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气体灭火系统性能比较

文章出处: 人气:发表时间:2017-06-17 16:03
目前,在工程应用中技术较为成熟的气体灭火系统为:高压二氧化碳、七氟丙烷、三氟甲烷、IG-541等四种灭火系统,以下对这四种灭火系统从灭火效果、环保性能、对保护对象的破坏性、人员的安全性、安全浓度验算、工程造价、技术成熟程度进行分析。
七氟丙烷无色、无味、低毒、不导电、不破坏大气臭氧层,在常温下可加压液化、并能全部挥发,灭火后无残留物。可用于扑救A、B、C、E、F类火灾。可用于保护经常有人的场所。七氟丙烷为化学灭火剂,其灭火机理为主要以物理方式和部分化学方式灭火。
IG-541是无色、无味、无毒的混合气体灭火剂,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,灭火后无残留物。适用于扑救A、B、C、E、F类火灾。可用于保护经常有人的场所。其灭火机理是通过降低燃烧物周围的氧浓度而窒息灭火,为物理方式灭火。
三氟甲烷无色、无味、低毒、不导电,对大气臭氧层的损耗潜能值(ODP)为零。灭火速度快,灭火效能高,喷放后无残留物,对设备无污损,电绝缘性能好。可用于扑救A、B、C、E、F类火灾,也适用于保护经常有人的场所。三氟甲烷为化学灭火剂,其灭火机理主要以物理方式和部分化学方式灭火。三氟甲烷与七氟丙烷相比,具有在严寒、酷热环境下都能使用的特点及价格优势。三氟甲烷灭火系统的缺点是对地球环境会产生温室效应。
氮气(IG-100)无色、无味、无毒,具弱导电性,是地球大气层的主要成分,属于完全意义上的洁净气体。其灭火机理为物理窒息。可用于扑救A、B、C、E、F类火灾。适用于保护经常有人的场所。氮气可以从空气中分离制取,来源广泛,充装费用低廉。
二氧化碳灭火系统是成熟的传统灭火技术,它不属于严格意义上的卤代烷替代品。由于它会对地球产生温室效应,喷放时对人有窒息毒害作用,所以原则上也不能算是洁净气体灭火剂。
二氧化碳对绝大多数物质没有破坏作用,不导电,灭火迅速彻底,灭火后能很快散逸,无残留物,不污损物品,成本较低,无毒害物质产生。其灭火机理为物理窒息和部分冷却作用。适用于扑救A、B、C、E、F类火灾和棉花、织物、纸张等部分固体物质的深位火灾,以及石蜡、沥青等可溶化的固体火灾。
二氧化碳可用于全淹没灭火系统,是唯一可用于局部应用灭火系统的气体灭火剂。与其他几种纯天然气体灭火剂相比,它的灭火效能最好。
二氧化碳灭火系统的缺点是灭火设计浓度较高,灭火剂用量较多,储瓶间或储罐间需要面积较大,喷放时对人有窒息毒害作用,不适宜用于经常有人工作或停留的场所。在释放过程中因为有固态CO2(干冰)出现,会使防护区温度急剧下降,对精密仪器和精密设备会造成一定的影响。
1、灭火效果
灭火效果应从灭火浓度、灭火剂用量、灭火速度三个方面进行衡量。
表1 灭火效果对比
灭火系统性能指标 三氟甲烷 七氟丙烷 高压二氧化碳 IG-541
常压下沸点(℃) -82.1 -16.4 -56.6 -320.0
灭火机理 物理方式 (降低氧浓度、冷却) 物理方式部分化学方式 物理方式 (降低氧浓度、冷却) 物理方式 (降低氧浓度)
喷射时间(s) 10 10 60 60
灭火浓度 A类危险物表面火 15% 5.8% 36.47% 28.1%
n-庚烷 12% 6.6% 20.6% 29.1%
设计灭火浓度范围 15.6%~19.5% 8~10% 34~75% 36.5~43.9%
灭火剂用量(kg/m3) 0.542~0.711 0.634~0.81 1.0~3.3 0.47~0.56m3/m3
灭火速度 最快 最慢
综合评价 最好 最差 较差
2、环保性能
国际上衡量环保性的主要指标是对大气臭氧层耗损潜能值(ODP)、温室效应值(GWP)、灭火剂在大气中的存活寿命(ALT)。从保护臭氧层的角度考虑,首先要求所使用的灭火剂ODP值小于0.05或为0,其次要求GWP和ALT值越小越好。
七氟丙烷、三氟甲烷虽然ODP值为0,但GWP值较高、大气存活寿命也比较长,有一定温室效应影响,而且与二氧化碳一起被京都会议决议《气候变化框架公约》(D.C.M)纳入受控范畴,但由于其灭火剂用量很少,整体环境影响不大,没有引起人们过多的关注。二氧化碳是引起全球环境温室效应的最大元凶,灭火剂作为温室气体自身环保性能较差。IG-541灭火剂由氮气、氩气和少量二氧化碳气体组成,受热不会发生分解,灭火剂来源于大气,对环境没有任何影响,属“绿色”环保产品。但在火场高温情况下,氮气组份会参与化学反应,产生NO、NO2等有害物质。
