气体、干粉灭火系统消防设计

关于民用建筑消防设计相关问题的探讨-气体、干粉灭火系统摘要：本文介绍了目前主要的两种气体灭火系统和一种超细干粉灭火系统，依据各系统的特点简要分析了适用的建筑类型及场所。希望可以通过各系统优缺的点比较为民用建筑气体（干粉）消防方案的选择和制定提供一些有价值的参考意见。关键词：气体灭火系统 CO2 七氟丙烷 超细干粉1、 气体灭火系统的特点 气体灭火系统是指平时灭火剂以液体、液化气体或气体状态存贮于压力容器内，灭火时以气体（包括蒸汽、气雾）状态喷射作为灭火介质的灭火系统。并能在防护区空间内形成各方向均一的气体浓度，而且至少能保持该灭火浓度达到规范规定的浸渍时间，实现扑灭该防护区的空间、立体火灾。系统主要包括贮存容器、容器阀、选择阀、液体单向阀、喷嘴和阀驱动装置组成。以下以CO2 和七氟丙烷作为气体灭火的代表进行分析。 1.1、CO2气体灭火系统CO2自动灭火系统根据其设计应用形式可分为全湮没灭火系统方式、局部应用灭火系统方式。全湮没灭火系统方式指在一定的时间内，向防护区内喷射一定浓度的灭火剂，并使其均匀地充满整个防护区的灭火方式。对事先无法预计火灾产生部位的封闭防护区应采用全湮没灭火系统方式进行火灾防护。局部应用灭火系统方式直接向保护对象以设计喷射强度喷射灭火剂，并持续一定的时间的灭火方式。对事先可以预计火灾产生部位的无封闭围护的局部场所可采用局部应用灭火系统方式进行火灾防护。CO2气体灭火系统主要是通过稀释空气中的氧含量来达到灭火的目的，在浓度很低时，对人体生理不会有如何反应，当空气中二氧化碳的浓度达到2%（体积分数）时，就会使人产生不愉快感。随着二氧化碳浓度的增加，人体血液中二氧化碳的分压上升，刺激呼吸中枢。当浓度超过4%时，会刺激眼、咽喉、使人头痛、耳鸣。当浓度达到8%-9%时会造成呼吸困难、呕吐、感觉麻木、神志错乱，在这个浓度下，人只能停留几分钟。当空气中二氧化碳浓度达到10%时，会使人的视力变坏，头晕、发抖、1min内会失去知觉，长时间接触会死亡。当浓度达到20%时，会很快使人的中枢神经麻痹，短时间内就会死亡，但是为了保证灭火和规范要求二氧化碳灭火浓度基本上都不小于34%此浓度远远高于前面所述的对人体造成伤害的任意浓度。因此它对人员的具有不安全性，公安部在2001年关于进一步加强哈龙替代品及其替代技术管理的通知中明确规定，不能用于保护经常有人的场所。故民用建筑中极少采用CO2气体灭火系统。1.2、七氟丙烷（FM200）气体灭火系统FM200的灭火机理与卤代烷系列灭火剂的灭火机理相似，属于化学灭火的范畴，通过灭火剂的热分解产生含氟的自由基，与燃烧反应过程中产生支链反应的H 、OH-、O2-活性自由基发生气相作用，从而抑制燃烧过程中化学反应来实施灭火。七氟丙烷HFC227ea的化学分子式为CF3CHFCF3。FM200是一种较为理想的哈龙替代物，对大气的臭氧层没有破坏作用，消耗大气臭氧层的潜能值ODP为零，但有很大的温室效应，其潜能值GWP高达2050。FM200具有良好的灭火效率，灭火速度较快、效果好，灭火浓度（8-10%）也较低，基本接近哈龙1301灭火系统的灭火浓度（5-8%）。因FM200具有的优良灭火效果，一度被美国环境保护署推荐和认可。但在大家注意到FN200显著优点的同时。