浅谈 IG 100 氮气灭火系统的应用

1、浅谈 IG 100 氮气灭火系统的应用【关键词】IG100,氮气,洁净灭火剂,气体灭火系统【摘要】简述IG100氮气灭火系统的应用研究过程，提出系统设计的基本思路和原理1 简介1990年，在蒙特利尔协议刚签订不久，全球都开始停用Halon气体。此时，研究人员针对天然气体的灭火性能进行了一项研究。研究人员根据此次广泛的研究得出以下几个结论： 不使用预混合的自然气体 使用纯CO2、纯N2或纯氩气作为灭火气体可以提供性能最好的灭火解决方案法国燃烧工程协会（CEA）在1997年关于天然气体灭火性能的研究结果再次表明，选用纯天然气体作为灭火介质是最正确的选择。2 灭火性能氮气灭火系统的灭火性能主要取决于

2、纯N2的惰性。随着纯N2的淹没过程，保护区内的氧气不断减少。火焰的氧气供给被切断，从而导致燃烧率和火焰底部温度的降低。当温度下降到500oC以下时，火焰被扑灭。法国燃烧工程协会（CEA）的实验还显示了另一方面的结果，该结果影响了天然气体的灭火表现。灭火气体分子的不同的吸热能力导致天然气体不同的灭火性能。到目前为止，灭火性能最好的是CO2，其次是N2和IG-541。IG-55和氩气的灭火浓度最高。IG-541和IG-55是预混合天然气体。IG-541含52%的N2，40%的氩气以及8%的CO2，而IG-55含50%的N2和50%的氩气。氮气灭火系统使用的纯N2具有化学惰性，因此，它们对三类典型火

3、灾都具有良好的灭火功效：A类火（固体物质），B类火（可燃液体），C类火（可燃气体）。与化学合成的灭火剂不同的是，氮气灭火系统还允许扑灭深度火灾。由于氮气灭火系统选用的纯N2取自大气层，因此非常容易制成，在各地都可以方便地获得。这就确保当系统释放后可以非常迅速地进行再充装。为了避免由于系统关闭而造成的巨额花费，保证可以快速充装的氮气灭火系统绝对是最佳选择。如果要充装预混合气体，因为充装商必须得到相关的许可和认证，所以可选择的充装商非常有限，也就不能保证可以快速充装了。但由于提取天然气是免费的，因此天然气体供应商无需支付昂贵的认证费用。氮气灭火系统对生态无害，保护区的气体可以用排烟系统或通过窗口直

4、接排走，因为在灭火过程中没有有害物质产生。3 氮气的应用像其他天然气体一样，N2具有化学惰性和弱导电性。这些特性使氮气灭火系统对大火危险区有更加有效的控制。氮气灭火系统选用的纯N2具有化学惰性，因此，它对三类典型火灾都具有良好的灭火功效：A类火（固体物质），B类火（可燃液体），C类火（可燃气体）。与化学合成的灭火剂不同的是，天然气体还允许扑灭深度火灾。氮气灭火系统应用广泛，可以对一个或多个保护区进行有效可靠的全淹没灭火。由于氮气灭火系统以高压储存气体，所以可以满足长距离和复杂的管网要求，而这正是化学合成灭火剂所不能实现的。由于CO2只能限制用于特殊场所，所以N2系统就被广泛应用，特别是在那些不

5、能完全排除有人员存在的场所，N2系统的优点更是明显。只有当保护区剩余的氧气浓度低于8.5%时才会对人体造成影响。这就相当于人在海拔7500米的地方呼吸。对于大多数可燃物质，灭火后氧气的浓度一般为12%，相当于人在海拔5000米的地方呼吸。经独立医疗机构证明，如果处在这种环境中的时间不超过60分钟的话，对人体是没有不良影响的。N2是大气的其中一种成分，它是无毒无害的，我们呼吸的空气中79%是N2。N2在200 bar的压力下以气态储存在高压钢瓶中。它通过喷嘴以气态的形式喷放到保护区中。在喷放的过程中，不会出现明显的温度下降，因此也不会形成水雾，从而方便消防队或保安人员在喷放N2进行淹没灭火后进入

6、保护区。喷放N2进行灭火时，系统发出的噪音和喷放Halon时相似。由于N2和空气的重量相近，所以喷放气体进行淹没灭火时，N2可以与周围的空气很好地进行混合。使用N2进行灭火可以保证保护区内的空气稳定，因为N2喷放后在较长一段时间内，保护区内空气温度的变化率比较低。这就可以保证，在喷放后的10分钟的浸渍时间内，保护区仍保持设计的灭火浓度，这也满足国际设计规范ISO 14520的要求，但以上的前提是保护区密封性良好。由于N2是纯天然气体，所以在确认燃烧物没有产生有毒物质后，成功灭火的N2可以直接通过排烟系统或保护区的窗户排走。如果在气体喷放的过程中或者喷放之后，有人员因为受伤被迫困在保护区内的话，

