气体灭火系统应用

目录

第1章绪论 (1)

第2章常见的气体灭火系统 (1)

2.1二氧化碳灭火系统 (1)

2.2“七氯丙烷”灭火系统 (2)

2.3惰性气体灭火系统 (2)

2.4气溶胶灭火系统 (2)

2.5气体灭火系统的优缺点 (2)

第3章气体灭火系统的选择原则 (3)

3.1环境因素 (3)

3.2毒性因素 (3)

3.3灭火效果 (4)

3.4经济实用 (4)

3.5气体灭火系统在实际应用中的选择比较 (4)

第4章气体灭火系统的原则 (4)

4.1管网系统、无管网系统的组成要件 (4)

4.2气体灭火剂的特点 (5)

4.3气体灭火器的工作原理 (5)

第5章气体灭火系统的应用 (6)

5.1气体灭火系统适用的火灾类型 (6)

5.2气体灭火系统不适用的火灾类型 (6)

第6章总结 (6)

参考文献 (7)

气体灭火系统应用

[摘要]在我国经济告诉发展的推动下，我国建筑行业也得到了长足的发展，民用、商用、工业建筑等越来越多。另一方面，我国科技的发展步伐也越来越快，所涉及的设备也越来越复杂，这就对灭火系统有了很高的要求。在发生电器火灾、变配电室火灾、计算机房火灾、发电机室火灾等时，选择气体灭火系统是最方便、干净、有效的手段，逐渐受到了人们的关注。本文通过研究常用的几种气体灭火系统的特点、分类、选择原则和工作原理等，对其在工程中的应用做了一些总结。

[关键词] 气体灭火系统二氧化碳七氟丙烷惰性气体

第1章绪论

在我国经济高速发展的推动下，我国国力越来越昌盛，人们的生活水平也越来越高，通讯、交通、文化、工业等各方面也都在快速的发展之中，这之中存在的火灾隐患也越来越大。我国每年因为火灾所造成的经济损失日益增多，同时也严重威胁着国民的生命安全。在这种背景下，有关方面因此更加重视各种类型灭火系统的发展状况。

化学抑制燃烧、隔离氧化剂及可燃物、冷却降温和使火焰窒息为灭火的几项基本原理。其中，隔离氧化剂及可燃物、冷却降温和使火焰窒息三种灭火原理属于物理过程，而采用化学抑制燃烧主要是化学过程。电气火灾、固体物质火灾、气体火灾、液体火灾、金属火灾和燃烧过程中的某些可熔化的固体火灾为火灾的几种类型。

本文主要介绍的是气体灭火系统的应用范围，由于气体灭火系统具有无次生灾害、性能可靠、灭火迅速、绝缘性能好、无污染等特点，因此被广泛应用于不宜采用泡沫或是水进行灭火的场所，并常用于扑灭电气火灾、液体火灾、气体火灾和固体物质火灾。

第2章常见的气体灭火系统

2.1 二氧化碳灭火系统

二氧化碳灭火系统的工作原理是冷却及窒息作用。具体来说是，以固态形式（即干冰）储存于容器中的二氧化碳每释放1 kg体积便膨胀500倍以上，体积

的迅速膨胀不仅需要吸收空气中大量的热量，而且也将迅速降低氧气含量。目前，二氧化碳灭火系统已经趋于成熟，按照其应用形式及设计来区分，主要有局部应用式、全淹没式两种类型。

2.2 “七氯丙烷”灭火系统

“七氟丙烷”（简称HFC-227ea/FM200），化学式为CF3CHFCF3，密度是空气的六倍，主要以高压液化的形式储存。“七氟丙烷”灭火系统具有无污染、无残留物等优点。但同时，如果是处于火灾高温环境下，“七氟丙烷”将分解出氟氢酸、一氧化碳等有害气体。

2.3 惰性气体灭火系统

IG541灭火系统是目前最为广泛使用的惰性气体灭火剂，属于洁净灭火系统的一种，不会对建筑设备、人体造成二次伤害。IG541灭火剂的构成成分为10％二氧化碳、40％氩气、50%氮气，其主要特点是无毒、无味、难以和其他物质发生化学反应、无色。IG541灭火系统的工作原理是窒息作用，即降低空气中氧气含量。

