浅议几种气体灭火技术

浅议几种气体灭火技术浅议几种气体灭火技术 人类社会的发展对气体灭火技术提出了除了灭火 人身安全两 大衡量指标外的一个新指标 即对人类生存的自然环境的保护 指标 从根本上讲 气体灭火技术不但要灭火 还要保护人身 安全 更要确保不干扰和不破坏人类赖以生存的大自然 这就是现代灭火技术发展的最大特点 1 几种典型替代技术简介 为了确保尽可能地减少对人类赖以生存的环境的干扰和破坏 人们舍弃了灭火性能和人身安全均为最佳的哈龙灭火技术 在 全球范围内推出多种替代技术 如惰性气体 ig 01 洁净气体 igl00 和混合气体 ig55 以及 ig 541 fm 200 和 co2 等 1 1 1g 01 氩气灭火技术 ar 氩气 又称 ig 01 它由 100 的惰性气体氩气组成 其密 度是空气密度的 1 38 倍 特别适用于固体深位火灾 可以维持 灭火浓度相当长一段时间 达到抑制火灾复燃的作用 氩气是 人类很熟悉的一种惰性气体 大量应用在钢铁冶炼等行业 氩 气是从大气中分离出来的 因为它的惰性 即使在火灾造成的 高温高压下也不参与任何化学反映 它不导电 无色无味无毒 对环境和人体没有任何不良影响 氩气的罐装技术在国内已经非常成熟 业主可在任何一家空气 分离厂自行得到 氩气灭火采取的是窒息法 它将燃烧区中的氧气替换或驱散 将物质燃烧所需的氧气降到可燃浓度以下 以熄灭燃烧 ig01 不足之处在于 灭火浓度高 以气态形式储存 造成贮存瓶组 多 装置庞大 ig 0l 全淹没系统适用于扑救 a b c 类和电气设备火灾 1 2 1g 100 氮气灭火技术 n2 氮气 又称 ig 100 它由 100 的氮气组成 其密度接近于 空气密度 由于由纯 n2 组成 在灭火过程中有可能参加反应 其灭火机理为稀释燃烧区内氧气 达到窒息灭火的目的 1 3 1c 55 氮气氩气灭火技术 ig 55 由 50 氮气 50 氩气组成 其密度大于空气密度 由 于含有 n2 在灭火过程中有可能参加反应 其灭火机理为稀释 燃烧区内氧气 达到窒息灭火的目的 1 4 fm 200 七氟丙烷类灭火技术 fm 200 又称七氟丙烷或 hfc 227ea 是 hfc 的一种 其灭火 机理 通过化学抑制作用终止燃烧的连锁反应 灭火速度快 fm 200 灭火过程中会分解出氢氟酸 其酸气的生成量是哈龙 1301 的 8 10 倍 输送距离短是它的不足 1 5 ic 541 烟洛尽 inergen 灭火技术 烟洛尽又称 ig 541 它是氮气 氩气和二氧化碳以 52 40 8 的体积比例混合而成的一种灭火剂 它的 3 个组成成分均为无 色 无味 不导电 无毒的气体 其密度近似于空气的密度 由于含有 co2 和 n2 所以这两种气体在灭火过程中有可能参加 反应 其灭火机理为稀释燃烧区内氧气 达到窒息灭火的目的 其中的二氧化碳主要起刺激人体呼吸作用 但随着灭火浓度的 增大 保护区内的 co2 的含量接近于 4 时有可能对人体造成 危险 ig541 的缺点在于 罐装需特殊设备 在国内只有上海 天津等有限的大城市可以罐装 1 6 co2 灭火技术 二氧化碳 co2 是地球大气成分之一 在常温常压下是一种无色 无味 不导电 化学上呈中性 无腐蚀的气体 其灭火机理主 要是稀释氧气 起窒息作用 二氧化碳可液化储存 这种方式 比 ig01 的储存要方便 由于 co2 的浓度达到 10 时在几分种 内会使人丧失意识甚至死亡 这一浓度远低于其 34 的最小设 计浓度 因此 co2 系统应用于有人环境时必须考虑人身安全防 范问题 co2 灭火技术较为成熟 在哈龙被禁止后又重新被人 类所认识 发挥其潜能 2 哈龙的替代技术的选择标准 针对某一应用场所选择适当的替代技术 首先要明确选择的标 准 亦即衡量产品性能的指标 哈龙替代品的性能指标有很多 包括物理性能 化学性能等多个方面 但是应用性能主要体现 在以下几个方面 2 1 对大自然的干扰级别 对大自然的干扰 分 a b 和 c 三级 这是一个宏观指标 定性 描述灭火技术与大自然的协调和对大自然的干扰程度 其中人 为地通过化学方法合成的灭火剂对大自然进行干扰的为 a 级 以某种物理方式对大自然进行干扰的为 b 级 几乎不对大自然 产生干扰的为 c 级 2 2 臭氧耗减潜能值 odp ozone depleting poten tial 以 cfc 11 为基准 设其 odp 值为 1 2 3 全球变暖潜能值 gwp