大量的实验证明，含氟卤代烷灭火剂在灭火现场的高温下，会产生大量的氟化氢（HF）气体，经与气态水结合，形成氢氟酸（白雾状），氢氟酸是一种腐蚀性很强的酸，对皮肤、皮革、纸张、玻璃、精密仪器有强烈的酸蚀作用。美国航空航天局一项针对FM200的实验证明：FM200灭火系统随着火灾规模和喷放时间的越长，产生的HF浓度越高，对精密仪器和设备的酸蚀作用越强，对人的皮肤腐蚀作用随之增强。同时，因FM200在喷放时产生“白雾”，具有腐蚀性，在气体疏散的过程中具有更大的危害性。针对FM200的类似特性，我国在气体灭火设计规范中强条规定了“在通讯机房和电子计算机房等防护区，设计喷房事件不应大于8s；在其他防护区，设计喷房时间不应大于10s。”而根据不同火灾类型，浸渍时间最长也不超过20min。通过这些相关的条款，尽可能保证在FM200灭火的同时保护灭火对象不收到损伤。因FM200的储存压力为2.5Mpa/4.2Mpa,要求喷嘴的工作压力为不小于0.8Mpa,所以在输送距离上受到很大的限制，尤其应用于组合分配系统，则较为困难，在消防实践上不主张使用组合分配系统，特别是当保护区多、输送距离要求长的工程，更要引起注意。可见，FM200在有人场所、精密仪器场所和远距离输送场所和使用必须加以注意，对高温裂解的产物HF给与重视，以免造成损失。七氟丙烷系统具有已批准的国家标准（GB 50370-2005），设计、施工、验收规范的支撑以及大量应用的实践、经验和灭火技术的成熟、有一套比较方便的手算方法，便于设计人员掌握系统的设计和实施。七氟丙烷灭火系统是现阶段用量最大的气体灭火系统，此系统出了不能用于局部灭火外，其他性能是当今气体灭火系统中最为突出的。2、 超细干粉灭火系统特点 超细干粉灭火剂是近年来我国替代“哈龙”研究的新产品，其干粉颗粒比普通干粉细，是一种无毒、无害，对人体皮肤无刺激，对保护物无腐蚀；在常态下不分解、不吸湿、不结块，平均粒径小于10微米的超细干粉灭火剂，流动性好，有良好抗复燃性、弥散性和电绝缘性。其灭火机理是以化学灭火为主，通过化学、物理双重灭火机能扑灭火焰。从物理上具有冷却、窒息与对热辐射的遮盖作用：超细粉体灭火剂的基料在火焰的高温下发生一系列的分解反应，分解反应产生的一些不活性体如二氧化碳、水蒸气等，可吸收火焰的部分热量，并对燃烧区的氧浓度稀释，从而起到冷却和窒息作用。使用超细粉体灭火时，大量的粉末以雾状形式喷向火焰，当与火焰相混合，可以降低残存火焰对燃烧物表面的热辐射。磷酸盐等混合物还具有导致碳化的作用，它附着于燃烧物表面炭化。炭化层是热的不良导体，可使火焰的温度降低，使燃烧过程变的缓慢。这些作用是超细粉体灭火剂附加的对热的辐射遮隔。化学方面，有焰燃烧是一种链式反应过程。燃烧分子在燃烧的高温下或其它形成的能量下被活化，在氧气的存在下产生自由基或是活性团机，并靠这些具有很高能量的自由基传播反应，维持燃烧的进行。OH和H是维持燃烧链式反应的关键自由基，它们具有很高的能量，非常活泼，一旦生成，就立即发生下一步反应，生成更多的自由基，使燃烧过程得以延续，且不断扩大。超细粉体中的灭火组分使对燃烧的反应的不活性物质，当它们进入燃烧区与火焰中的自由基接触时，自由基被瞬时吸附在粉末表面，并发生如下的反应：M （粉末）+OH（自由基）MOHMOH+H（自由基）M+H2O上述反应的结果使火焰中的OH和H被消耗的速度大于生产的速度，OH和H很快就耗尽，链式反应历程即被中止，火焰即熄灭。