浅谈气体灭火系统的选择方法 口华北电力设计院张海英 口北京市自来水集团管网管理分公司刘彦辉 气体灭火系统是传统的四大固定式灭火系统（水、气体、泡沫、干粉）之一，应用广泛。近年来，为保护 大气臭氧层，维护人类生态环境，国内外消防界已开发出多种气体灭火剂及气体灭火系统，在实际设计中， 需考虑火险特点、财产价值、环境保护、经济实用等诸多因素，因此选择一种合理的消防设计方案，常常十 分复杂。本文在简要介绍了气体灭火系统的历史、发展状况及基本分类后，结合作者在工作中的实际经验， 详细介绍一处典型电厂气体灭火系统的选择案例，着重通过对一种气体灭火系统进行分析，根据工程实际情 况进行设计．希望对工程设计有参照意义。 ■Ｅ毽殂 电厂；气体；气体灭火；灭火剂 众所周知 在消防领域水是应用最广泛的灭火剂．但随 用。另一个发展方向是开发不污染被保护对象、不破坏大气臭 着国家经济建设的迅速发展 大批工业和民用建筑尤其是高层 氧层、温室效应小、对人体无害的灭火剂．即 洁净气体 灭 建筑不断涌现，加之科技的高速发展，设备对灭火剂的要求越 火剂和相应的灭火系统，这是当前发展的主流。目前．国际标 来越高，对于扑灭可燃气体、可燃液体、电器火灾以及计算机 准化组织推荐的第一代用于替代哈龙的洁净气体灭火剂共有１４ 房、重要文物档案库、通信广播机房、微波机房等不宜用水灭 种，在工程中比较常用的灭火剂有二氧化碳（Ｃｏ ）．七氟丙 火的火灾，气体消防作为最有效、最干净的灭火手段．日益受 烷（美国商标名称为ＦＭ２００）、烟烙尽（ＩＧ一５４１）三种．这些 到重视。在 建筑设计防火规范》（ＧＢ５００１６—２００６年版）和 替代品，各有千秋．下文将简单介绍这三种灭火剂的特点及适 《高层民用建筑设计防火规范》ｃＧＢ５００４５－２００１年版）中已 用范围等。 明确规定了应设置气体灭火系统的场所．由此可见，气体消防 系统在灭火系统中占有很重要的地位。 一、气体灭火系统介绍 ２０世纪８０、９０年代在图书馆、博物馆、档案馆等馆舍内建 １．气体灭火剂类型 成的气体消防系统 采用的灭火剂大多是哈龙１３０１。当时．人 气体灭火系统、灭火技术发展至今日，基本方案已十分成 们认为哈龙１３０１是适合各种不同类型火灾的最佳火焰抑制剂。 熟，已经广泛的应用于许多具有火灾危险的重要场所．且已应 传统的哈龙产品在我国气体消防行业的应用历史中占有非常重 用多年，有较好的效果，积累了一定经验。工程中比较常用的 要的地位．但由于哈龙灭火剂是破坏大气臭氧层的主要因素， 灭火剂大致有以下三种，详述如下。 为了保护人类共同的生存环境．造福子孙后代．我国政府于 （１）二氧化碳（ＣＯ ） １９８９及１９９１年分别签署了《关于保护臭氧层的维也纳公约》、 在正常大气温度和压力下，ＣＯ 以无色、无味的气体存 《关于破坏臭氧层物质的蒙特利尔议定书》．并决定于２００５ 在，密度约为空气的１．５倍重，二氧化碳不可燃烧或者助燃．不 年停产１２１１，２０１０年停产１３０１。自此哈龙产品在我国已被淘 能维持生命。根据其物理特性，有二种储存方式： （ａ）以常温 汰．开发和应用新型灭火剂已势在必行。 储存于压力容器内，即高压储存（在２０。Ｃ气温下．储存压力为 哈龙替代技术发展的一个方面是用已有的其他灭火系统替 ５．１７ＭＰａ），相应的灭火系统称为高压系统； （ｂ）在控制的低 代哈龙灭火系统 如采用二氧化碳、水喷雾、泡沫、干粉．易 温条件下将ＣＯ：储存于压力容器内．即低压储存（在一１８。Ｃ时储 安龙（气溶胶）灭火系统等。这些灭火系统有的存在技术缺陷，尚 存压力为２．０７ ＭＰａ），相应的灭火系统称为低压系统。 未形成正式的技术规范和市场，如易安龙（气溶胶）；有的尽 二氧化碳灭火系统按应用方式可分为全淹没灭火系统和局 管较为成熟，但难以解决灭火剂的污染问题，只能在那些 非 部应用灭火系统。灭火作用主要是相对地减少空气中的氧气含 必要场所”替代哈龙灭火系统，如传统灭火剂二氧化碳，虽然 量，从而引起窒息作用．使火焰熄灭：其次是冷却，二氧化碳 其应用历史较长，且技术已经十分成熟．但其最低设计浓度高 在释放过程中，容器中压力骤然下降，液态的二氧化碳瞬间汽 于对人体的致死浓度，故在保护经常有人的场所时须慎重采 化，汽化的过程中会吸收周围环境中的热量，从而起到冷却作 ‘ ｊ【量ｌ 辩 勰 黪 《黼＆静 ｌ 用。ＣＯ 灭火系统较为经济，能输送较远距离。 但其较高的灭火浓度对人非常危险．它在没有合适通风的 封闭空间内可以引起窒息．