幾種氣體滅火系統的比較
2020-06-16
幾種氣體滅火系統的比較
氣體滅火種類較多，但目前得以廣泛應用的僅有二氧化碳、鹵代烷(1211、1301)以及近幾年從國外引進的FM200（七氟丙烷）和INERGEN等。
1、鹵代烷 (1211、1301)
鹵代烷滅火劑問世于20世紀初，始用于飛機及船舶。70年代初，美國防火協會(NFPA)先后制定并通過了1301滅火系統和1211滅火系統的正式標準，從而促使1211和1301在世界范圍的迅速推廣。我國鹵代烷的引進和研究始于1964年，但系統的應用研究和相關規范標準的制定到80年代才開始，鹵代烷滅火劑是以鹵素原子取代一些低級烷烴類化合物中的部分或全部氫原子后所生成的具有一定滅火能力的化合物的總稱，又稱Halon(哈龍)滅火劑。它作為一種清潔滅火劑曾得以大力推廣，廣泛應用于各種電力電子設備房，70年代發現鹵代烷為破壞大氣臭氧層的元兇之一。1991年通過了《蒙特利爾議定書(修正案)》，各發達國家已全面停止使用鹵代烷，我國也將于2005和2010年分別對1211和1301滅火劑全面禁用。
表2 常用滅火劑性能一覽表
| 1211 | 1301 | FM200（七氟丙烷） | 二氧化碳 | INERGEN(IG-541) | 氣溶膠 | |
| 成份/分子式 | CF2ClBr | CF3Br | HFC-227ea(別名) CF3CHFCF3 | CO2 | 氮氣、氬氣、CO2混合氣 比例52:40:8 | 金屬鹽類.金屬氧化物.水蒸汽.CO2.N2等 |
| 分子量 | 165.8 | 148.9 | 170.03 | 44 | 平均34.1 | --- |
| 沸點(101.3kPa)/℃ | -3.4 | -57.8 | -16.4 | -78.5(升華) | --- | --- |
| 冰點(101.3kPa)/℃ | -160.5 | -168 | -131 | --- | --- | --- |
| 滅火機理 | 化學抑制為主 | 化學抑制為主 | 化學抑制為主 | 窒息為主 | 窒息 | 化學抑制為主 |
| 設計滅火濃度(1)/% | 5.0 | 5.0 | 8.0 | 40-62 | 37.5-42.8 | --- |
| NOAEL(2) /% | --- | 5.0 | 9.0 | --- | 43 | --- |
| 滅火劑施放時間/s | ≤10 | ≤10 | ≤8 | ≤60 | ≤60 | ≤60 |
| 滅火劑在防護區的擴散速度 | 快，且分布均勻 | 快，且分布均勻 | 快，且分布均勻 | 快，且分布均勻 | 快，且分布均勻 | 慢，不易分布均勻 |
| 系統分類 | 有管網/無管網 | 有管網/無管網 | 有管網/無管網 | 高壓/低壓/局部 | 有管網 | 無管網 |
| 滅火劑貯存壓力(21℃)/MPa | 2.5/4.0 | 2.5/4.2 | 2.5/4.2 | 2.07/5.17 | 15 | --- |
| 滅火劑噴射后形態 | 氣態、清潔 | 氣態、清潔 | 氣態、清潔 | 氣態、清潔 | 氣態、清潔 | 膠體(塵埃) |
| 滅火劑噴射后房間環境效應 | 有一定噪聲和噴射氣流，環境溫度降低，產生薄霧,不嚴重影響視覺. | 有一定噪聲和噴射氣流，環境溫度降低，產生薄霧,不嚴重影響視覺. | 有一定噪聲和噴射氣流，環境溫度降低，產生薄霧,不嚴重影響視覺. | 有較大噪聲和噴射氣流,環境溫度驟降,產生濃霧,影響視覺. | 有較大的噪聲和噴射氣流,環境溫度基本正常,很少薄霧,不影響視覺. | 有一定噴射氣流,環境溫度升高,產生大量高濃度塵埃,嚴重影響視覺. |
