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幾種常見氣體滅火系統的比較分析

時間:2017-08-01 08:52:46 來源:未知

  隨著哈龍(1301,1221)氣體滅火系統的使用在全球范圍內日益受到限制和淘汰,替代哈龍產品的新型潔凈氣體滅火系統的開發和應用越來越受到人們的重視,目前使用的最多的是二氧化碳、七氟丙烷(FM-200)和煙烙盡(INERGEN)系統。其中二氧化碳作為氣體滅火劑應用已有近一百年的歷史,而七氟丙烷和煙烙盡是近年來新開發出的產品,下面謹就這三種系統的各項性能及其優缺點作一分析比較。

  一、環保特性
  所謂潔凈氣體滅火劑,除了必須有良好的滅火性能以外,還要求具備良好的環保特性。評價一種氣體滅火劑環保特性的好壞,主要有三個指標,即該氣體物質臭氧消耗潛能值(ODP),對全球溫室效應的影響指標(GWP)及其在大氣中存留的時間。
  在上述三種氣體滅火劑中,環保特性最好的首推煙烙盡氣體,因為組成該種氣體的主要成分來源于大氣本身,其ODP值和GWP值都為零,當然也不存在氣體在大氣中存流時間問題。
  七氟丙烷氣體的ODP值也為零,但GWP值為2050(哈龍1301的GWP值為5800),在大氣中的存留時間為30-40年,這說明七氟丙烷氣體雖然對臭氧層無影響,但對全球溫室效應的影響比較大。從環保特性上講,它還算不上一種好的潔凈氣體滅火劑。
  二氧化碳氣體的ODP值同樣為零,GWP值也不高(僅為1),但目前造成的全球溫室效應,使氣候變暖的最主要原因卻是人類大量使用石油、煤炭等所產生的二氧化碳氣體。而且這種氣體一旦進入大氣,在大氣中存留的時間高達120年,因此,從二氧化碳氣體本身來講,他的環保特性并不好。但作為滅火劑而采用的二氧化碳卻并非是專門生產出來的,而是取自于其他行業的副產品。據統計,上海石化總公司每天排出的高純度二氧化碳氣體高達數千噸,這些二氧化碳除了極少部分被取作他用之外,絕大部分都被白白的排空了,所以取這些二氧化碳之一部分作為滅火劑使用,不但不會增加對環境的損害,反而是變害為利的好事。從這一角度講,利用二氧化碳作為滅火劑不但不應受責難,而是應該提倡和鼓勵。

  二、滅火性能
  在上述三種潔凈氣體滅火劑中,七氟丙烷屬于化學滅火劑,而煙烙盡和二氧化碳則屬于物理滅火劑。前者滅火濃度低(僅為7%),用量小,滅火性能好,而后兩者滅火濃度較高(達34-47%,甚至更高),用量較大。其中由于大多數可燃物燃燒后的最終生成物都是二氧化碳,所以采用二氧化碳滅火劑不但有惰性抑制滅火的作用,還由于大大提高了生成物的濃度而降低了燃燒反應的速率。并且液態儲存的二氧化碳在噴射滅火時氣化要吸收大量的熱,又具有冷卻的作用,顯而易見它的滅火性能要優于僅有惰性抑制滅火作用的煙烙盡氣體。