表2 环保性能对比
灭火系统性能指标 三氟甲烷 高压二氧化碳 七氟丙烷 IG-100 IG-541
ODP值 0 0 0 0 0
GWP值 1.32 1 0.4 0 0
ALT值 267 120 31 0 0
3、对保护对象的破坏性
通信机房、计算机房所采用的都是精密设备,通导性和清洁性都要求非常高,灭火剂在火场高温下所产生的分解物以及高压气流的冲击和液化气体挥发引起的“结露”、“冷激”、“冷淬”现象,对保护对象的金属表面、电路板、芯片等会产生不同程度的损害,在保护精密设备和珍贵财物时应特别关注。
三氟甲烷、幸运飞艇官网开奖记录剂均属于含氟化合物,明焰下受热分解产生氢氟酸(HF),对保护对象的金属、玻璃表面会产生腐蚀,生成氢氟酸的多少与药剂本身、火灾的大小、灭火时间长短有关。。
高压二氧化碳喷放过程中,由于液相和固态“干冰”的快速汽化,防护区温度会急剧下降,对保护对象产生一定程度的“冷激”、“冷淬”影响。
表3 对保护对象的破坏性
灭火系统性能指标 三氟甲烷 高压二氧化碳 七氟丙烷 IG-541
酸性分解物(ppm) 30 0 1000~3000 0
残留物 0 0 0 0
其他影响 轻微冷激 冷激、冷淬 轻微冷激 存在高压气流冲击的危险性
综合评价 最好 较差
4、人员的安全性
灭火剂喷放后威胁人员安全主要来源于三个方面:缺氧、中毒、影响逃生。
能否引起人员窒息主要决定于灭火浓度、二氧化碳浓度和氧浓度,灭火浓度越高,灭火剂释放后,防护区内氧浓度越低(低于12%时),越容易发生人员缺氧,二氧化碳浓度过高(超过5%时)会影响人的正常呼吸,产生危险,二氧化碳浓度超过20%,会很快引起中毒反应,造成缺氧窒息。药剂毒性来源于药剂本身的毒性和分解物的毒性。影响逃生主要体现在成雾程度,降低防护区的能见度。
表4 人员安全性对比
灭火系统性能指标 三氟甲烷 高压二氧化碳 七氟丙烷 IG-541
NOAEL(%) 50 4 9 43
LOAEL(%) >50 5 10.5 52
LC50(%) >65 20 >80 62
ALC(%) >65 30 >80 >62
毒性 微毒 窒息中毒 低毒 无毒
综合评价 最好 最差 较好
NOAEL—是指对生理影响无不良反应的最高浓度。 LOAEL—是指对生理影响产生不良反应的最低浓度。 LC50—是指鼠群在暴露4小时过程中半数死亡的灭火剂浓度。 ALC—是指鼠群在暴露4小时过程中近似死亡的大约浓度。
高压二氧化碳灭火系统由于灭火浓度高,易引起人员缺氧窒息;同时二氧化碳喷放时会因迅速气化吸热,造成人员冻伤,产生“白雾”影响人员逃生,禁止使用在有人场所。
IG-541药剂本身无毒性,也不会产生毒性分解物,根据美国科学家“低氧状态下的生命维持理论”证明,空气中含有3%~5%的二氧化碳可以刺激人体呼吸速率加快。IG-541灭火剂中加入的8%二氧化碳,可起到在缺氧条件下,刺激呼吸加速,满足人体在缺氧条件下的氧气需求量,对人体是相对安全的,但当IG-541浓度超过52%时,根据NFPA-2001及ISO14520规定禁止使用在有人场所。同时由于系统压力高,喷放时会产生一定的噪音及高速气流产生灰尘、轻质物品飞扬,影响人员的听觉、视觉。
七氟丙烷、三氟甲烷药剂本身毒性不大,但其产生的氢氟酸分解物有一定的毒性,有强烈的辛辣气味,刺激人的呼吸和眼睛,比较而言,三氟甲烷药剂毒性远低于七氟丙烷,产生的氢氟酸量也小于七氟丙烷,对人员的安全性较高。
公安部公消(2001)217号文做出明文规定:二氧化碳灭火系统不能用于保护经常有人场所,三氟甲烷、七氟丙烷、IG-541可用于保护经常有人场所。
任何一种气体灭火剂对人的生命都有一定的威胁,只是危险程度不同而已,安全性是相对的。所以,在有人场所,即使选用三氟甲烷、IG-541、七氟丙烷这些可用于保护经常有人场所的气体灭火系统,在系统设计时也必须对每个防护区进行必要的浓度核算(特别是IG-541、七氟丙烷的设计灭火浓度与LOAEL值非常接近),确保实际喷放后防护区的灭火剂浓度在允许的LOAEL值以下,系统运行时应将系统设置在手动启动状态,避免系统误喷造成人员伤害,同时,应根据现场实际情况,留够不少于30s的延迟启动时间,便于人员逃离火灾现场。
此文关键字:七氟丙烷,气体灭火系统,二氧化碳灭火系统,
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