氣體滅火技術在化工企業消防中的應用

劉軍偉(北京市消防救援總隊大興區消防救援支隊，北京 102600)

0 引言

化工企業經營規模的持續擴大，使得越來越多易燃易爆化學危險品出現在化工企業各個區域，這給化工企業埋下了一些消防安全隱患，也在很大程度上提高了化工企業消防安全事故的破壞性和危害性。化工企業消防安全事故處置一直都是業內人士重點研究內容，尤其是化工企業火災撲救中的合理性滅火技術選擇。在傳統模式下，用水滅火是處置火災事故最為簡單直接的技術，但這種滅火技術無法滿足新時代化工企業消防事故處置需求，如果盲目使用水源作為滅火劑，會造成極為嚴重的安全事故，甚至有可能導致消防救援人員意外傷亡。氣體滅火技術在目前消防應急救援領域應用非常廣泛，尤其適合用于化工企業消防應急救援行動中，值得繼續開展一系列深入研究，旨在提高化工企業消防安全事故處置安全性和有效性。

1 氣體滅火技術簡述

從目前氣體滅火技術發展情況來看，整體發展形勢良好，各種氣體滅火技術都有著各自的優勢和缺陷，在化工企業中不同類型的火災事故也有著比較特殊的應用效果，可以根據化工企業火災事故類型，選擇相適應的氣體滅火技術，這樣能夠最大限度地保證消防滅火救援處置有效性。氣體滅火技術已經較為成熟，當系統識別到火災事故，便可以發出預警信號，然后啟動裝置，將儲存容器中的滅火劑噴射出來，從而起到滅火救援的基本目的[1]。

目前，在化工企業火災處置中的氣體滅火劑的種類較多，如：七氟丙烷、二氧化碳、混合氣體等均是較為常見的氣體滅火技術類型。氣體滅火劑能夠通過隔離、冷卻以及化學反應等方式抑制明火燃燒，從而起到撲滅火災的基本目的。

2 氣體滅火技術的主要分類及優勢分析

2.1 含氟類氣體滅火技術

含氟類氣體滅火技術是目前化工企業應用較為廣泛的氣體滅火技術，其中以七氟丙烷、三氟甲烷等，能夠起到比較好的滅火處置效果。

2.1.1 七氟丙烷

七氟丙烷(HFC-227ea)，是目前化工企業火災處置中應用較為廣泛的氣體滅火劑。七氟丙烷的化學結構較為穩定，物理性質具有無色無味、毒性較低等優勢特點。七氟丙烷的密度要明顯高于空氣密度，尤其對密度較低的化工企業火災事故，有著較為理想的處置效果，可以快速覆蓋在明火表面，阻斷火勢的繼續燃燒和擴大。七氟丙烷在化工企業中的火災處置中廣泛應用，并不會對自然生態環境造成破壞。由于其絕緣性較好，因此在化工企業火災救援中不會出現導電情況，能夠有效保證消防應急救援人員的人身安全。而且，七氟丙烷不會對臭氧層產生破壞，即便遇到高溫燃燒侵襲也不會出現殘留物質，在應對化工企業火災處置過程中，七氟丙烷的安全性和有效性較高。七氟丙烷氣體消防設施占地面積并不大，因此不會對化工企業的正常生產經營造成干擾，能夠有效提高化工企業的消防安全管理水平[2]。

七氟丙烷大多被應用于化工企業的電氣系統領域，比如：供電機房、生產設施控制室等重點區域。雖然七氟丙烷能夠展現出比較突出的滅火救援處置效果，但七氟丙烷的自身短板也較為明顯。比如七氟丙烷具有比較明顯的揮發性，難以處置化工企業坑洞中的火災事故，且難以撲滅起火點中心區域的明火。七氟丙烷在高溫條件下，容易發生化學反應，隨即產生氟化氫(HF)。氟化氫的化學性質較為危險，具有強酸性，容易對化工企業建筑物的鋼結構、生產設備、儲罐支撐裝置等造成強腐蝕，這樣便容易增加化工企業滅火救援安全風險系數，極易出現建筑結構以及儲罐坍塌，從而對現場救援人身安全造成巨大影響，而且氟化氫還容易對人體皮膚、呼吸道等造成灼傷。除此之外，七氟丙烷在火災處置中的應用成本較高，這樣也限制了七氟丙烷在化工企業火災處置中的推廣應用。

