種不同類(lèi)型火災(zāi)的最佳的火焰抑制劑。但是，由于其對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)大氣臭氧層的破壞，不同程度造成全球變暖，1993年在加拿大出臺(tái)了《蒙特利爾協(xié)定》，限制生產(chǎn)破壞臭氧層的物質(zhì)，并規(guī)定到2005年全球禁止使用。現(xiàn)在哈龍的替代物多種多樣，本文僅討論CO₂、FM-200、氣溶膠、煙烙盡IG541等四種替代產(chǎn)品。

一、環(huán)保

評(píng)定一種滅火劑的環(huán)境指標(biāo)一般有三項(xiàng)：

1、  ODP值：對(duì)臭氧層的耗損潛能值；

2、  GWP值：溫室效應(yīng)潛能值；

3、  ALT值：合成物在大氣中存留壽命。

以上幾種氣體滅火劑的環(huán)境指標(biāo)參數(shù)如下：

滅火劑種類(lèi)

ODP值

GWP值

ALT值

1301

16

5800

100

CO₂

0

1

120

FM-200

0

2050

31～42

氣溶膠

0

≤0.5

0

煙烙盡IG541

0

0

0

從上表對(duì)比可知，1301的三個(gè)環(huán)境特性指標(biāo)值皆高，這正是其被淘汰的主要原因之一。CO2和FM-200對(duì)臭氧層不破壞，但在大氣中存活壽命較長(zhǎng)，同時(shí)，大量的CO2和FM-200進(jìn)入大氣層后，對(duì)全球溫室效應(yīng)會(huì)有較大影響，美、英等國(guó)已將其列入受控使用計(jì)劃之列，不宜作長(zhǎng)期替代物考慮。但按我國(guó)現(xiàn)有實(shí)情，公安部仍推薦使用二氧化碳和惰性氣體滅火系統(tǒng)，也可使用含氫氟酸（HFC）的滅火系統(tǒng)，故這兩種氣體特別是CO2氣體滅火系統(tǒng)現(xiàn)仍有一定的使用率。

    氣溶膠是液體或固體微粒懸浮于氣體分散介質(zhì)中形成的一種溶膠。微粒中的固體顆粒主要是金屬氧化物、碳酸鹽或碳酸氫鹽，且大部分微粒粒徑皆小于1微米，占90%以上；氣體主要是氮?dú)?，少量的CO2氣體和水蒸氣，因此氣溶膠滅火劑對(duì)臭氧層不破壞，幾乎不產(chǎn)生溫室效應(yīng)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

    至于煙烙盡，不存在溫室效應(yīng)，對(duì)臭氧層不破壞，更不會(huì)產(chǎn)生具有長(zhǎng)久大氣壽命的化學(xué)物質(zhì)，是一種真正意義上的“零污染”。這主要得益于煙烙盡是由三種自然界的氣體：氮?dú)狻鍤夂投趸蓟旌隙桑∽源笞匀?，回歸大自然，是一種環(huán)境因素可打滿分的“綠色”產(chǎn)品。

因此，單從環(huán)境影響因素來(lái)看，氣溶膠和煙烙盡明顯優(yōu)于另外兩種滅火劑，人類(lèi)只有一個(gè)地球，在今后的工程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際，相對(duì)于另外兩種滅火劑應(yīng)優(yōu)先采用氣溶膠和煙烙盡。

二、安全

CO2的滅火機(jī)理是通過(guò)向一個(gè)封閉空間噴入大量的CO2氣體后，將空氣中氧的含量由正常的21%降低到15%以下，從而達(dá)到窒息中止燃燒的目的。然而，CO2的這種窒息作用對(duì)人體有致命危害，其最小設(shè)計(jì)滅火濃度（34%）大大超過(guò)了人的致死濃度，危險(xiǎn)性極大，故在經(jīng)常有人的場(chǎng)所不宜使用。如須使用，在氣體釋放前，人員必須迅速撤離現(xiàn)場(chǎng)。

    關(guān)于FM-200的毒性及致癌問(wèn)題，目前學(xué)術(shù)界有爭(zhēng)論，及其副作用是否比1301小還有待研究。不過(guò)FM-200在滅火過(guò)程中會(huì)釋放出氫氟酸，其酸氣的生成量是1301的8~10倍，實(shí)際酸氣的生成量大約為300PPM，遠(yuǎn)大于短時(shí)間內(nèi)接觸50PPM氫氟酸即為危險(xiǎn)濃度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在此環(huán)境內(nèi)，超過(guò)一分鐘，人就有生命危險(xiǎn)。因此，在經(jīng)常有人的場(chǎng)所慎重使用FM-200，如須使用，防護(hù)區(qū)的FM-200滅火設(shè)計(jì)濃度必須不大與9%。