  三、安全特性
  七氟丙烷氣體對于人是有毒的,這屬于一種化學毒性。雖然它的毒性較低,不是那種高毒性的化學毒氣,但當這種氣體在大氣的濃度超過10%時,也會造成人員的中毒、失去知覺,甚至死亡,當七氟丙烷遇熱分解時,其分解產物的毒性則會大大的加強。
  二氧化碳雖然在大氣存在,人的呼吸中也包含著許多二氧化碳,但高濃度的二氧化碳對人卻是十分有害的,它的主要危害性在于會令人呼吸不到足夠的氧氣而窒息死亡,所以,二氧化碳作為滅火劑使用時,必須謹慎小心。我國在對二氧化碳滅火系統的設備制造、系統設計、工程施工、驗收使用、質量管理等方面,都已制定了十分周到、全面、嚴格的標準和檢測方法,以充分保證它的安全性和可靠性。
  現在,值得注意的是,人們普遍認為:煙烙盡是對人體絕對無害的氣體滅火劑,甚至認為,在有人員存在的區域內噴放煙烙盡氣體,也可使人安然無恙,無任何影響,筆者認為,這種認識是錯誤和有害的。因為:第一、煙烙盡氣體是由惰性氣體(氮氣、氬氣和二氧化碳)組成的,其中不含氧氣,所以煙烙盡氣體對人體的窒息性與二氧化碳是相同的,人不可能呼吸煙烙盡氣體而生存;第二、所謂煙烙盡氣體滅火劑的安全性僅僅體現在當空氣中加入一定比例的煙烙盡時,可以使原空氣中的氧含量由21%下降到12~15%,在這種低氧氣濃度的氛圍中,燃燒將不在繼續,而人卻能依靠其中4%左右二氧化碳對呼吸系統的刺激繼續呼吸不至于窒息死亡(如同在高山缺氧地區的呼吸一樣)。但是,這種情況只有在煙烙盡氣體與空氣按一定比例混合均勻后才會存在,當高濃度的煙烙盡氣體從噴嘴噴放到封閉空間時,置身于氣流中的人不可能呼吸到起碼的氧氣,其人身安全是不可能得到保證的。因此,煙烙盡的安全性只是相對的,危害性才是絕對的;第三、片面強調煙烙盡氣體滅火劑的安全性,而閉口不談或掩蓋其危害性的本質,勢必造成該氣體滅火系統的生產、設計、施工和使用者對其質量可靠性、使用安全性以及可能對人產生傷害的危險性的忽視,產生麻痹松懈思想,這將是產生災禍的根源。
  因此,不管我們是采用七氟丙烷,二氧化碳亦或是煙烙盡來設計、安裝氣體滅火系統時,都必須同等地重視它的安全可靠性;在使用滅火時,都必須保證在氣體噴放前,區域內人員全部撤出;在人員多、成份雜的公共場所,應避免上述氣體作為全淹沒滅火系統安裝和使用。真正安全的氣體滅火劑還有待于人類的努力開發。

  四、二次損失
  所謂二次損失,是指系統在實施噴放氣體滅火時造成對被保護物質
  非火災性的損失。作為化學滅火劑的七氟丙烷氣體,由于設計濃度低,用量小,所以噴射出來時,對防護區域結構以及被保護物造成機械性傷害的可能性較小。但在滅火時,七氟丙烷遇熱分解后產生氟酸類的物質,這種物質對其它物體(包括玻璃)有著較強的腐蝕性,所以在實施氣體滅火后,一定要對區域內物體進行認真的清潔工作。
  煙烙盡氣體來源于大氣,是惰性氣體,對物體沒有任何腐蝕作用,噴射后不留任何痕跡。但由于它是氣態儲存、氣態噴放、壓力高、噴射口徑大,所以在噴射時,劇烈噴出的氣流對保護區結構和被保護對象可能帶來機械性損傷,且會造成系統管網較強的振動,這是在系統設計、安裝和檢查驗收時需要充分注意的。
  二氧化碳氣體也是一種十分穩定的氣體,用它來滅火同樣對物體沒有任何腐蝕作用,也不留任何痕跡,并且在一般情況下,二氧化碳滅火劑為液態儲存、液態噴放,在噴嘴出口才會氣化,所以,系統的儲存壓力、噴射口徑、噴射時的烈度等都遠低于煙烙盡系統,可能產生機械性損傷的危險性也要小得多。但二氧化碳的氣體會使室內溫度下降,所以對溫度很敏感的物品要小心。
  現在有一種觀點,認為二氧化碳滅火劑氣化吸熱的制冷作用,會帶來結露現象,從而影響區域內精密儀器、儀表、計算機設備的工作以及損壞這些設備,其實,這種看法是站不住腳的。因為從原理上講,大氣結露與兩個因素有關,一是大氣中所含水汽的量,一般用水汽分壓來表示;另一個是大氣的溫度,通常通過水的飽和蒸汽壓來體現,二者統一在一起用大氣的相對濕度反映出來。
  當大氣中含水汽量較多即水汽分壓較高,而氣溫較低(即水的飽和蒸汽壓)時,才會有結露的傾向。當二者相平衡,且仍有水分補充時,就會出現結露現象(如在霧天或澡堂里看到的現象一樣)。
  在實施二氧化碳噴放滅火時,液態的二氧化碳在區域中的汽化的確需要吸收大量的熱。這種熱的來源是一種物體燃燒的生成熱(這種吸熱冷卻對于滅火是有幫助的),當燃燒生成熱不足時,則會吸收環境中的熱,造成區域內氣溫的下降,對應的水的飽和蒸汽壓也會降低。從上式可見,由此會造成相對濕度的提高,帶來結露的可能,上述觀點的依據大概也就如此了。但事實上,在另一方面,大量汽化的二氧化碳是極其干燥的氣體(其含水量僅為幾十個ppm),如此干燥的氣體注入區域內,將會使區域內混合氣體中的含水比例大大下降;二氧化碳汽化時造成的室內外的壓差,還會將室內原來空氣的部分通過泄壓口、門窗縫隙等擠出室外,這樣的結果使得室內的水汽分壓大大降低,相對濕度不但沒有提高,反而降低了。