global warning poten tial 用于表示和比较消耗臭氧层物质对全球气候变暖影响能力的大 小 2 4 大气存留时间 alta atmospheric lifetime 表示消耗臭氧层物质在大气中的存在寿命 以年为单位 2 5 灭火效率 哈龙替代物的灭火浓度 灭火时间指标综合反映了灭火剂的灭 火效率 2 6 毒性 灭火剂的毒性包括灭火剂本身的毒性及灭火剂受热分解产物的 毒性两个方面 常以 noael 无毒性反应的最高浓度 loael 出现毒性反应的最低浓度 等表示 2 7 存贮稳定性 包括耐热稳定性和化学稳定性 2 8 能见度 能见度的降低不利于人员的疏散 因此对于有人工作场所 能 见度成为关键性指标 ig01 和 inergen 为气态储存 在排放时 没有雾气生成 fm 200 和 co2 喷射时有较强烈气化及吸热效 应 致使空气冷凝出现浓雾 2 9 残留物 灭火后若有残留物 为防止发生意外事故必须清理干净 气体 灭火剂属清洁灭火剂 灭火后不留痕迹 2 10 质量与占用空间 对于某些特殊应用场所 灭火系统的质量与占用空间成为重要 的考虑因素 2 11 工程造价 在保证灭火能力 不破坏环境 确保人员和财产安全的前提下 应尽量减少投资 提高哈龙替代品的性能价格比 3 气体灭火系统的定性选择 3 1 环境因素 几种气体灭火剂的环境特性参数见表 1 7 在进行分析时 首先我们把对自然的干扰为 a 级 即化合物 的 灭火剂排除 我们选用 b c 级灭火气体进行比较 可以看到 在 b c 级中有 ig 01 igloo 和 ig55 以及 ig 541 ig 541 和 ig 55 均由混合气体组成 且 ig 541 含有 co2 ig 55 中含有 n2 在高温高压下有可能参与化学反应 对自然有一 定干扰 最后我们来分析 c 级灭火气体中的 ig 01 和 igloo 这两种气体均为单质 但 ig1oo 为 n2 组成 在高温高压下有可 能参与化学反应 而 ic 01 气体完全由自然界存在惰性气体组 成 它的释放是将这些气体放归自然 对环境没有影响 3 2 毒性 关于毒性方面的比较 我们分别以对生命的保护和对财产的保 护两个方面来论述 3 2 1 对生命的保护 对生命的保护主要要求灭火剂毒性低 对人体无影响 有利于 防护区人员的安全疏散等 四种灭火剂的毒性参数见表 2 从表 2 可知 ig 01 ig 100 ig 55 七氟丙烷和 ig 541 的 noael 均不小于系统的最小设计浓度 就灭火剂在防护区内 本身喷放而言 对人体是相对安全的 因此 我们选用 ig 01 ig 541 七氟丙烷和 c02 为代表进 行比较 ig 541 中由于含有 8 的 co2 随着灭火浓度的增高 保护区 中的 co2 含量随之增大 特别是对于计算机房类火灾来说 无论是欧洲 cea 标准 德国 vds 标准还是我国唯一的气体灭火 标准 二氧化碳灭火系统设计规范 gb50193 93 中同样要求电 子计算机房的灭火浓度为 47 且要求抑制时间 10 分钟 此 时 ig 541 中的 co2 的含量接近于 4 有可能会对人体产生 危害 七氟丙烷最小设计浓度为 7 5 无毒性反应的最高浓度 noael 为 9 有毒性反应的最低 loael 为 10 5 该三个 值比较接近 事实上 当防护区内七氟丙烷的浓度在 5 9 时 人员可停留时间为 1min 而浓度高于 9 时只能用于无人 停留区域 此外七氟丙烷在灭火过程中的高温条件下裂解有剧 毒物氢氟酸产生 散发着刺鼻的气味 有一定的腐蚀性 这也 是灭火时七氟丙烷必须在 10s 内释放完毕的关键原因 co2 对人体危害主要是窒息作用 在有人场合使用具有危险性 co2 不同浓度对人体的影响详见表 3 8 二氧化碳灭火系统的最小设计灭火浓度为 34 kb 1 0 大 于 20 为致死浓度 所以 co2 灭火系统用于有人的场所必须考 虑人员报警与撤离延时喷放问题 此外 七氟丙烷和 co2 以液态储存 喷放过程中迅速气化会产 生大量的 白雾 在一定程度上影响了内部人员的安全疏散 ig 01 的灭火机理是降低空气中氧气的含量 一般而言 当氧 气在空气中的含量低于 15 时燃烧难于维持 ig 01 在实施灭 火时 将氧气的含量降低至 12 05 使火熄灭 对处于火灾 现场的人而言 正常人在 10 以下的氧气条件下会缺氧 ig 01 是以气态储存的纯惰性气体 喷放时可以清楚地看到紧 