    氣溶膠滅火技術(shù)是由前蘇聯(lián)軍工技術(shù)發(fā)展而來(lái)，氣溶膠配方很多，但都是靠自身產(chǎn)生的氣溶劑來(lái)?yè)錅缁馂?zāi)的，無(wú)毒，滅火時(shí)空氣中氧的濃度不會(huì)降低，對(duì)人沒(méi)有危害。不過(guò)，氣溶膠釋放后會(huì)形成濃重的煙霧，能見(jiàn)度極低（約小于1.0米），影響了火場(chǎng)人員的逃生（實(shí)踐證明，火場(chǎng)能見(jiàn)度小于3.0米時(shí)，逃生很困難。），這也正是氣溶膠滅火劑的最大缺陷，故在經(jīng)常有人的場(chǎng)所不宜使用。如須使用，在氣體釋放前，人員必須迅速撤離現(xiàn)場(chǎng)。

    雖然煙烙盡的滅火機(jī)理與CO2一樣，也是把藥劑噴放到封閉空間內(nèi)，降低氧的濃度，窒息燃燒撲滅火災(zāi)。但是煙烙盡藥劑是由52%氮?dú)?40%氬氣和8%的CO2氣體組成，它摻入了合適的氣體混合物，使得人們?cè)谌毖醯臍夥罩心芎粑?，它?shí)際上增強(qiáng)了人吸收氧氣的能力。通常狀況下，房間內(nèi)空氣中氧氣含量為21%，CO2的含量約為1%。當(dāng)噴入煙烙盡滅火劑之后，其房間內(nèi)氧氣的濃度降至約12.5%，而CO2的濃度則上升至2%~5%，通過(guò)人本身更深更快的呼吸來(lái)補(bǔ)償環(huán)境中氧氣濃度的降低，對(duì)未及時(shí)撤離的人來(lái)說(shuō)是沒(méi)有危害的。

三、滅火效率

滅火濃度低、滅火劑用量少、滅火時(shí)間短是衡量氣體滅火系統(tǒng)滅火效率高低的尺度。如下表：

滅火劑種類(lèi)

最小設(shè)計(jì)滅火濃度

滅火劑噴射時(shí)間

主要滅火方式

1301

5％

10s

化學(xué)

CO₂

34％

10s

物理

FM-200

7％

≤10s

化學(xué)

氣溶膠

5％

10s

化學(xué)

煙烙盡

37.5％

60s

物理

由于滅火劑的滅火機(jī)理不同，其滅火劑的滅火濃度、滅火時(shí)間也各不相同。CO2和煙烙盡是通過(guò)向被保護(hù)空間充滿惰性氣體降低氧的含量達(dá)到窒息滅火，而FM-200和氣溶膠則是通過(guò)化學(xué)抑制作用終止燃燒反應(yīng)達(dá)到滅火的目的。從上表可知，CO2和煙烙盡的最小設(shè)計(jì)滅火濃度相對(duì)較大，應(yīng)用量相對(duì)容積比過(guò)高，使用量較大，滅火速度相對(duì)較慢，F(xiàn)M-200和氣溶膠的滅火速度則明顯要迅速。實(shí)踐證明，氣溶膠的滅火效率為哈龍1301的4~6倍，其滅火效率最高。

四、適用范圍

總的來(lái)說(shuō)，這四種滅火劑皆能迅速有效地?fù)錅鏏.B.C類(lèi)火災(zāi)，而不適用撲滅消化纖維、火藥等含強(qiáng)氧化劑的化學(xué)火災(zāi)及活潑金屬、可自燃的火災(zāi)。但是，由于滅火劑本身的性能不同，滅火機(jī)理不一樣，所組成的滅火系統(tǒng)在使用范圍上是有一定差別的。

     CO2按儲(chǔ)存壓力的不同分為高壓、低壓CO2滅火系統(tǒng)。當(dāng)CO2噴射時(shí)，使得周?chē)h(huán)境溫度大大降低（″激冷″現(xiàn)象），空氣中的水分冷凝，成為極濃的水霧（″結(jié)露″現(xiàn)象），會(huì)對(duì)昂貴的電子設(shè)備造成嚴(yán)重的污損。水中溶解了CO2及碳酸，足以對(duì)磁介質(zhì)造成危害，尤其是對(duì)計(jì)算機(jī)房、通信機(jī)房?jī)?nèi)的集成芯片、電路有較大影響，并會(huì)使電器設(shè)備表面產(chǎn)生靜電積累。高壓CO2儲(chǔ)壓較高，充裝密度60%~68%，設(shè)計(jì)壓力為15.0MPa,滅火劑釋放時(shí)容易造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)和被保護(hù)物的損害。

    FM-200在滅火過(guò)程中分解出的氫氟酸雖為弱酸，但其具有特異的腐蝕性，對(duì)特定物質(zhì)可造成很大的損害。同CO₂一樣，F(xiàn)M-200在噴射時(shí)噴嘴處環(huán)境溫度降低，空氣中水分冷凝，成為薄薄的水霧，造成一定的危害。

氣溶膠滅火系統(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)工程上應(yīng)用的氣溶膠滅火裝置都屬于熱型的，產(chǎn)生的高溫會(huì)造成一定的危害；熱氣溶膠以負(fù)催化，窒息等原理滅火；滅火后有殘留物，屬于非潔凈滅火劑，懸浮于空氣中的粉塵呈電中性，雖容易清除，但殘留的微粒塵中含有的金屬氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽，在遇到水分時(shí)呈弱堿性，對(duì)特定的設(shè)備也可造成一定的損害。另外氣溶膠膠體的擴(kuò)散速度較氣體滅火劑要慢的多，且熱膠體噴放后存在向上擴(kuò)散的趨勢(shì)，不利于均勻分布。所以防護(hù)區(qū)的面積及體積應(yīng)比無(wú)管網(wǎng)鹵代烷自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)置要求更應(yīng)嚴(yán)格，不宜用于大空間場(chǎng)所。