2.4 气溶胶灭火系统

气溶胶灭火系统的优点包括适用范围广、灭火效果好、安全无污染、价格便宜等。近年来，作为一种新型的气体灭火剂，气溶胶灭火系统发展十分迅猛。气溶胶是一种直径为0.001-100微米的液体状或固体装的悬浮颗粒物。气溶胶灭火系统的工作原理是冷却作用及破坏燃烧条件。具体指的是气溶胶中的颗粒在火焰中快速融化并吸收大量热量，并且由于高温作用，颗粒将发生离解以抑制火焰中支持燃烧的活性基团的形成与传递。

2.5 气体灭火系统的优缺点

下文将主要对通过比较二氧化碳灭火系统、“七氟丙烷”灭火系统、IG541气体灭火系统的特点，分析出他们的优缺点：

二氧化碳灭火系统的优点有：灭火迅速彻底、成本较低且对几乎不会对任何物质产生破坏作用，但其缺点也很明显：一定程度上破坏精密设备功能，而且大量的二氧化碳被释放将引起温室效应、当二氧化碳浓度较高时候可能导致人体窒息，因此二氧化碳灭火系统使用场所较为局限，有人员停留或居住的场所不太适宜使用二氧化碳灭火系统。

“七氟丙烷”灭火系统的优缺点正好和二氧化碳灭火系统形成互补。其优点主要有：药剂不易消耗、灭火后无残留、不会破坏环境及精密设备、存储时不占

用空间，非常适用于有人员停留或居住的场所。其缺点为“七氟丙烷”价格高昂、无法进行长距离的运输。

IG541气体灭火系统的优点是：灭火后无残留及精密设备，无毒、无味不会破坏环境，适用于有人员停留或居住的场所，药剂可进行长距离的运输。其缺点是：药剂非常容易被消耗、用量极大，首次投资成本过高，钢瓶间存储时候需要占用较大的面积。

第3章气体灭火系统的选择原则

目前市场上存在各种各样的气体灭火系统，消防人员可根据灭火对象、火灾发生的场所来选择最合适的气体灭火系统。气溶胶灭火系统、低压二氧化碳（CO2）灭火系统、高压二氧化碳（CO2）灭火系统、惰性气体（IG541）灭火系统、“七氟丙烷”（简称HFC-227ea/FM200）灭火系统为目前市场上比较常见的气体灭火系统。可以根据气体灭火剂性能及标准规范要求，从环境因素、毒性、灭火效果、经济实用四方面选择合适的气体灭火系统。下文将对上述四方面进行详细解释。

3.1 环境因素

自然环保是选择气体灭火系统应该遵循的最主要原则。主要通过三个参数判断该气体灭火系统是否自然环保：ALT值、GWP值及ODP值。研究结果表明，气溶胶灭火系统、惰性气体（IG541）灭火系统最为自然环保，其GWP值及ODP值均为零；其次是二氧化碳（CO2）灭火系统；效果最不尽如人意的是“七氟丙烷”（简称HFC-227ea/FM200）灭火系统，该系统虽然不会对臭氧层造成破坏，但会加剧温室效应。

3.2 毒性因素

人员停留或居住的场所多选用气体灭火系统，因此消防人员一定要考虑到其是否会产生某些对人体有毒有害的物质，该有毒有害物质主要来源于气体灭火系统的药剂本身及该在高温过程中是否会分解出有毒有害物质。研究结果表明，惰性气体（IG541）灭火系统对人体伤害最为轻微，来源于大气中的IG541无毒无腐蚀性，浓度为37% ～43%的IG541可用于灭火，人在该浓度范围环境中短期停留几乎不会有任何生理方面的伤害；气溶胶灭火系统本身不会对人体造成伤害，但存在爆炸隐患且使用过后空气中将产生大量的中性微粒物，因此不太适宜于人员密集场所；“七氟丙烷”（简称HFC-227ea/FM200）灭火系统和气溶胶灭火系统