上述作用称为对燃烧的化学抑制作用和负催化作用。灭火剂与火焰反应产生的大量玻离状物质吸附着在被保护物表面形成一层隔离层；因此既能应用于相对封闭空间全淹没灭火，也可用于开放场所局部保护灭火。超细干粉灭火系统的用量计算与气体灭火类似，都是以保护空间体积为基础。但其工作状态类似于干粉灭火器，可以简单的概括为点对点灭火，即通过储罐对保护对象有针对性的布置，将防护空间分区域防护，这样可以在出现火灾隐患的时刻更加高效的发挥灭火功能。基于超细干粉灭火系统的工作状态，“常压工况”成为了一大亮点，相比于气体灭火需要空间密闭的要求，超细干粉可以无需设置泄压口，无需门窗具备承压和密闭的设计要求。因此超细干粉的使用条件更广，环境标准更低，使用代价也更经济。随着超细干粉灭火系统的不断升级，灭火剂储罐也得到了改良，常压储罐的出现延长了整个系统的维护保养周期。不存在罐体管路泄压的特点也保证了意外发生时系统启动的成功率。3、 方案应用在布置灭火系统的过程中，需要综合考虑一系列的因素，如灭火系统的使用环境，保护对象的用途、可燃物种类、环境温度等，灭火系统需要有完整的组件、配件和设施，并且与国家相关规范要求所符合。3.1、气体灭火系统 根据CO2灭火剂自身特点及灭火方式，CO2灭火系统可用于扑救： 灭火前能切断气源的气体火灾； 液体火灾或石蜡、沥青等可熔化的固体火灾； 固体表面火灾及棉毛、织物、纸张等部分固体深位火灾； 电气火灾，如变压器、油开关、电子设备等。CO2灭火系统不得扑救下列火灾：硝化纤维、火药等含氧化剂的化学制品火灾。钾、钠、镁、钛、锆等活泼金属火灾。氢化钾、氢化钠等金属氢化物火灾。根据CO2灭火系统以上的特点，该系统被广泛应用于电厂、电站、轧机、印刷机、浸渍油槽、造漆、制药等易发生火灾的重要部位的消防保护。CO2灭火系统也可以用于计算机房、图书馆、档案馆、珍品库、电讯中心等场所，但值得注意的是，当CO2灭火系统用于民用建筑的时候，一定要首先确认防护空间内无驻留人员，避免发生意外。对于无法保证人员及时撤离的场所，不建议采用CO2灭火系统。根据七氟丙烷灭火系统的自身特点和灭火机理，该气体灭火系统适用于：电子计算机房、图书馆、档案馆、贵重物品库、电站（变压器室）、电讯中心、洁净厂房等重点部位的消防保护。针对于小面积、小体积的保护空间，可采用无管网系统；针对于保护对象需要高效有针对性的消防要求，可采用火探管系统；而对于大面积，大净空，设备密集且无特殊消防要求的环境，可采用有管网系统。结合以上两种气体灭火系统的特点，笔者认为，针对保护空间可以达到一定气密性，且人员较少并可以及时撤离的防护空间，根据保护对象的安全要求以及经济技术比较，可选择CO2和七氟丙烷为代表的气体灭火系统。3.2、超细干粉自动灭火系统根据工作原理及使用特点，超细干粉灭火装置广泛应用于工厂、配电机房、电缆隧道、飞机库、档案/图书/博物馆、通讯基站、微机房、船舶、地铁、地下隧道、办公室等场所，考虑到超细干粉在激发时的状态，笔者建议不要将超细干粉自动灭火系统设置于人员密集区域。而针对于开放式（无法做到保持密闭性）空间，例如厂房，仿古建筑，半开放式建筑；及严格防止腐蚀、防止黏