7、喷放出来的N2也可以冲淡呼吸空气中任何有毒物质的浓度。科学研究证明，在这种环境下，人体会自动减慢呼吸频率。这个也是N2与IG-541 不同的地方之一。IG-541含N2、氩气和CO2，IG-541喷放之后，保护区内的CO2浓度就会上升到大约3%，会导致呼吸加速，而纯N2可以使人体自动减慢呼吸频率。在国内，已有氮气气体灭火系统通过了国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验测试中心的检验。氮气灭火系统是由通过专用的水力计算程序进行设计的。根据喷嘴的压力要求对减压孔板和管网的尺寸进行调节，有关水力计算程序也已通过认证。4 系统原理当某一防护区发生火灾时，首先探测到火灾信号的一类探测器将火灾信号传送给控

8、制盘，当火灾被另一类探测器确认后，控制盘经延时至30秒时启动火灾区域相对应的启动装置，向防护区释放纯氮气灭火剂。在延时阶段控制盘将完成相关设备的联动。如值班人员先于火灾探测系统发现火情，可直接按下设置在保护区外的手动释放装置或在气瓶间通过紧急机械手动装置直接启动容器阀灭火装置。5 设计浓度的讨论5.1 设计浓度氮气灭火系统在国际上已被广泛使用，可参考NFPA2001洁净灭火剂灭火系统标准或ISO14520-1：2000气体灭火系统(一般要求)进行设计的。依据NFPA2001规定：1） A 类火灾，由普通可燃物，如木材、布、纸、橡胶或塑料制品引起的火灾。2） B 类火灾，用易燃液体、油、脂、焦油

9、、油基涂料、油漆或可燃气体引起的火灾。3） C 类火灾，由带电设备引起的火灾。设计浓度依据NFPA2001规定：1） 用于扑灭 A 类火的灭火系统，其最小设计浓度应按其灭火浓度乘以的1.2倍确定。2） 用于扑灭 B 类火的灭火系统，其最小设计浓度应按其灭火浓度乘以的1.3倍确定。3） 用于扑灭 C 类火的灭火系统，其最小设计浓度不应小于扑灭 A 类火的灭火系统的灭火浓度值。NFPA协会最新的会议中确定了有关氮气、氩气和FM200系统的设计浓度要求，请见下表： 表一 NFPA2001：Cerexen（氮气、氩气）及FM200系统最新设计浓度agent灭火剂wood cribtest value

10、(1)Vol% agent木垛实验值Vol% 药剂浓度n-heptanetest value (1)Vol% agentN-庚烷实验值Vol% 药剂浓度class A fireVol% agent(Vol% O2)A类火设计浓度Vol% 药剂浓度（Vol% 氧气浓度）electronic risk (2)Vol% agent(Vol% O2)电子火灾设计浓度Vol% 药剂浓度（Vol% 氧气浓度）class B fireVol% agent(Vol% O2)B类火设计浓度Vol% 药剂浓度（Vol% 氧气浓度）Nitrogen氮气30,033,636,0(13,3)36,0(13,3)43,7

11、(11,7)Argon氩气30,739,236,8(13,1)36,8(13,1)51,0(10,2)FM2005,86,97,07,09,0以上灭火浓度的试验均用独立实验室提供。5.2 深层火灾在ISO 14520和NFPA 2001 规范当中，深层火灾如档案或棉花内的火灾都归作A级火。不过，此类情况强烈建议使用高一点的灭火浓度，如法国燃烧工程协会CEA建议对以上三种天然气体使用51%的设计浓度。5.3 灭火剂用量 表二为NFPA2001规范所列的达到设计浓度所需要的氮气灭火剂用量。表二 NFPA2001 IG-100全淹没灭火剂用量IG-100全淹没灭火剂用量（公制）a温度 t (oC)c

12、蒸汽比容 s (m3/kg)d每单位保护空间体积所需的灭火剂体积， V灭火剂/V保护空间b设计浓度（体积百分比）e3437404247495862-400.68260.52250.58090.64230.68490.79830.84661.09081.2166-300.71190.50090.55700.61590.65670.76540.81181.04591.1665-200.74120.48110.53500.59150.63080.73520.77971.00451.1204-100.77040.46290.51470.56910.60690.70730.75010.96641.077

13、900.79970.44590.49590.54820.58460.68140.72270.93101.0384100.82900.43020.47830.52890.56400.65730.69710.89811.0017200.85820.41550.46210.51090.54480.63490.67340.86760.9677300.88750.40180.44680.49400.52680.61400.65120.83890.9357400.91680.38900.43250.47820.51000.59430.63040.81210.9058500.94610.37690.4191

14、0.46340.49420.57590.61080.78700.8778600.97530.36570.40660.44950.47940.55870.59250.76340.8515701.00460.35500.39470.43640.46540.54240.57530.74110.8266801.03390.34490.38350.42410.45220.52700.55900.72010.8032901.06310.33550.37300.41240.43980.51260.54360.70040.78121001.09240.32650.36300.40130.42800.49880.52900.68160.7602注：a. 制造商指定的温度范围。 b. X 所需的灭火剂体积 （kg/m3）- 在指定温度下，为达到指定浓度，每立方米保护空间所需的灭火剂体积 X=2.303 x ( Vs / S ) x Log10( 100 / 100 C ) = ( Vs / S ) x ln ( 100 / 100 C ) 式中： Vs 在公称浓度（%）和温度下，保护空间达到空气 灭火剂完全混合状态，每1 m3空间内所需的灭火剂体积 c. t 温度（oC） 危险区的设计温度 d. S 比容 （m3/kg） 过热IG-100蒸汽