氣體滅火在建筑消防設計中的應用研究

王 子 焱

(武漢市公安消防支隊，湖北 武漢 430000)

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氣體滅火在建筑消防設計中的應用研究

王 子 焱

(武漢市公安消防支隊，湖北 武漢 430000)

介紹了IG541、七氟丙烷、熱氣溶膠氣體三種常見氣體滅火系統(tǒng)的特點，從大氣環(huán)境、人體、保護對象等角度，分析了三種氣體滅火系統(tǒng)的安全性，并通過實例說明了使用氣體滅火系統(tǒng)具有高效性、及時性。

氣體滅火系統(tǒng)，建筑消防，滅火器，安全性

0 引言

隨著建筑結(jié)構(gòu)日趨復雜以及建筑火災隱患的增多，滅火器使用越來越重要，但是，常規(guī)滅火器并不能及時撲救變電所、裝有精密儀器與醫(yī)療器械的房間，往往造成了較大經(jīng)濟損失。由此，氣體滅火成為了建筑消防的一個重要手段，在人們環(huán)保意識增強下，加強對氣體滅火設計能夠在更快消除火勢蔓延的同時減少對環(huán)境造成的污染，也成為了未來氣體滅火器的研究方向。

1 常見氣體滅火系統(tǒng)

建筑火災讓人毛骨悚然，尤其是對于高層建筑來說，一旦發(fā)生火災將很難逃生，易造成人員傷亡。火災產(chǎn)生需要兩個基本條件，一個是溫度達到著火點，一個是充分接觸氧氣。由此，火災防范的重點就是這兩個基本條件，只要抑制好這兩個基本點就會增加撲滅的成功幾率。滅火器基本原理是將火勢中氧含量降低，以及控制燃燒物表面溫度[1]。當前，用于建筑消防的滅火器有很多種類，但每種都是優(yōu)勢與缺陷并存的，主要使用IG541型氣體滅火裝置、七氟丙烷以及熱氣溶膠等。下面對這幾種滅火氣體的使用進行具體分析。

1.1 IG541氣體滅火系統(tǒng)

惰性氣體主要是指不支持燃燒與助燃的氣體，能夠被高壓液化罐存，可以在迅速膨脹以后產(chǎn)生大量聚集的熱，從而使火災現(xiàn)場溫度降低，還有一種功能是對空氣中氧含量進行維護，進而達到窒息滅火的目的。優(yōu)點是滅火后很快消散，并且價格便宜。IG541氣體滅火系統(tǒng)就使用了惰性氣體，包括氬氣、氮氣以及二氧化碳等，通過這些氣體混合達到滅火效果，氣體無色、無味、無毒，含量構(gòu)成為：7%二氧化碳、30%氬氣以及63%氮氣。成分比例具體如表1所示。當發(fā)生火災時，向外噴射氣體，讓火災范圍內(nèi)的混合氣體含量升高，迅速將氧氣溶解，減少火與氧氣的接觸，當混合氣體含量增高至13.5%時，能夠使燃燒終止[2]。

表1 氣體成分與比例 %

1.2 七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)

作為一種無味、無毒的氣體，七氟丙烷的使用可將燃燒物表面溫度降低，這一點成為了滅火原理，并且氣體沒有腐蝕性，不會對燃燒物體造成腐蝕。滅火通過以下三種方式實現(xiàn)：

1)向火災區(qū)域噴射氣體，通過液態(tài)向氣態(tài)的轉(zhuǎn)換使溫度降低，達到滅火的效果[3]；

2)分子中化學鍵斷裂也能對火災區(qū)域內(nèi)的熱量進行吸收，從而使燃燒物表面溫度降低；

3)氣體噴射到火災區(qū)域使空氣中氧含量減少，控制了燃燒速度，燃燒會由快到慢，逐漸消失。

1.3 熱氣溶膠氣體滅火系統(tǒng)

熱氣溶膠氣體也是一類常見的滅火氣體，依據(jù)不同反應劑，將溶膠氣體劃分為K型與S型兩種，主要氧化劑為KNO3，下面對滅火的化學抑制作用與吸熱作用進行分析。首先，當充分燃燒烴類物質(zhì)時，能夠生成非常多游離基團，基團作用發(fā)生一連串的鏈式反應[4]，反應方程式為：

可燃物的分解方程為：RH+O2→H++2O-+R+能對熱量充分吸收與反應。

放熱反應方程：O-+H+→OH-；2OH-→H2O+O-。結(jié)合了兩個OH-以后，就能生成水分子與氧分子，從而不斷放熱，放熱與吸收的熱量不成正比，放出的熱量多于吸收的熱量。在火災迅速蔓延時，高溫區(qū)域中氣溶膠大分子被分解成非常多的游離基團，能夠快速與H+與OH-反應。反應方程式為：K++OH-→KOH；KOH+H+→K++H2O。反應區(qū)域就是由氣溶膠微粒組成，不斷產(chǎn)生K+,使區(qū)域內(nèi)的H+與OH-迅速減少。由此，可以對燃燒鏈不斷破壞，減少持續(xù)燃燒作用[5]。其次，吸熱降溫作用體現(xiàn)在：KHCO3在迅速吸收熱量時，就使KHCO3轉(zhuǎn)換成了K2CO3，以液態(tài)形式存在，再從液態(tài)轉(zhuǎn)換為氣態(tài)，進而達到降溫的目的。

2 常見的氣體滅火系統(tǒng)安全性比較

2.1 對大氣環(huán)境的影響

氣體滅火雖然清潔無污染，但是依然會對環(huán)境造成影響，可以使用臭氧損耗比與溫室效應值對氣體滅火對環(huán)境的影響進行分析。IG541對大氣環(huán)境幾乎不造成影響，臭氧的損耗非常低，能夠及時恢復大氣中氣體含量；七氟丙烷也對大氣環(huán)境的影響較小；熱氣溶膠、臭氧值溫室效應接近0，具體見表2。

