气体灭火系统选择报告

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注1：含N₂52％；Ar40％；CO₂8％。

本工程采用全淹没灭火系统，将被保护房间划分为六个保护区，CO₂的设计用量按下式计算：

M=K_b(K₁A+ K₂V)

式中：M—CO₂设计用量（kg）；

  K_b—物质系数；

  K₁—面积系数（kg/m²）,取0.2 kg/m²；

  K₂—体积系数（kg/m³）,取0.7 kg/m³；

A—折算面积（m²）；

V—防护区的净容积（m³）；

各防护区的划分情况及设计用量详见表4.2—1。按《二氧化碳灭火系统设计规范》（GB50193—93）的规定，依据各防护区可燃物的类型，其设计浓度应为47％，物质系数为1.50。

表4.2—1

项目

建筑几何尺寸

（L×B×H）

总表面积（m²）

体积（m³）

设计浓度％

灭火剂设计用量（kg）

单元控制室

13.5×21×5.2

925.8

1474.2

47

1826

工程师站

4.6×8×5.2

204.64

191.36

47

262

SIS功能站/机房

4.6×8×5.2

204.64

191.36

47

262

电子装置室

（21×21－4.6×16）×5.2

1219.44

1910.48

47

2372

电子设备间

4.6×21×5.2

459.44

502.32

47

665

锅炉热控配电间

7×12.1×5.2

368.04

440.44

47

573

对于组合分配系统，CO₂的储存量不应小于最大一个防护区的储存量，本工程以电子装置室所需的灭火剂用量（2372kg）为最大，按此进行设计。由于总用量不大，因此设计考虑采用高压灭火系统，该系统由储存装置、选择阀与喷头、管道及其附件等组成，系统储存量为2562 kg，需容量为70L、充装率取0.60 kg/L的储瓶组61套。本期工程集中控制楼中，设二套高压CO₂灭火系统（一备一用）。

4.2.2 七氟丙烷（FM200）

七氟丙烷（美国商标名称为FM200）灭火剂是一种无色、几乎无味、不导电的气体，密度大约为空气的6倍，采用高压液化储存。

七氟丙烷（FM200）的灭火机理为抑制化学链反应，其灭火机理及灭火效率与卤代烷“1301”相类似，为主动灭火，在几种替代物中是较为有效的一种。

七氟丙烷（FM200）是毒性较低、无色、无味、无二次污染的气体，对人体产生不良影响的体积浓度临界值为9％，其最小设计灭火浓度为7％，因此，正常情况下对人体不会产生不良影响，可用于经常有人活动的场所，特别是它不破坏大气臭氧层，符合环境要求。由于灭火浓度较低，因而储瓶数量较少，占地面积也较小，而且各项指标较为合理，系统功能完善、工作准确可靠，长期储存不泄露。但其灭火系统也有自身的弱点：输送距离短，因为灭火剂的释放必须在十秒种之内完成，达到灭火浓度，否则产生的酸性分解物对人体有害，对被保护设施也有腐蚀性，用于组合分配系统时，各防护区位置应相对集中。另外灭火剂价格也较高。

七氟丙烷（FM200）只用于全淹没系统，其灭火设计用量按下式计算：

W=（KV/S）·C/（100－C）

式中：W—七氟丙烷（FM200）设计用量（kg）；

  C—设计灭火浓度（％）；

  V—防护区的净容积（m³）；

  K—海拔高度修正系数，取K=1.0；

  S—七氟丙烷（FM200）过热蒸汽在101Kpa和防护区最低环境温度下的比容（m³/ kg）；

七氟丙烷（FM200）不同温度下的过热蒸汽比容，应按下式计算：

S=K₁+K₂×T

式中：T—温度（℃）取20℃；

  K₁—0.1269；

  K₂—0.000513；

  S=0.1372 m³/ kg；

各防护区的几何尺寸及设计用量详见表4.2—2。

表4.2—2

项目

建筑几何尺寸

（L×B×H）

体积（m³）

设计浓度％

灭火剂设计用量（kg）

单元控制室

13.5×21×5.2

1474.2

8

934

工程师站

4.6×8×5.2

191.36

8

121

SIS功能站/机房

4.6×8×5.2

191.36

8

121

电子装置室

（21×21－4.6×16）×5.2

1910.48

8

1211

电子设备间

4.6×21×5.2

502.32

8

318

锅炉热控配电间

7×12.1×5.2

440.44

8

279

集控楼该层各个房间布置较为紧凑，因此各房间自身为一防护区，设一套六组组合分配系统，其储存量按最大一个防护区的储存量考虑，本工程以电子装置室所需的灭火剂用量（1211 kg）为最大，采用储瓶容积为70L的17个（容量70L，充装量75 kg，充装压力2.5MPa）FM200气体钢瓶及6个气体启动钢瓶，总储量为1275 kg。系统由储存装置、气体灭火控制器、控制阀、压力释放阀、喷头、管道及其附件等组成。本期工程集中控制楼设一套组合分配系统。