一样，本身无毒无害，但使用期间由于高温的作用，“七氟丙烷”将分解出具有强腐蚀性的物质——氟氢酸（HF），对精密设备和人体均将造成影响，因此多用与无人居住的场所；二氧化碳（CO2）灭火系统也不宜用于人员密集场所，原因主要是：当空气中的二氧化碳浓度大于20% 时，便存在致人窒息死亡的危险，但二氧化碳（CO2）灭火系统的最小灭火设计浓度为34%。

3.3 灭火效果

窒息冷却、化学抑制、物理稀释为气体灭火系统常见的几种灭火原理。灭火原理决定了灭火效果，研究结果表明，采用化学抑制灭火原理能达到较好的灭火效果，而采用物理稀释灭火原理相对来说灭火性能较不理想。

3.4 经济实用

根据《气体灭火系统设计规范》总则（即GB50370-2005）中关于“经济合理原则”的规定，在保证合理、安全、环保的前提下，气体灭火系统的选择应尽可能的节约投资成本。气体灭火系统的投资成本主要由管网造价、药剂成本、维护成本、设备造价四方面决定。研究结果表明，混合气体灭火系统所需投资成本最高，“七氟丙烷”（简称HFC-227ea/FM200）灭火系统、二氧化碳（CO2）灭火系统和气溶胶灭火系统投资成本次之。

3.5 气体灭火系统在实际应用中的选择比较

研究人员以一座拥有设备间、机房、控制室的集中控制楼为例，将防护区均等划分为三个区域，并分别采用二氧化碳（CO2）灭火系统、惰性气体（IG541）灭火系统、“七氟丙烷”（简称HFC-227ea/FM200）灭火系统进行统计分析、计算后发现：二氧化碳（CO2）灭火系统造价最低，对比与惰性气体（IG541）灭火系统而言，“七氟丙烷”（简称HFC-227ea/FM200）灭火系统无论是在技术方面还是造价成本方面，均占有优势。因此，如果该集中控制楼为人员较为密集场所，则推荐使用“七氟丙烷”（简称HFC-227ea/FM200）灭火系统作为其气体灭火保护系统；如果该集中控制楼内人员稀少，则宜选用成本较低的二氧化碳（CO2）灭火系统作为其气体灭火保护系统。

第4章气体灭火系统的原则

4.1 管网系统、无管网系统的组成要件

管网系统的主要设备包括：灭火剂贮存装置、喷嘴、信号反馈装置、压力开

关、电磁阀、集流管、火灾自动报警控制器、气体单向阀、选择阀、阀驱动装置、液体单向阀、安全泄压装置、连接管、框架、管道、容器阀等。

无管网系统的主要设备包括：容器阀、外卖箱体、电磁阀、火灾自动报警控制器、连接管、压力开关、灭火剂贮存装置、信号反馈装置、阀驱动装置、安全泄压装置、喷嘴等。

4.2 气体灭火剂的特点

（1）不导电，非常适宜于对电子通讯设备等的灭火工作。

（2）药剂的化学性能较为稳定，非常适宜长期储存。

（3）药剂的配备方便，充装简单高效。

（4）汽化速度快，灭火效率高。

（5）灭火后无杂质残留，不会对人体及紧密仪器设备造成破坏。

前文3.3灭火效果中层提及“灭火原理决定了灭火效果”，而气体灭火剂的灭火性质又决定了气体灭火系统所适用的范围。各种气体灭火剂在灭火机理、灭火效果、物理性质、化学组成等方面差别较大，但却基本都可应用于具有以下性质的场所：不导电、适宜贮存、蒸发后不留痕迹、化学稳定性好、腐蚀性小、毒性低。综上所述，各类型的气体灭火系统在应用限制、适用范围上基本没有太大区别。