二氧化碳气体不含有供呼吸用的足 够氧气．将引起眩晕．失去知觉甚至死亡，因此不宜用于有人 活动的场所。另外．一些资料表明，在释放过程中的冷凝现象 可能会对电子元件造成损害，同时释放的冷气体、冷液体或者 使用期间喷放的一些成份可以引起人员受伤。 （２）七氟丙烷（ＦＭ２００） 七氟丙烷（ＦＭ２００）的灭火机理为：８０％的灭火作用通过 降低火焰温度和消除热量使燃烧过程无法继续．２０％抑制化学 链反应灭火 其灭火机理及灭火效率与卤代烷”１３Ｏ１ 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，符合环保要求。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：不能灭固体深位火灾 输 送距离短．因为灭火剂的释放必须在十秒种之内完成 以达到 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 又由于七氟丙烷主要是采用降温灭火．所以会使 周围环境温度变化较大，另外用于组合分配系统时，各防护区 位置要求相对集中，灭火剂价格也较高。 （５）烟烙尽（ｆＧ ５４１） 烟烙尽灭火剂由５２％氮、４０％氩、８％二氧化碳三种气体 组成．该三种气体都是纯自然气体．释放后又回归自然，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 （将空气正常含氧量由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 无色无味的、既不支持燃烧又不与大部分物质产生反应的、来 源丰富而又无腐蚀性的绿色环保型灭火剂．在灭火时不会发生 任何化学反应，喷放后防护区内不产生雾状物．无降温现象． 干净清洁，不污染环境．无毒、无腐蚀．具有良好的电绝缘性 能，在高温和火焰条件下无分解产物产生，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，二氧化碳浓度的增加刺激肺部呼吸．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八量与在正 常空气下氧气摄人量基本保持一致。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．因此能有效防止复燃。 但因其采用高压气态储存方式．带来了储瓶数量大．占地 面积大，系统造价高的缺点。 ２、气体灭火系统的选择 气体灭火剂的类型及气体灭火系统型式的选择，应根据被 保护对象的特点、重要性、环境要求并结合防护区的布置．经 技术经济比较后确定。综述，灭火剂的选择应遵循以下原则： （１）对臭氧层的耗损最小。 （２）温室效应小。 （３）在大气中存留期短．潜在危险小。 （４）毒性低。 （５）灭火浓度小．灭火剂用量少．造价低。 五个原则具体执行时应综合考虑．统筹兼顾．结合具体条 件决定。为合理设计气体灭火系统．减少火灾危害 保护人身 和财产的安全。我国制订了国家级的气体灭火系统设计规范， 因此工程应用中各地方在灭火剂的选择上应（必须遵循．而且 是否应该这是第一原则）遵循国家有关方针和政策．做到安全 可靠、技术先进、经济合理，设计采用的系统必须符合国家有 关标准和规定的要求。 二、气体灭火系统在工程中的应用 以下将详细介绍某电厂燃气轮机罩内的气体灭火系统设计 用量计算案例 通过对实际案例的技术经济分析．进行气体灭 火系统气体用量的计算。 本工程要保护的对象是燃气轮机发电厂中的燃气轮机罩 区域和ＦＧＪＪ、间，早在１９世纪以前，人们就开始了燃气轮机的研 究。第二次世界大战以后，燃气轮机更有长足的发展，在航空、航 海、铁路机车等方面得到广泛的采用，在电力工业中的应用虽还 不普遍，但是仍不失为一种很有前途的原动机械。燃气轮机的工 作原理是压气机的压缩空气和燃料在燃烧室中燃烧使得气体温 度升高而膨胀．从而推动后面的涡轮连续旋转．把内能转化为 机械能。 方案：根据ＮＦＰＡ１２规定：燃气轮机罩保护时要求全淹没 灭火．着火时，先进行一次喷放．同时在燃气轮机减速的过程 中也要有气体喷放．要求浓度不小于３０％．喷放时间不少于２０ 分钟．即二次喷放 也就是说这个系统的灭火过程很长．由于 燃气轮机是在高温下工作，而且需要长时间喷放．这种情况下 七氟丙烷会分解，产生的酸性分解物对人体有害，对被保护设 施也有腐蚀性 所以首先排除该系统．其次如果采用烟烙尽系