4.2.3 烟烙尽（IG—541）

烟烙尽灭火剂由52％氮、40％氩、8％二氧化碳三种气体组成，比空气略重，属于惰性气体灭火剂，以气态储存，其储存压力为15MPa。

烟烙尽的灭火机理是通过降低防护区中的氧气浓度（由空气正常含氧量的21％降至12.5％），使其不能维持燃烧而达到灭火的目的，为物理反应，属被动灭火。

烟烙尽是一种绿色环保型灭火剂，在灭火时不会发生任何化学反应，不污染环境，无毒、无腐蚀，具有良好的电绝缘性能，不会对被保护设备构成危害，也无须延迟喷放，这是其它灭火剂所不具备的特点。IG541混合气体灭火剂在42.8％的灭火浓度下，人或者动物不会感到不适应，这是由于此时保护区内的二氧化碳含量在4％～5％之间，提高了人或动物的呼吸频率，这样可以使人或动物氧气的摄入量与在正常空气下氧气摄入量保持一致。另外，混合气体以设计浓度和空气混合后，可以在较长的时间内保持这一灭火浓度，即使保护区没有采取特别的密封措施，系统也能在20分钟后保持灭火所需的浓度。另外灭火剂价格便宜，输送距离也很长，这对于保护相距较远的保护区十分有利，由于灭火气体可充分与空气混合，故能有效防止复燃。但因是被动灭火，其灭火效果略差，其高压气态储存方式带来了储瓶数量大，占地面积大，系统造价高的缺点。

烟烙尽只用于全淹没系统，其灭火设计用量按下式计算：

W=2.303V/S［lg100/（100－C）］V_S·β

式中：W—烟烙尽设计用量（m³）；

  S=0.65799+0.00239T；

  T—防护区内最低温度℃；

  C—烟烙尽容积百分比浓度（％）；

  V—防护区的净容积（m³）；

  V_S—20℃时比容，V_S=0.707 m³/kg；

  β—海拔高度修正系数，取β=1.0；

各防护区的几何尺寸及设计用量详见表4.2—3。

表4.2—3

项目

建筑几何尺寸

（L×B×H）

体积（m³）

设计浓度％

灭火剂设计用量（m³）

单元控制室

13.5×21×5.2

1474.2

37.5

741

工程师站

4.6×8×5.2

191.36

37.5

96

SIS功能站/机房

4.6×8×5.2

191.36

37.5

96

电子装置室

（21×21－4.6×16）×5.2

1910.48

37.5

960

电子设备间

4.6×21×5.2

502.32

37.5

252

锅炉热控配电间

7×12.1×5.2

440.44

37.5

221

对于组合分配系统，烟烙尽的储存量不应小于最大一个保护区的储存量，本工程以电子设备间所需的灭火剂用量960 m³为最大，按此进行设计。该系统为高压系统，由储存装置、选择阀与喷头、减压孔板、管道及其附件等组成。本工程在集中控制楼设一套烟烙尽灭火系统，每套系统设有12.4m³容量的储瓶组78套，储存灭火剂量967.2m³.

4.3 灭火系统选择比较

根据以上确定的各灭火系统，初步计算出几种灭火系统的设备器材价格，详见表4.3—1。

  表4.3—1

项目

高压CO₂灭火系统

FM200灭火系统

烟烙尽灭火系统

设计灭火浓度（％）

47

8

37.5

灭火剂储量

2562 kg

1275 kg

967.2m³

储存装置数量（套）

61

17

78

灭火器储存压力（20℃Pa）

5.75

2.5

15

储瓶间面积比例（％）

6（高压）

2

6

设备器材价（万元）

168

121

134

 注：CO₂灭火系统备用量等于储存量2562 kg，其气体及相应设备价格取成套设备的0.7。

5 结论

通过上述的技术经济比较可以看出，虽然CO₂灭火系统在单位价格上相对较低，但根据《二氧化碳灭火系统设计规范》（GB50166—92）中3.1.5条规定：当组合分配系统保护5个及以上的防护区或保护对象时，或者在48h内不能恢复时，二氧化碳应有备用量，备用量不应小于系统设计的储存量。因此，二氧化碳灭火系统造价最高，而且考虑到本工程各防护区的特点（六个防护区中有四个为有人场所）设计不采用CO₂灭火系统。FM200有很好的灭火效果，并被美国环境保护署推荐，得到美国NFPA2001及ISO的认可。FM200灭火系统与烟烙尽灭火系统比较，前者在灭火效果上和系统造价方面略有优势，因此，本阶段设计推荐采用FM200灭火系统。