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氣體滅火系統設計工程技術報告
作者：江蘇消防檢測設備 來源：http://www.lordee.com/發布時間：2020-07-23 15:25:14
國際社會為保護大氣臭氧層而簽署的《保護臭氧層維也納公約》、《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書(修訂本)》等國際公約于2005年在我國生效，對大氣臭氧層具有極強的破壞作用的鹵代烷(Halon)“1301”和“1211”滅火系統被禁止使用。哈龍替代品和替代技術研究迅速發展，高、低壓二氧化碳、七氟丙烷、混合氣體IG541(以下簡稱IG541)、熱氣溶膠、三氟甲烷等氣體滅火系統相繼出現。本文就目前三種常用的氣體滅火系統的組成、性能、特點、適用范圍等方面進行分析比較，希望能給同行在氣體滅火系統設計中提供參考。
1．滅火劑的組成
七氟丙烷和三氟甲烷的組成如下：要求的質量比純度* 小99.6%,酸的含量相當于HCL的重量當量不大于3ppm，水的重量含量* 大以10ppm為佳，無效的剩余雜質* 大為0.01%質量比，沒有懸浮或沉淀物。
IG541：是由52%的氮氣N2、40%的氬氣Ar和8%的二氧化碳CO2組成，其混合氣體的組成如下：N2-52%±4%、Ar-40%±4%、CO2-8%＋1%-0%、水的重量含量小于0.005%，沒有懸浮或沉淀物。
2．滅火劑性能
七氟丙烷分子式為CF3CHFCF3，HFC-227ea，NOAEL濃度為9.0%，LOAEL濃度是大于10.5%，LC50（有50%的試驗小鼠致死在暴露4h的滅火濃度）為大于80%，設計滅火濃度為7.5%～10%，其儲存壓力有3種，2.4MPa、4.2MPa和5.6MPa，一般其輸送距離不宜大于30米，當采用4.2MPa時，輸送距離不大于45米，當采用5.6MPa時，輸送距離不大于65米。
三氟甲烷分子式為CHF3，HFC-23，NOAEL（未觀察到在生理上或毒性反應上產生影響的* 高濃度）濃度為50%，LOAEL（可觀察到在生理上或毒性反應上產生影響的* 低濃度）濃度是大于50%，LC50（有50%的試驗小鼠致死在暴露4h的滅火濃度）為大于65%，設計滅火濃度不低于16.0%，其系統在20℃時的儲存壓力為4.2MPa，* 高工作壓力(50℃)為13.7MPa，其輸送距離不宜大于60米。
IG541的NOAEL濃度為43%，LOAEL濃度是大于52%。但氣體目前的儲存壓力有兩種規格，一是15.0MPa，另一種是20.0MPa，目前這種氣體的儲存壓力較高，系統管網計算復雜，* 大輸送距離不宜大于150米。
3．滅火特點
七氟丙烷
1)保護環境：七氟丙烷是無色、無味的氣體，其臭氧耗損潛能值（ODP）為零，在ISO認可的潔凈氣體滅火劑中，其潔凈性* 好，具有清潔、低毒、電絕緣性能好、滅火效率高的特點。
2)保護生命安全：七氟丙烷的未觀察到不良反應濃度NOAEL值為9%，而一般七氟丙烷的滅火設計濃度為10%以下，對人體基本無害。
三氟甲烷
1)保護環境：三氟甲烷是一種人工合成的無色、幾乎無味、不導電氣體，對臭氧層的耗損潛能值（ODP）為零，符合國家政策和環保要求，是公安部消防局和國家環?？偩质淄频墓垳缁饎┨娲镏?，密度為空氣的2.4倍。
2)保護生命安全：三氟甲烷的未觀察到不良反應濃度NOAEL值為50%，對人體無害。
3)工作溫度范圍大。在標準大氣壓下，三氟甲烷的沸點為-82.0℃，其工作溫度范圍為－20℃～＋50℃。
IG541
1)保護環境：IG541滅火系統采用的IG541混合氣體滅火劑是由大氣層中的氮氣（N2）、氬氣（Ar）和二氧化碳（CO2）三種氣體以52%、40%、8%的比例混合而成，故它的釋放只是將這些天然的氣體放回大氣層，對臭氧耗損潛能值（ODP）為零、溫室效應潛能值（GWP）為零，且此滅火劑在滅火時不會發生化學反應，不污染環境、無毒、無腐蝕、電絕緣性能好。
2)保護生命安全：IG541混合氣體是一種無色透明的氣體，噴放時不會形成濃霧而影響視野，利于逃生，且防護區內的工作人員仍能正常地呼吸，便于火災發生后能及時撲救，減少損失。
3)保護財產安全：IG541混合氣體以壓縮氣體的形式儲存，噴放時溫度變化很小，不會對保護設備構成傷害。
4．滅火機理
七氟丙烷是化學滅火（伴隨冷卻作用），通過惰化火焰中的活性自由基,實現斷鏈滅火。三氟甲烷是以物理和少量的化學方式滅火的，它主要是降低空氣中氧氣含量，使空氣不能支持燃燒，從而達到滅火的目的；同時，在滅火過程中伴有化學反應，即滅火劑分離有破壞燃燒鏈反應的自由基，實現斷鏈滅火。IG541是物理方式滅火（冷卻及窒息滅火），通過降低防護區內的氧氣濃度（由空氣正常含氧量的21%降至12.5%），使其不能維持燃燒而達到滅火的目的。應用方式均為全淹沒滅火。
5．適用范圍
