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消防知識(shí)

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:

 

名稱(chēng)/項(xiàng)目

七氟丙烷HFC227ea

混合氣體IG541

氮?dú)釯G100

化學(xué)組成

CH3CHFCH3

52%N2,40%Ar,8%CO2

N2

貯存壓力

2.5/4.2MPa

15MPa

20/30MPa

減壓機(jī)構(gòu)

不需要

減壓孔板

減壓器

配管壓力

2.5/4.2MPa

15MPa

6MPa

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:

分析值名稱(chēng)

七氟丙烷HFC-227ea

混合氣體IG-541

氮?dú)釯G100

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)

名稱(chēng)

七氟丙烷HFC227ea

混合氣體IG541

氮?dú)釯G100

NOAEL濃度

9.00%

43%

43%

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。科學(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)。

 

氣體滅火前后空氣比較

 

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。

對(duì)比項(xiàng)名稱(chēng)

IG541

IG100

鋼瓶用量(瓶)

129

101

鋼瓶占地面積(m2

11.61

9.09

主管道總重量(噸)

2.04

1.33

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。

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