4.3 气体灭火器的工作原理

虽然各种气体灭火系统存在悬挂式灭火装置、管网系统、无管网系统等系统组成方式和成分材质构成的区别，但绝大多数气体灭火系统都遵循窒息冷却、化学抑制、物理稀释三种灭火原理混合使用的灭火原理，少数气体灭火系统还存在下述两种灭火原理：一是通过低温气态水的反复吸热以降低燃烧物温度的方式；二是通过物理方式降低氧气含量，以破坏火焰燃烧的条件，最终通过窒息的方式来灭火。

当使用气体灭火系统进行保护的防护区遭遇火灾，燃烧产生的光、烟、温等变化信号将通过火警探测器转化为电信号并汇总到火灾报警控制器。火灾报警控制器综合电信号后确认确有火灾发生后，火灾报警装置将被自动启动并发出光报警、火灾声音等信号，光报警、火灾声音等信号同时会被输入到灭火控制盘中。灭火控制盘收到信号后，第一时间启动通风机、开口关闭装置等联动设备，并经延时再启动阀驱动装置，将灭火剂选择阀和贮存装置一起打开、灭火设施放到火灾区域内灭。灭火剂工作过程中，压力讯号器会发出反馈信号，反馈信号将通过灭火控制盘再次发出施放灭火剂的光、声等报警信号，如此循环往复。但当系统

处于非自动操作状态时，现场人员在发现火灾后应即可启动手动启动按钮，通过灭火控制盘施放灭火剂。当火灾供电系统或是报警系统出现故障，消防人员应立即采取应急启动方案，如直接启动驱动装置施放灭火剂等。

第5章气体灭火系统的应用

5.1 气体灭火系统适用的火灾类型

对于电气火灾、液体火灾、气体火灾及固体表面火灾，气体灭火系统均适用。因此，气体灭火系统被广泛地用于文物珍品库，发电机房，电子计算机房，电缆沟，金库，通讯枢纽站，图书资料库，油漆生产线、炼油厂，舰船机舱，电缆井，电视微波塔，银行帐库，精密仪器室，燃油锅炉房，高低压变配电室，卫星测控中心，档案馆及皮毛、烟草货仓和化工厂等场所。

5.2 气体灭火系统不适用的火灾类型

（1）活泼金属（D类火灾），如钠钾合金、钾、钠、镁铝合金、锆、镁、钛等；

（2）容易自动分解的物质，如联氨、某些有机过氧化物等；

（3）容易发生自燃的物质，如某些金属有机化合物、白磷等；

（4）金属氢化物，如氢化钾、氢化钠等；

（5）含氧化剂混合物、强氧化剂、在缺氧环境下能通过自身的供氧迅速燃烧或者氧化的物质，如火药、硝酸钠、氢、氮氧化物、硝化纤维、氯酸钠、炸药等。

第6章总结

目前，由于对人员和紧密设备等几乎不会造成破坏，加之造价成本过高等原因，“七氟丙烷”（简称HFC-227ea/FM200）灭火系统、惰性气体（IG541）灭火系统被广泛应用于存放有精密设备、对环境有较高要求且有高密集人群停留的场所；对比而言，由于可能对人体生理机能造成一定影响且造价成本低廉等原因，二氧化碳灭火系统则被广泛应用于存放有专门设备的空间较为宽广或是露天无人场所。

总之，任何一种气体灭火系统都存在缺点、优点，消防人员应从经济合理、

环保节能、技术先进、安全适用等多方面综合考虑，结合实际情况选取最适合的气体灭火系统。

参考文献

[1] 《气体灭火设计规范》，GB50370，2005．

[2] 《二氧化碳气体灭火设计规范》，GB50193-93，2010．

[3] 《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》，中国建筑标准设计研究院．2009．

[4] 张学魁，张烨．建筑气体灭火系统．北京：化学工业出版社，2006．

[5] 《消防安全管理》GB50045-1995（2005年版）

[6] 《建筑设计防火规范》GB50016-2006、

[7] 《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年修订版)

[8] 自动喷水灭火系统设计中的几个重要问题[会议论文]全国建筑给水排水委员会水消防分会第二次年会暨学术会议，2002年谢思桃

[9] 《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB50067-97

[10] 防火协会建筑防火专业委员会编《现代建筑防火技术》四川：中国科学技术出版社，1988