三種滅火系統均可用于撲救下列火災：電氣火災（如各種帶電導線火災、電子儀器火災）；液體火災（如各種石油制品類、甘油等）或可熔化的固體火災（如硫、磷、石蠟、瀝青、松香、高分子材料的熱塑性塑料等）；固體表面火災（如木材、木炭、紙張、棉、麻、毛、絲、以及銅、鐵、鎢等）；滅火前應能切斷氣源的氣體火災（如煤氣、氫氣、液化石油氣、甲烷等）。
三種滅火系統均適用于保護封閉空間的場所，其典型火災危險場所分別為：
七氟丙烷：有爆炸危險的氣體、液體類火災的防護區；圖書、檔案、票據和文物資料庫等；油浸變壓器、帶油開關的配電室和自備發電機房等；通訊機房和電子計算機房等。
三氟甲烷：有爆炸危險的氣體、液體類火災的防護區；圖書、檔案、票據、文物資料庫、國家重點文物保護單位等；油浸變壓器室、帶油開關的配電室和自備發電機房、電力控制室等；通訊機房、電子計算機房、電話局交換室、UPS室等。
IG541：電氣和電子設備室；通訊設備室；國家保護文物中的金屬、紙絹質制品和音像檔案庫；易燃和可燃液體儲存間；噴放滅火劑之前可切斷可燃、助燃氣體氣源的可燃氣體火災危險場所；經常有人工作的防護區。
6．防護區
三種滅火系統都要在一個相對較為封閉的場所內才能發揮其應有的作用。在平時的設計中我們一般設置的防護分區應在100m2～800m2之間，體積在500m3～3600m3之間，用相對密閉的墻體分隔開，由于氣體比空氣重，所以下沉在緊貼地面的空間里，墻的高度應位于防護區建筑層高的2/3以上，一般取值范圍在1.86-2.66m之間。防護區需要開設泄壓口，設在外墻或屋頂，并應位于防護區凈高2/3以上。
7．設計用量
七氟丙烷和IG541滅火劑設計用量在《氣體滅火系統設計規范》GB50370-2005規范中已詳盡規定，下面只簡單介紹三氟甲烷的設計用量計算。
①防護區滅火設計用量：W=1/S[C/(100-C)]V
式中W－三氟甲烷滅火設計用量（Kg）
V－防護區的凈容積（m3）
C－三氟甲烷的滅火設計濃度（%）
S－三氟甲烷過熱蒸汽在101kPa和防護區* 低環境溫度下的比容(m3/Kg)，按下式計算：
S=0.3164+0.0012T
式中T－防護區環境溫度（℃）；
②管網及容器瓶內的剩余量按設計用量的1%～2%考慮。
③系統的滅火劑用量，應為防護區滅火設計用量與系統中噴放不盡的剩余量之和。
④部分可燃物及火災危險場所滅火劑設計濃度參照表1、2。
⑤三氟甲烷滅火時，撲滅固體火災時，浸漬時間不宜小于10min。撲滅液體火災時，浸漬時間不宜小于1min。
8.優缺點
七氟丙烷也是目前應用* 多、技術相對* 成熟的潔凈氣體滅火系統。
七氟丙烷和三氟甲烷的分解產物較多，主要成分為HF，它對人體是有傷害的；與空氣中的水蒸氣結合形成氫氟酸，還會對精密設備有浸蝕損害。但可以提高滅火設計濃度和增壓減少分解產物。比較而言，三氟甲烷藥劑毒性低于七氟丙烷，產生的氫氟酸量也小于七氟丙烷，對人的安全性較高，* 適宜保護人員經?；顒踊蛉藛T密集的場所。另外，三氟甲烷滅火效率較高，滅火劑輸送能力強于七氟丙烷。滅火效果和環保性能介于七氟丙烷和IG541之間，其滅火劑合成比較容易，價格低于七氟丙烷，其滅火濃度和滅火劑儲瓶數量遠低于IG541，工程造價相對* 低。
IG541藥劑本身無毒性，也不會產生毒性分解物，其環保性能和對設備的安全性能在氣體滅火系統中也* 佳，特別適宜對環保要求高的場所和保護精密設備和珍貴財物。另外，IG541系統壓力高(20℃壓力15MPa)、氣相高程阻力小，輸送距離遠(可達150m)、垂直輸送能力強(可達30m)，對防護區分散、管網復雜、輸送距離遠、垂直落差大的工程尤其適用。
但IG541的滅火機理為物理滅火方式，滅火效率低，需要更多的藥劑用量和貯存鋼瓶、更粗的噴放管道、工程造價相對* 大；由于其滅火劑密度和空氣接近，不能用于局部應用，也不能撲救固體物質深位火災和高溫封閉空間(400℃)。另外，IG541對人員有一定傷害，在人員密集場所慎重使用。
總之，氣體滅火系統作為撲救特殊部位火災的重要方式之一，設計人員在工程設計中要從以人為本、安全適用的角度出發，充分結合實際情況，綜合考慮各方面因素，選擇技術先進、經濟合理的氣體滅火系統。
表1部分可燃物火災的三氟甲烷參考滅火濃度和設計濃度
| 燃料 | 滅火濃度(%) | * 小設計濃度(%) |
| A類物體表面 | 15 | 19.5 |
| 庚烷 | 12.9(NFPA2001-200) | 16.8 |
| 12(ISO15420) | 15.6 | |
| 丙酮 | 12.0 | 15.6 |
| 甲醇 | 16.3 | 21.2 |
| 甲苯 | 9.2 | 12.0 |
表2部分可場所的三氟甲烷參考設計滅火濃度
| 火災危險場所 | 滅火濃度(%) |
| 圖書、檔案、票據、文物資料庫、國家重點文物保護單位 | 19.5 |
| 油浸變壓器室、帶油開關的配電室、自備發電機房、電力控制室 | 16.8 |
| 通訊機房、電子計算機房、電話局交換室、UPS室 |
16.8 |
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