几种气体灭火系统小议

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简介： 气体灭火系统在实际设计中，需考虑火险隐患、火灾扑救、环境保护、经济实用等诸多因素中，择一种满意的消防设防方案，常常十分复杂。本文仅对CO2、FM-200、气溶胶、烟烙尽IG541等四种替代哈龙1301的产品作一些讨论，供同仁参考。
关键字：气体灭火 CO2 FM-200 气溶胶

前言

气体灭火在我国始于80年代，盛于90年代，新型灭火方式和灭火剂在应用过程中经历了许多变化，在火险隐患、火灾扑救、环境保护、经济实用等诸多因素中选择一种满意的消防设防方案，常常十分复杂。本文就此作一些讨论，仅供同仁参考。

上世纪八九十年代在图书、博物、档案等馆舍内建成的气体消防系统，采用的灭火剂大多是哈龙1301。当时，人们认为哈龙1301是适合各种不同类型火灾的最佳的火焰抑制剂。但是，由于其对环境的影响，对大气臭氧层的破坏，不同程度造成全球变暖，1993年在加拿大出台了《蒙特利尔协定》，限制生产破坏臭氧层的物质，并规定到2005年全球禁止使用。现在哈龙的替代物多种多样，本文仅讨论CO₂、FM-200、气溶胶、烟烙尽IG541等四种替代产品。

一、环保

评定一种灭火剂的环境指标一般有三项：

1、  ODP值：对臭氧层的耗损潜能值；

2、  GWP值：温室效应潜能值；

3、  ALT值：合成物在大气中存留寿命。

以上几种气体灭火剂的环境指标参数如下：

灭火剂种类

ODP值

GWP值

ALT值

1301

16

5800

100

CO₂

0

1

120

FM-200

0

2050

31～42

气溶胶

0

≤0.5

0

烟烙尽IG541

0

0

0

从上表对比可知，1301的三个环境特性指标值皆高，这正是其被淘汰的主要原因之一。CO2和FM-200对臭氧层不破坏，但在大气中存活寿命较长，同时，大量的CO2和FM-200进入大气层后，对全球温室效应会有较大影响，美、英等国已将其列入受控使用计划之列，不宜作长期替代物考虑。但按我国现有实情，公安部仍推荐使用二氧化碳和惰性气体灭火系统，也可使用含氢氟酸（HFC）的灭火系统，故这两种气体特别是CO2气体灭火系统现仍有一定的使用率。

    气溶胶是液体或固体微粒悬浮于气体分散介质中形成的一种溶胶。微粒中的固体颗粒主要是金属氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐，且大部分微粒粒径皆小于1微米，占90%以上；气体主要是氮气，少量的CO2气体和水蒸气，因此气溶胶灭火剂对臭氧层不破坏，几乎不产生温室效应，对环境无污染。

    至于烟烙尽，不存在温室效应，对臭氧层不破坏，更不会产生具有长久大气寿命的化学物质，是一种真正意义上的“零污染”。这主要得益于烟烙尽是由三种自然界的气体：氮气、氩气和二氧化碳混合而成，取自大自然，回归大自然，是一种环境因素可打满分的“绿色”产品。

因此，单从环境影响因素来看，气溶胶和烟烙尽明显优于另外两种灭火剂，人类只有一个地球，在今后的工程中，应结合实际，相对于另外两种灭火剂应优先采用气溶胶和烟烙尽。

二、安全

CO2的灭火机理是通过向一个封闭空间喷入大量的CO2气体后，将空气中氧的含量由正常的21%降低到15%以下，从而达到窒息中止燃烧的目的。然而，CO2的这种窒息作用对人体有致命危害，其最小设计灭火浓度（34%）大大超过了人的致死浓度，危险性极大，故在经常有人的场所不宜使用。如须使用，在气体释放前，人员必须迅速撤离现场。

    关于FM-200的毒性及致癌问题，目前学术界有争论，及其副作用是否比1301小还有待研究。不过FM-200在灭火过程中会释放出氢氟酸，其酸气的生成量是1301的8~10倍，实际酸气的生成量大约为300PPM，远大于短时间内接触50PPM氢氟酸即为危险浓度的国际标准，在此环境内，超过一分钟，人就有生命危险。因此，在经常有人的场所慎重使用FM-200，如须使用，防护区的FM-200灭火设计浓度必须不大与9%。

    气溶胶灭火技术是由前苏联军工技术发展而来，气溶胶配方很多，但都是靠自身产生的气溶剂来扑灭火灾的，无毒，灭火时空气中氧的浓度不会降低，对人没有危害。不过，气溶胶释放后会形成浓重的烟雾，能见度极低（约小于1.0米），影响了火场人员的逃生（实践证明，火场能见度小于3.0米时，逃生很困难。），这也正是气溶胶灭火剂的最大缺陷，故在经常有人的场所不宜使用。如须使用，在气体释放前，人员必须迅速撤离现场。

    虽然烟烙尽的灭火机理与CO2一样，也是把药剂喷放到封闭空间内，降低氧的浓度，窒息燃烧扑灭火灾。但是烟烙尽药剂是由52%氮气.40%氩气和8%的CO2气体组成，它掺入了合适的气体混合物，使得人们在缺氧的气氛中能呼吸，它实际上增强了人吸收氧气的能力。通常状况下，房间内空气中氧气含量为21%，CO2的含量约为1%。当喷入烟烙尽灭火剂之后，其房间内氧气的浓度降至约12.5%，而CO2的浓度则上升至2%~5%，通过人本身更深更快的呼吸来补偿环境中氧气浓度的降低，对未及时撤离的人来说是没有危害的。