2.1.2 三氟甲烷

三氟甲烷(HFC-23)，這種氣體滅火劑的理化性質也比較穩定性，在常溫條件下具有無色、無味、不可燃、不導電特性，而且三氟甲烷的密度要高于空氣密度。三氟甲烷的適用范圍較大，對環境溫度并未有比較高的要求，即便在秋冬季節天氣較為寒冷時段，也可以使用三氟甲烷進行滅火救援。三氟甲烷不會對人體造成呼吸困難問題，在人員較為密集的區域，三氟甲烷有著較好的應用效果。需要注意的是，三氟甲烷滅火劑在高溫條件下，容易與可燃氣體發生反應并分解出有毒有害的氟化物，如果滅火救援人員未能做好安全防護，容易出現中毒情況，因此在滅火救援中的使用應當特別注意防毒保護[3]。

2.2 二氧化碳氣體滅火技術

二氧化碳是應用最為廣泛的氣體滅火劑之一，在氣體滅火技術領域有著舉足輕重的地位，具有毒性低、滅火能力突出、絕緣性能良好等突出優勢，而且不會對鋼構件、鋼筋混凝土結構等類型的建筑物以及設施設備造成腐蝕等不利影響，是目前消防領域比較受到人們認可的氣體滅火技術。

二氧化碳氣體滅火劑無色無臭，不具備燃燒能力，也不會促進火勢燃燒，而且二氧化碳可以被壓縮，并儲存至高壓氣罐中。二氧化碳氣體滅火劑在制備過程中，通常采取吸附膨脹脫附法或者吸附精餾法，兩種方法都能夠制備出純度比較高的二氧化碳氣體滅火劑。二氧化碳氣體滅火技術應用范圍比較廣泛，尤其適合在化工企業等特殊場所的火災處置中應用。

二氧化碳氣體滅火技術的原理是通過窒息作用和冷卻作用進行滅火救援。當二氧化碳氣體滅火劑從壓力罐中釋放出來之后，能夠快速排除起火物體表面的氧氣，將起火物體包裹在二氧化碳氣體中，降低起火物體周圍氧氣含量，從而達到窒息滅火的目的。二氧化碳氣體滅火劑在儲罐中噴射而出后，降低起火物體周圍的溫度，從而起到冷卻滅火的作用。

二氧化碳氣體滅火劑由于流動性比較好，噴射率比較高，而且不會對鋼結構等造成腐蝕，因此被廣泛用于化工企業火災處置中，比如：油料起火、甲醇乙醇起火等、天然氣起火、甲烷乙烷起火、氫氣起火，還包括對化工企業火災中存在的電氣火災。在使用二氧化碳氣體滅火劑時，必須要將二氧化碳氣體滅火裝置安裝在通風效果比較好的區域，周圍不能出現任何火源，而且要避免受到高溫、高壓影響，嚴禁被陽光直射。且二氧化碳氣體滅火裝置的支撐裝置、鋼瓶不能出現生銹情況，應保護好閥門、噴管等重要裝置。如果在室內使用，需要確保室內沒有人員停留，而且在使用完二氧化碳氣體滅火劑之后，應待室內空氣完全流通之后方可進入，這樣能夠避免滅火救援人員出現窒息情況。即便在室外空曠的區域使用二氧化碳氣體滅火劑，也需要充分考慮到風向、風力等因素，避免風向突然改變或者風向選擇不正確，導致滅火救援吸入過量二氧化碳，最終引起窒息死亡。

無論二氧化碳滅火裝置中的滅火劑是否完全使用干凈，只要啟用了二氧化碳氣體滅火裝置，就需要重新填裝二氧化碳氣體滅火劑。如果二氧化碳氣體滅火裝置出現了故障，應由專業的人員進行維修，不能私自進行拆卸，以防氣瓶出現爆炸等意外安全情況[4]。