 煙烙盡釋放時(shí)，噴放出的氣體不會(huì)產(chǎn)生霧或露結(jié)，因此受保護(hù)的設(shè)備、財(cái)產(chǎn)和人都不會(huì)產(chǎn)生二次傷害。但是，煙烙盡屬于高壓儲(chǔ)存，容器壓力高達(dá)15.0MPa，滅火劑釋放時(shí)容易造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)和被保護(hù)物的損害。

五、經(jīng)濟(jì)分析

經(jīng)濟(jì)分析涉及的面很廣，既包括滅火系統(tǒng)一次性工程投資費(fèi)用，又包括系統(tǒng)投入運(yùn)行后，裝置的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)，如日常管理人員的正常開(kāi)支，設(shè)備的年度定期檢查檢測(cè)費(fèi)用，藥劑的補(bǔ)充安裝費(fèi)用，零件的正常損壞更換費(fèi)等。滅火劑價(jià)格越高，系統(tǒng)的鋼瓶設(shè)備越多，則系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用就越高。
   CO₂滅火系統(tǒng)來(lái)源充裕不需要合成、自然界本身就有，CO₂的再填充費(fèi)用低廉。但其對(duì)釋放管路和噴嘴造型有嚴(yán)格的要求；如設(shè)計(jì)、施工不合理，會(huì)應(yīng)釋放過(guò)程中產(chǎn)生大量干冰阻塞管道或噴嘴造成事故。應(yīng)用量相對(duì)容積比過(guò)高，最小滅火設(shè)計(jì)濃度為34.0%，使用量大。低壓CO₂液體本身的儲(chǔ)存溫度為-18℃，系統(tǒng)日常維護(hù)工作量大，維護(hù)費(fèi)用高，系統(tǒng)管理非常嚴(yán)格，電源要有充分保證，按現(xiàn)在的使用單位管理水平不宜用低壓CO2滅火系統(tǒng)。

FM-200滅火系統(tǒng)與1301滅火系統(tǒng)所使用的設(shè)備、管道及配置方式幾乎完全相同，被認(rèn)為是1301最接近的替代品，但是FM-200藥劑費(fèi)用昂貴，且每套FM-200滅火劑因充裝壓力較小而使滅火劑管道輸送距離短，因此按目前滅火劑儲(chǔ)存壓力（現(xiàn)有儲(chǔ)存壓力為2.5MPA 和4.2Mpa兩種），F(xiàn)M-200只適用于小系統(tǒng)。

氣溶膠藥劑一般6～8必須更換，成本較大。氣溶膠滅火系統(tǒng)，由于氣溶膠微粒極為細(xì)小，且具有非常大的比表面積，吸附力極強(qiáng)，因此不宜用管道輸送，只適用于小系統(tǒng)，如建筑物內(nèi)保護(hù)容積較小的配電室、變壓器室等。但如用于較大保護(hù)區(qū)域時(shí)，則應(yīng)多套系統(tǒng)組合使用，這種方式設(shè)備相對(duì)較多，占用建筑面積較大，投資增加，雖仍能迅速有效地?fù)錅缁馂?zāi)，但不經(jīng)濟(jì)合理。

煙烙盡IG-541滅火系統(tǒng)，不受保護(hù)區(qū)域大小的限制，特別是被用于較大的消防工程時(shí)，相對(duì)而言，經(jīng)濟(jì)合理。而且工程越大，節(jié)約投資越明顯。高壓儲(chǔ)存的惰性氣體，其輸送距離可達(dá)100M。雖然其綜合性能最好，是極好的哈龍?zhí)娲罚撓到y(tǒng)對(duì)滅火藥劑的氣體配比、儲(chǔ)存瓶、管路、閥門(mén)、噴嘴儲(chǔ)存間以及周?chē)h(huán)境、溫度的要求嚴(yán)格，系統(tǒng)設(shè)備的制造及安裝工藝相對(duì)復(fù)雜。由于IG-541 是單相氣體滅火劑，所以它不能作局部噴射使用，也不能以滅火器方式使用。與其他氣體滅火系統(tǒng)相比，IG-541 滅火系統(tǒng)所用的滅火劑體積相當(dāng)大，因而需要更多的儲(chǔ)氣瓶和更粗的管道。此外，它的管道壓力也特別高。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，噴放時(shí)還會(huì)因管道中的IG-541氣體流速達(dá)到音速而產(chǎn)生音障，流動(dòng)受到很大的阻力；超過(guò)音速時(shí)所產(chǎn)生的爆震還會(huì)使系統(tǒng)遭到破壞。就目前行情而言，其綜合費(fèi)用是最高的，這或多或少地制約了其廣泛地推廣使用。