表2 氣體環(huán)境影響指標對比

2.2 對人體的影響

要想了解氣體滅火是否會對人體造成傷害，就要明確缺氧、中毒對逃生是否有利的三個指標，通過觀察這些指標，確定最低與最大有害水平，通過對比IG541滅火對人體的影響情況，發(fā)現(xiàn)使用IG541滅火對人體的影響非常小，能夠維持人體正常呼吸、聽力以及視覺功能，為人們及時逃生創(chuàng)造了更多時間；七氟丙烷分解出的有害氣體非常少，不會對人體造成損傷。

2.3 對保護對象的影響

使用氣體滅火的同時，更需要保護好建筑室內(nèi)的各項物品，為了得出氣體對建筑室內(nèi)各項設施的影響，可以使用冷激以及冷淬的方法，能夠更加清楚的表現(xiàn)IG541、七氟丙烷以及熱氣溶膠對保護對象的安全指標。通過對保護對象安全指標的對比發(fā)現(xiàn)，IG541沒有產(chǎn)生腐蝕物質(zhì)與殘留物，七氟丙烷產(chǎn)生了腐蝕性物質(zhì)，沒有產(chǎn)生殘留物，熱氣溶膠雖然產(chǎn)生了一些腐蝕性物質(zhì)，但是沒有殘留物[6]。不管使用哪種氣體滅火系統(tǒng)，都能產(chǎn)生非常好的滅火效果，IG541更加便于壓縮與保存，在存儲上更加方便，具有30 MPa的最大壓力，但是在運輸上較難，七氟丙烷具有分解有害氣體的功能，在儲存上也更加容易，具有最高的滅火效率，但是運輸安裝上比較困難。對保護對象有腐蝕性的熱氣溶膠，有較低的造價成本，運輸、安裝更加容易。

3 工程實例探究

某醫(yī)院中特殊房間不能使用水源滅火，比如，CT，DR，DSA2等，因為這些室內(nèi)安裝有重要的檢驗儀器與設備，遇水將失靈，由此，在發(fā)生火災時使用了七氟丙烷氣體滅火。醫(yī)院七氟丙烷氣體滅火裝置平面圖見圖1。

在滅火時對氣體噴射的時間進行了控制，總體滅火時間低于7 s，浸漬時間為2 min。設置防護區(qū)，在防護區(qū)中增設泄壓口，設計DR面積為33 m2，總體積為110 m3，對濃度進行設計，按照9%的劑量標準，最后對七氟丙烷的設計用量進行計算，得出了總用量為80.5 kg，與此同時，配合暖通設計方法，在滅火房間安裝通風裝置。醫(yī)院的地下室建有一個配電機房，同樣不能用水直接撲救，由此，使用了K型熱氣溶膠氣體滅火系統(tǒng)，發(fā)電機房中有一個儲油區(qū)域，儲油的面積為8.9 m2，總體積為30.25 m3，密度為130 kg/m3，通過計算得知儲油區(qū)域設計用量為2.8 kg，發(fā)電機房的設計用量確定為20 kg。通過這種滅火設計方案，使用適合的滅火氣體，醫(yī)院火災在成功撲滅的同時，內(nèi)部各項設施也完好無損，維持了原有的功能，降低了醫(yī)院的經(jīng)濟損失。

4 結(jié)語

本文主要對IG541、七氟丙烷以及熱氣溶膠氣體的特點以及滅火原理進行了介紹，比較了這幾種滅火氣體的安全性，表現(xiàn)了這幾種滅火氣體是建筑氣體滅火的主要形式，都具有清潔以及快速滅火的功能，氣體對人體造成的損害較小。在建筑結(jié)構(gòu)與材料日趨多樣時，氣體滅火的使用價值日益突顯，對于各項重要的建筑設施來說，使用氣體滅火更加方便、及時、高效。

[1] 王 磊,王洪強,孫峻嶺，等.氣體滅火控制系統(tǒng)產(chǎn)品標準及工程設計驗收探討[J].消防技術與產(chǎn)品信息,2014(9):59-61,71.

[2] 郎需慶,陶 彬,張玉平，等.雙相流滅火系統(tǒng)在儲罐滅火中的試驗研究[J].消防科學與技術,2015(1):79-81.

[3] 李 輝,李潔利.探討常用的幾種氣體滅火在消防設計中的應用[J].城市建設理論研究(電子版),2013(20)：203-204.

[4] 楊 浩.氣體滅火技術在化工企業(yè)消防中的應用[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量,2013(17):22.

[5] 李小建.高層建筑七氟丙烷氣體滅火裝置安裝技術[J].城市建設理論研究(電子版),2013(24)：118-119.

[6] 張秀麗,郝麗娟.目前國內(nèi)氣體滅火標準中涉及的幾種氣體滅火系統(tǒng)[J].中國標準導報,2011(7):30-32.

Application research of gas fire extinguishing system in building fire-fighting design

Wang Ziyan

(WuhanPublicFire-FightingOffice,Wuhan430000,China)

The thesis introduces features of three kinds of common gas fire extinguishing system including IG541, heptafluoropropane and aerosol extinguishing gas, analyzes their safety, and illustrates the high efficiency and timeliness of gas fire extinguishing system through examples.

gas fire extinguishing system, building fire-fighting, fire extinguisher, safety

1009-6825(2016)24-0232-02

2016-06-11

王子焱(1974- )，男，碩士，工程師

TU998.1

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