  五、系統經濟性
  氣體滅火系統的經濟性評價應該從以下三個方面綜合考慮:一是
  其設備投資的大小,二是其使用滅火劑的成本,三是其運行費用。
  在上面提到的三種氣體中,一般來講,應數七氟丙烷氣體滅火系統的設備投資最省。雖然它的設計濃度最小,滅火劑用量最少,需要的儲存鋼瓶數也最少,但由于它的傳輸距離較短,管網不能太長,所以對于相距較遠或跨樓層較多的防火區域就無法共用一套儲存鋼瓶,大大提高了它的設備成本。相比較起來,高壓二氧化碳和煙烙盡氣體滅火系統(尤其是后者)由于儲存壓力高,可以傳輸到相對較遠的區域里去,所以可使許多區域共用一套儲存鋼瓶。但是它們都是采用物理滅火的方式滅火,需要的滅火劑濃度高,用量大,儲存鋼瓶數量較多,設備投資也較大。在相同條件下,高壓二氧化碳氣體滅火系統的設備投資一般為七氟丙烷系統的三倍,而煙烙盡系統又約是高壓二氧化碳系統的三倍,是七氟丙烷系統的九倍。使用鋼瓶多帶來的另一項投資是需要更多的鋼瓶儲存面積,這在造價高的建筑里也是一筆不可小看的投資。
  在三種氣體滅火劑中,二氧化碳來源廣泛,到處都可采購到,它的成本可以說僅僅在于收集、儲存和運輸的費用,可以說采用二氧化碳作滅火劑是最方便、最廉價的。煙烙盡氣體成分采自大氣,但需要進行空氣分離來獲取,成本高于二氧化碳,雖然煙烙盡氣體在國內還沒有專業生產廠家,價格不詳,但根據一般的估計,在同一區域內達到相同滅火濃度所需要的煙烙盡氣體的成本將為二氧化碳的三倍,而七氟丙烷的成本為二氧化碳的一百多倍。
  上述兩項投資費用綜合在一起,可以估計出,對于同一簡單系統,按照二氧化碳、七氟丙烷、煙烙盡氣體滅火劑來分別進行設計,其初期投資(包括設備投資和滅火劑成本)的對比為:1?1.5?3,顯而易見,二氧化碳是最經濟的。
  二氧化碳滅火系統良好的經濟性還表現在系統的運行成本同樣是最低的,而且滅火劑來源方便的優勢更是其它滅火劑無法比擬的。
  同樣以上述三種氣體滅火系統設計方案的初期投資比值為基礎,可以得出系統經過第一次,第二次噴放運行后,系統總費用比值之間的變化關系:
  二氧化碳 七氟丙烷 煙烙盡
  初期投資 1 1.5 3
  第一次噴放后 1.01 2.5 3.03
  第二次噴放后 1.02 3.3 3.06
  由上表可見,二氧化碳和煙烙盡系統由于滅火劑比較廉價,運行成本很低,而七氟丙烷氣體滅火劑價格昂貴,運行費用很高,盡管在初期安裝時,它的投資僅為煙烙盡系統的一半,但在經過兩次運行后,它的總費用水平就已經超過了煙烙盡系統,

  綜上所述,我們可以對目前已經推向市場的三種常見的潔凈氣體滅火系統的各項特性有一個比較全面、客觀的認識,以便于正確、合理地運用。
  筆者認為,綜合各項特性進行比較分析,二氧化碳氣體滅火系統在這三者之中是最佳的,對它的一些不正確的認識應該澄清。煙烙盡系統有它獨特的地方,但它在滅火時對人體的安全性只是相對的,而且設計是很難控制,所以,不應該片面地注重其相對安全性而忽視其對人體絕對危害性的一面。相反,如果把它作為一種對人體有危害的氣體對待,放棄對其安全性的要求,那樣倒給制定規范、系統設計和應用帶來很大的方便;也會給系統的設計、制造、安裝、使用者以警示,避免由于思想麻痹和放松要求而可能帶來的質量問題、事故乃至災禍。

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