2.3 惰性氣體滅火技術

惰性氣體滅火技術被廣泛應用于火災高發區域，比如：化工企業、計算機機房等重點場所區域。惰性氣體滅火劑主要分為IG541、IG01、IG100、IG55等，根據調整氮氣、氬氣、二氧化碳的成分比例，制備出不同型號的惰性氣體滅火劑。惰性氣體符合“綠色”氣體滅火劑的標準，這主要是由于惰性氣體滅火劑的主要成分為天然或者工業副產物，并不會對生態環境造成破壞。

IG01惰性氣體滅火劑主要成分為氬氣；IG100氣體滅火劑的主要成分為氮氣；IG55氣體滅火劑的主要成分為氮氣和氬氣，并且二者質量分別為50%；IG541氣體滅火劑的主要成分為氮氣、氬氣以及二氧化碳，三種物質按照相應的比例進行混合，通常情況下，氮氣的比例為52%，氬氣的比例為40%，而二氧化碳的比例為8%。

與傳統化學氣體滅火劑相比，惰性氣體滅火劑的優勢比較明顯，除了具有“綠色環保”特點，惰性氣體滅火劑在噴射時，并不會出現冷凝效應，因此不會產生明顯的視覺障礙，不會對人體以及機械設備造成不利影響。而且由于惰性氣體主要原理是窒息滅火，因此不會在高溫條件下形成新的分解物。從氣體滅火技術的未來發展形勢來看，以惰性氣體滅火技術為主的綠色環保氣體滅火技術發展空間巨大，但在短時間內并不會完全替代傳統化學氣體滅火技術，這主要是由于化學氣體滅火技術依舊有惰性氣體滅火技術無法匹敵的優勢作用。需要注意的是，惰性氣體滅火技術需要較高的儲存壓力，而且需要用到多組氣瓶，使用系統具有一定限制條件，只能應用于管網式系統，這是影響惰性氣體滅火技術在化工企業消防領域推廣應用的主要因素(如表1所示)。

表1 氣體滅火技術的優劣勢及滅火機理

3 氣體滅火技術在化工企業消防中的應用分析

3.1 氣體滅火技術的管網與無管網分類

氣體滅火技術可以分為無管網和有管網兩種。其中，無管網分為柜式和懸掛式兩種；管網則主要分為單元獨立和組合分配式兩種。如果按照加壓方式進行分類，氣體滅火系統分為自壓式、內儲壓式和外儲壓式氣體滅火系統。

無管網氣體滅火系統，需要事先完成滅火劑儲罐氣瓶以及噴射組件進行預制，然后組裝形成的氣體滅火裝置，具有聯動性功能，通常被設置在防火分區內。而有管網系統的氣體滅火裝置，主要是將滅火劑從儲罐氣瓶釋放，再通過管網輸送到噴射裝置，通過噴射裝置向外噴射。有管網的氣體滅火系統需要為儲氣瓶設置獨立的儲藏間，這是避免儲罐氣瓶出現意外情況的重要方式，尤其能夠防止現場人員誤吸而出現昏迷、窒息等情況。

3.2 氣體滅火技術在化工領域中應用的注意事項

在化工企業消防領域運用氣體滅火技術時，應充分考慮好安全性和可靠性，比如二氧化碳氣體滅火劑不能用于硝化纖維、火藥等含氧化劑的化學制品火災處置，不能用于鉀、鈉、鎂、鈦、鋯等活潑金屬火災處置，不能用于金屬氫化物火災處置中。而且，在使用二氧化碳氣體滅火劑時，必須要清除現場無關人員。從化工企業的消防中實際應用情況來看，二氧化碳、惰性氣體、含氟類滅火劑的滅火效果存在較大差異性。比如：二氧化碳的滅火速度較慢，滅火效果不及七氟丙烷和惰性氣體滅火劑；二氧化碳滅火技術的環保性較差，而七氟丙烷、惰性氣體滅火技術環保效果突出；對滅火救援人員毒害程度，二氧化碳較為嚴重，而惰性氣體則安全性最高。

