浅谈气体灭火技术
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作者: 耿广晋 刘爱芳 刘学志 高博
摘要:本文简要介绍了气体灭火系统技术发展的过程,以及常见的几种气体灭火技术。针对气体灭火系统的技术发展水平、存在的问题、标准和规范进行了介绍,并提出了气体灭火系统技术发展前景和近年来国际上研制新型灭火剂的情况。
关键词:气体灭火剂 灭火原理 臭氧层 消防
水灭火,这是自古以来被人类公认的自然法则。随着科技的发展,世界经济的迅速提升,工业建设的和民用建筑尤其是高层建筑的不断涌现。设备对灭火剂的要求越来越高,要求扑灭可燃气体、可燃液体和电器等的火灾,气体灭火剂应运而生。气体灭火剂的使用最早始于十九世纪末期一些经济发达的西方工业国家。一些西方发达的国家不断的研发新型的气体灭火剂,例如卤代烷1211、1301。
美国消防协会于1968年制订了卤代烷灭火系统的应用技术标准,我国从六十年代也开始了卤代烷灭火剂的研究。由于该种灭火剂浓度低、灭火效率高等优点,卤代烷当时盛行一时。当时在计算机房、文物档案库、通信广播机房、微机房和设备室内等建成的气体消防系统,采用的灭火剂大多是卤代烷――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,随着监控技术的发展,人们发现其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,决定逐步停止卤代烷灭火剂的使用。因此,需要研制新型的替代灭火剂和灭火技术。现在哈龙的替代物多种多样,例如CO2、七氟丙烷、气溶胶、IG541(烟烙尽)等替代产品。
二氧化碳容易被液化,可以罐装储存,在制造技术上难度小,同时其价格较为便宜。二氧化碳在灭火时,不污染火场环境,对保护区内的被保护物不产生腐蚀和破坏作用,不仅可以扑救A、B、C类火灾[1],在高浓度下还能扑救固态深位火灾,所以在扑救水和泡沫灭火剂无法保护的场所,显示了较好的功能。近几年,由于卤代烷灭火剂的使用限制,二氧化碳灭火剂的应用有扩大的趋势。二氧化碳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12%以下或二氧化碳的浓度达到30%～34%时,可达到窒息中止燃烧的目的[2]。1Kg的液体二氧化碳在常温常压下能生成500m3左右的二氧化碳气体,这些气体足以使1500m3空间范围内的火焰熄灭。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。
七氟丙烷又称为FM―200或HFC―227ea,是HFC的一种。灭火机理与卤代烷系列灭火剂的灭火机理相似,属于化学灭火剂的范畴,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。七氟丙烷气体灭火剂不导电、不破坏大气臭氧层,在常温下可加压液化,在常温、常压条件下能全部挥发,灭火后无残留物。七氟丙烷属于全淹没系统,可以扑救A、B、C类和电器火灾,可用于保护经常有人场所。
气溶胶灭火剂是由氧化剂、还原剂及粘合物结合成的固体状态化学物质,属于烟火型灭火剂。气溶胶胶粒具有高分散度、高浓度特点,大部分微粒直径小于1um,可较长时间悬浮在空气中,较易粘附在物体表面。水蒸汽、CO2、N2等,碱金属盐(钾盐等)和金属氧化物(K2O等)起主要灭火作用,灭火效率较高。气溶胶用作灭火剂是在近30年才被人们认识、发现和重视,可分为冷气溶胶和热气溶胶二种。目前,国内广泛使用的气溶胶为热气溶胶,它是通过含能灭火剂的燃烧,产生大量的固体微粒和部分气体,均匀分布在空间内,形成气溶胶,达到快速高效地抑制火灾的目的。
烟烙烬(Inergen)与IG-541灭火剂为同类产品,是由氮气(N2,52%)、氩气(Ar,40%)和二氧化碳(CO2,8%)三种气体组成的无色、无味、无毒的混合气体,来源于大气,又释放回大气,不破坏大气臭氧层,对环境无任何不利影响。不导电、灭火过程洁净,灭火后不留痕迹。IG-541属于全淹没系统,适用于扑救A(表面火)、B、C类及电气火灾,可用于保护经常有人场所[3]。IG541气体是近期国内地铁工程采用较多的灭火介质。IG541的灭火机理主要为窒息,但在在规定的浓度范围内使用,对人体是无窒息、无毒的。它本身不含有毒成分,火灾后也不产生有毒物质。另外IG541气体以气态储存,在喷放时不形成雾气,可确保逃生时能清楚地看到任何紧急逃生门,因而它适于有人停留的灭火场所[4]。
评定一种灭火剂的环境指标一般有三项:ODP值(对臭氧层的耗损潜能值)、GWP(温室效应潜能值)、ALT(合成物在大气中存留寿命)。
从上表对比可知,哈龙1301的三个环境特性指标值大部分最高,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的影响。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。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,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。IG541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”,是一种环境因素可以打满分的“绿色”产品。因此,单从环境影响因素来看,气溶胶和IG541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,选择合适的气体灭火系统和灭火剂。
目前,西方工业发达的一些国家,研究气体灭火技术的应用已朝向水系统方向发展,即以水作灭火剂代替气体――细水雾,现已应用于具体工程。该系统还处于不断的自我完善阶段,不同的细水雾灭火系统只适用于规定的保护对象大小,不具备通用性,局限性较大。但由于其采用水作为灭火剂,通过喷出细小的水雾,吸热蒸发和降低空气中氧含量为灭火原理,其工程投资造价低于现有的气体灭火系统。如何提高细水雾灭火系统的通用性,使工程设计能够达到灵活运用,是该灭火系统研究的发展方向,它的成功开发,将为替代气体灭火系统开辟一个新的发展空间。美国从20世纪70年代就对该项技术进行研究,并与1998年开发出中压系列喷头,主要用于对可燃液体火灾防护的中压全淹没的细水雾灭火系统。芬兰、澳大利亚等国也已经生产出一系列专利产品。我国于20世纪90年代末开始进行细水雾灭火系统的研究开发和试验工作,并列为国家“九五”科技攻关项目。一些科研机构和生产企业已经相继开发出了细水雾灭火系统。细水雾由于其材料获取方便,投资造价较低,使其有广阔的发展前景。在这方面的研究和应用将会是灭火技术的一个重要的发展方向。
参考文献:
[1]建设部编.《建筑设计防火规范》(GB50016―2006)
[2]公安部编.《二氧化碳灭火系统设计规范》(GB50193-93)
[3]建设部编.《气体灭火系统设计规范》(GB50370-2005)
[4]建设部编.《气体灭火系统施工及验收规范》(GB50263-97)
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