三、灭火效率

灭火浓度低、灭火剂用量少、灭火时间短是衡量气体灭火系统灭火效率高低的尺度。如下表：

灭火剂种类

最小设计灭火浓度

灭火剂喷射时间

主要灭火方式

1301

5％

10s

化学

CO₂

34％

10s

物理

FM-200

7％

≤10s

化学

气溶胶

5％

10s

化学

烟烙尽

37.5％

60s

物理

由于灭火剂的灭火机理不同，其灭火剂的灭火浓度、灭火时间也各不相同。CO2和烟烙尽是通过向被保护空间充满惰性气体降低氧的含量达到窒息灭火，而FM-200和气溶胶则是通过化学抑制作用终止燃烧反应达到灭火的目的。从上表可知，CO2和烟烙尽的最小设计灭火浓度相对较大，应用量相对容积比过高，使用量较大，灭火速度相对较慢，FM-200和气溶胶的灭火速度则明显要迅速。实践证明，气溶胶的灭火效率为哈龙1301的4~6倍，其灭火效率最高。

四、适用范围

总的来说，这四种灭火剂皆能迅速有效地扑灭A.B.C类火灾，而不适用扑灭消化纤维、火药等含强氧化剂的化学火灾及活泼金属、可自燃的火灾。但是，由于灭火剂本身的性能不同，灭火机理不一样，所组成的灭火系统在使用范围上是有一定差别的。

     CO2按储存压力的不同分为高压、低压CO2灭火系统。当CO2喷射时，使得周围环境温度大大降低（″激冷″现象），空气中的水分冷凝，成为极浓的水雾（″结露″现象），会对昂贵的电子设备造成严重的污损。水中溶解了CO2及碳酸，足以对磁介质造成危害，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。高压CO2储压较高，充装密度60%~68%，设计压力为15.0MPa,灭火剂释放时容易造成围护结构和被保护物的损害。

    FM-200在灭火过程中分解出的氢氟酸虽为弱酸，但其具有特异的腐蚀性，对特定物质可造成很大的损害。同CO₂一样，FM-200在喷射时喷嘴处环境温度降低，空气中水分冷凝，成为薄薄的水雾，造成一定的危害。

气溶胶灭火系统，目前国内工程上应用的气溶胶灭火装置都属于热型的，产生的高温会造成一定的危害；热气溶胶以负催化，窒息等原理灭火；灭火后有残留物，属于非洁净灭火剂，悬浮于空气中的粉尘呈电中性，虽容易清除，但残留的微粒尘中含有的金属氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐，在遇到水分时呈弱碱性，对特定的设备也可造成一定的损害。另外气溶胶胶体的扩散速度较气体灭火剂要慢的多，且热胶体喷放后存在向上扩散的趋势，不利于均匀分布。所以防护区的面积及体积应比无管网卤代烷自动灭火系统设置要求更应严格，不宜用于大空间场所。

 烟烙尽释放时，喷放出的气体不会产生雾或露结，因此受保护的设备、财产和人都不会产生二次伤害。但是，烟烙尽属于高压储存，容器压力高达15.0MPa，灭火剂释放时容易造成围护结构和被保护物的损害。

五、经济分析

经济分析涉及的面很广，既包括灭火系统一次性工程投资费用，又包括系统投入运行后，装置的维护保养费，如日常管理人员的正常开支，设备的年度定期检查检测费用，药剂的补充安装费用，零件的正常损坏更换费等。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。
   CO₂灭火系统来源充裕不需要合成、自然界本身就有，CO₂的再填充费用低廉。但其对释放管路和喷嘴造型有严格的要求；如设计、施工不合理，会应释放过程中产生大量干冰阻塞管道或喷嘴造成事故。应用量相对容积比过高，最小灭火设计浓度为34.0%，使用量大。低压CO₂液体本身的储存温度为-18℃，系统日常维护工作量大，维护费用高，系统管理非常严格，电源要有充分保证，按现在的使用单位管理水平不宜用低压CO2灭火系统。

FM-200灭火系统与1301灭火系统所使用的设备、管道及配置方式几乎完全相同，被认为是1301最接近的替代品，但是FM-200药剂费用昂贵，且每套FM-200灭火剂因充装压力较小而使灭火剂管道输送距离短，因此按目前灭火剂储存压力（现有储存压力为2.5MPA 和4.2Mpa两种），FM-200只适用于小系统。

气溶胶药剂一般6～8必须更换，成本较大。气溶胶灭火系统，由于气溶胶微粒极为细小，且具有非常大的比表面积，吸附力极强，因此不宜用管道输送，只适用于小系统，如建筑物内保护容积较小的配电室、变压器室等。但如用于较大保护区域时，则应多套系统组合使用，这种方式设备相对较多，占用建筑面积较大，投资增加，虽仍能迅速有效地扑灭火灾，但不经济合理。

烟烙尽IG-541灭火系统，不受保护区域大小的限制，特别是被用于较大的消防工程时，相对而言，经济合理。而且工程越大，节约投资越明显。高压储存的惰性气体，其输送距离可达100M。虽然其综合性能最好，是极好的哈龙替代品，但该系统对灭火药剂的气体配比、储存瓶、管路、阀门、喷嘴储存间以及周围环境、温度的要求严格，系统设备的制造及安装工艺相对复杂。由于IG-541 是单相气体灭火剂，所以它不能作局部喷射使用，也不能以灭火器方式使用。与其他气体灭火系统相比，IG-541 灭火系统所用的灭火剂体积相当大，因而需要更多的储气瓶和更粗的管道。此外，它的管道压力也特别高。如果系统设计不当，喷放时还会因管道中的IG-541气体流速达到音速而产生音障，流动受到很大的阻力；超过音速时所产生的爆震还会使系统遭到破坏。就目前行情而言，其综合费用是最高的，这或多或少地制约了其广泛地推广使用。