急出口 在高温条件下甚至与火焰接触也不会分解产生有毒或 有腐蚀性的分解物 因此 ig 01 对人员是安全的 因此 从保护生命的角度出发 在有人场所适合选择 ig 01 灭 火系统 但 ig 01 灭火系统也有不可克服的缺点 如因为以气 态储存 导致钢瓶数量多 且储存压力高达 16mpa 高于其他 气体灭火系统 亦可视为一种不安全因素 3 2 2 对财产的保护 co2 是以液态储存的灭火剂 喷放时会使防护区内的温度在短 时间内急剧下降 使精密设备和珍贵财物因 冷激 或 冷脆 作用而损坏 喷放时还从周围吸 收大量热量 使空气中的水蒸气大量凝结 产生严重的结露 现象而损坏财物 尤其是对计算机房 通信机房内的集成芯片 电路有较大影响 并会使电器设备表面产生静电积累 七氟丙烷在一定程度上也存在与 co2 相同的危害 由于七氟丙 烷在灭火过程在高温条件下会裂解产生 hf 等酸性分解物 从而 产生结露 对设备造成损害 ig 541 以压缩气体的形式储存 喷放时防护区内温度变化很 小 仅为 2c 左右 不会在保护设备表面形成冷凝 ig 541 由 氩气 co2 氮气气体组成 由于含有 co2 和氮气 在高温高 压下有可能会发生化学反应 ig 01 以压缩气体的形式储存 喷放时防护区内温度变化很小 仅为 2c 左右 不会在保护设备表面形成冷凝 ig 01 由 100 惰性气体氩气组成 无腐蚀性 喷放后无残留物 灭火时不会发生化学反应 不污染环境 无 毒 具有良好的电绝缘性能 不会对被保护设备构成损害 因此 对于有精密设备 珍贵财物等的场所 使用 ig 01 灭火 系统较为适宜 4 气体灭火性能的定量选择 灭火效率主要是通过灭火浓度来衡量的 灭火时间和灭火效果 也对系统的灭火效率产生影响 4 1 针对电气类火灾灭火性能 三种气体的灭火性能见表 4 4 2 灭火时间 各种系统的灭火时间是和灭火剂的喷放时间直接相关的 不同的气体灭火系统 喷放时间的规定不同 对于卤代烃灭火 剂 七氟丙烷 hfc 227ca 洁净气体灭火系统设计规范 dbj15 23 1999 规定 七氟丙烷的喷放时间 不应大于 10s 对于惰性气体灭火剂 惰性气体灭火系统标准 1s014520 12 氩气灭火系统标准 中规定氩气 灭火剂的喷射 时间应保证在 60s 之内达到最小设计浓度的 95 1s014520 15 中规定烟洛尽 灭火剂的喷射时间应保证在 60s 之内达到最小设计浓度的 95 二氧化碳灭火系统设 计规范 gb50193 93 1999 中规定 二氧化碳全淹没灭火系 统的喷射时间不应大于 60s 氟丙烷灭火系统因喷放时间要求较短 小于 10s 极大地限制 了系统防护的范围和距离 4 3 维持 10 分钟灭火效果 气体灭火系统的灭火效果是由保护持续时间来保证的 系统设 计时重要的是不但要达到灭火剂的设计浓度 而且应维持足够 长的浸渍时间 以便有关人员采取有效的紧急措施来消除危险 这一点非常重要 因为持续的点火源 如电弧 热源或阴燃火灾 在 气体灭火剂一旦消散后极有可能复燃 co2 的分子量为 44 密度约为空气的 1 5 倍 ig01 的密度约 为空气的 1 38 倍 据检测 ig 01 系统能保证维持灭火浓度至 少 10min 由于密度较大 喷射后灭火剂具有很好的渗透能力 对于深位火灾而言灭火效果显著 并能维持相当长一段时间 而 ig 541 由于含有 40 的氩气 ar 52 的氮气 8 的 co2 分子量分别为 40 28 和 44 在喷放后的一段时间内可以保 持均匀混合 但一旦失压 由于各气体分子量不同 有可能产 生各气体分离现象 即失去了 ig 541 混合气体的本性 较难 维持足够长的浸渍时间 从而影响灭火效果 5 气体灭火系统的经济比较 灭火系统的造价除了一次性设备器材投资外 还应包括日常的 维护保养费 灭火系统的维护保养费用主要包括灭火剂的再填 充和瓶站的维护保养费 灭火 剂价格越高 系统的钢瓶设备越多 则系统的维护保养费用就 越高 工程实例表明 对灭火剂的再填充费用 七氟丙烷药剂费用昂 贵 但充装较方便 对于 ig 541 由于现在只有天津和上海 等有限的几个大城市可以充装 所以充装很不方便 运输钢瓶 费用昂贵 co2 的再填充费用低廉 ig 01 氩气 是气体分离的副产品 价格便宜 且应用广泛 不但各大城市可以充装且在各中小城市也可以进行再填充 瓶站的维护保养费用方面 一方面低压 co2 灭火系统由于存在 日常压缩制冷机的