3.3 氣體滅火系統的安裝與運維管理

在化工企業安裝氣體滅火系統時，應根據場地的實際情況，以及滅火救援實際需求，選擇最為合適的安裝位置。所有裝置組件以及設施設備的選型要做到科學合理，不能盲目選擇高存儲量、高噴射量型號的裝置，而是要根據滅火救援實際需求。所有安裝組件和設備都應當配有出廠合格證書，所有滅火劑都應當在有效期內。在對儲罐氣瓶安裝時，要保證相關組件安裝穩定、牢固，切勿在使用過程中出現松動、滑落等情況。儲罐外部應當有明顯的警示標志，而且要標明屬于哪種氣體滅火裝置。在儲罐氣瓶外部還需要依次完成編號處理。在安裝管道時，需要做好管道末端的固定處理，將支架與末端噴嘴之間的距離控制在500 mm以下。所有管道都需要安裝防晃支架，尤其是管道的穿墻位置、彎道位置，都需要增設。管道的支架需要涂裝一層防銹蝕材料，保證管道支架的穩定性。管道安裝要依次進行，在確認管道打壓參數合格后，方可繼續進行下一階段的管道安裝。在集流管安裝時，應當做好螺栓固定處理，集流管的內腔要確保干凈整潔，并做好進出口的封閉處理。集流管外部需要涂刷紅色油漆，并且調整泄壓裝置的泄壓方向。

氣體滅火裝置中的各類組件以及管道、線槽、儲罐氣瓶、支撐裝置等都應確保無損傷、無腐蝕、無漏電，導線和電纜的連接、絕緣性能、接地電阻等需要符合消防安全管理相關要求。在日常維護過程中，必須要做好各類儀器儀表的檢查，噴口的方向要正確，并且沒有堵塞情況。對氣體滅火系統的組件進行檢查，確定各個設施設備以及管道、線槽、支架外觀是否有破損情況。在使用氣體滅火系統之前，需要對滅火劑的種類進行確認，檢查儲罐氣瓶內的滅火劑存儲量、充裝壓力、充裝系數、裝量系數等關鍵參數。儲罐氣瓶內的氣體壓力不能低于設計壓力，而且不可超過設計壓力5%，管道以及啟動裝置并無卡阻現象。

日常維護還需要嚴格檢查二氧化碳滅火裝置的穩定性，如果發現固定裝置以及儲罐氣瓶出現松動情況，應立即采取積極有效的處置措施，并且不允許有人員停留在儲瓶間，以防吸入過量二氧化碳而窒息死亡[5]。氣體滅火裝置應定期進行系統維保，以七氟丙烷滅火系統為例，可以每季度進行一次維保，維保應涉及到各個方面。在進行聯動測試時，應分別開展手動模擬測試以及自動模擬測試，而且要定期對氣體滅火裝置中的儲罐氣瓶安全性、可靠性進行檢查。不同滅火劑類型的氣體滅火裝置氣瓶檢驗周期不同，需要根據使用場景以及滅火劑種類靈活進行選擇。

4 結語

氣體滅火技術具有滅火效率高、滅火速度快、保護對象無污損等優點，非常符合在化工企業消防領域中的推廣應用，尤其對電氣火災、固體表面火災、液體火災等火災事故有積極有效的處置效果。為了能夠切實發揮出氣體滅火技術的優勢作用，應根據化工企業消防安全管理實際需求，在不同區域設置不同類型的氣體滅火裝置，再根據不同類型的火災事故，選擇使用不同類型的氣體滅火劑，這樣能夠確保滅火救援的安全性和可靠性。為了避免在使用移動式氣體滅火劑時出現安全事故，必須要嚴格按照滅火救援技戰術安排，選擇氣體滅火噴射陣地。如果屬于固定式氣體滅火裝置，就需要做好氣體滅火裝置的日常維護，尤其是氣瓶的安全保護，防止出現人員傷亡事故。