| 滅火劑毒性 | 有一定毒性,但短時接觸對人體無嚴重影響 | NOAEL值大于設計濃度,短時接觸對人體無影響 | NOAEL值大于設計濃度,短時接觸對人體無影響 | 4%的濃度人體即有不適感覺,20%濃度可致死亡 | 控制設計濃度,短時接觸對人體無影響。 | 短時接觸對人體無嚴重影響 |
| 滅火劑及分解物對設備影響 | 無 | 無 | 無 | 無 | 無 | 膠體顆粒極易粘附設備,難清洗,有腐蝕,空氣電導率增加 |
| 貯瓶間面積比例 | 1.05 | 1 | 2 | 6(高壓) | 6 | --- |
| 滅火劑有效貯存期/年 | ＞30 | ＞30 | ＞30 | ＞30 | ＞30 | ＜10 |
| 滅火劑在大氣中壽命/年 | 12.5 | 87～110 | 31～42 | --- | --- | --- |
| 環境污染 | 有,破壞大氣臭氧層 | 有,破壞大氣臭氧層 | 無 | 有,溫室效應 | 無 | --- |
| 國家停止使用年限 | 2005 | 2010 | --- | --- | --- | --- |
| 系統相對造價 | 較低 | 一般 | 高 | 一般 | 高 | 低 |
| 技術成熟性和是否有適用于計算機房的國家法規 | 有成熟的使用經驗和適用于電子機房的規范。 | 有成熟的使用經驗和適用于電子機房的規范。 | 有較成熟的使用經驗和適用于電子機房的規范,我國規范草案已出,亦可使用NFPA2001(3)標準。 | 有較成熟的使用經驗和適用于電子機房的規范 | 有較成熟的使用經驗,一般使用NFPA2001標準。 | 國際和國內均無適用于電子機房的規范，使用經驗少，不屬清潔滅火劑。 |
(1) 滅火濃度：滅火濃度是指在101.325kPa大氣壓和規定的溫度條件下，撲滅某種可燃物質火災所需滅火劑與該滅火劑和空氣混合氣體的體積百分比。
(2) NOAEL(無毒性反映的最高濃度)：可觀察到的，在生理上或毒物反映上產生影響的最高體積濃度。
(3) NFPA2001：即清潔滅火劑滅火系統標準，系由鹵代烷替代物防護方案委員會(美國)所編制，并由美國標準協會發布，以上的FM200（七氟丙烷）和INERGEN均在可選替代物之列，其主要防護對象為電氣.電子、通信設施、易燃可燃液體氣體以及其它價值高的財產。
2、二氧化碳
二氧化碳(CO2)是地球大氣成分之一，用作滅火劑始于19世紀，已有100多年的歷史，在我國也有《二氧化碳滅火系統設計規范》，它在常溫常壓下是一種無色、無味、不導電、化學上呈中性、無腐蝕的氣體，在我國有關建筑設計防火規范中規定可用于檔案室、電力電子設備房等大量部位。其滅火機理主要是稀釋氧氣，起窒息作用，亦有一定的冷卻效果。但近年來對其應用于有人電子設備房也受到質疑，主要原因是它對人體的致死濃度為20%，而最低滅火濃度卻為34%(電子機房設計濃度≥40%)。盡管采取延時10s～60s(不應超過30s)來疏散防護區人員等措施，但仍有意外可能，國內亦有致死致殘的事例。另外，其噴射時有較強烈的冷凍效應，房內物品結霜，空氣冷凝出現濃霧，實際上是CO2酸霧。此過程非常短暫，對電子設備無大礙，但對磁記錄設備是有影響的。再一個爭議是因為CO2屬三原子分子結構，造成地球“溫室效應”，這一點倒是不必擔心，因為消防用的CO2均取自工業副產品。據此，CO2在經常有人的設備機房的推廣值得慎重，但由于其良好的滅火性能和極低廉的藥劑價格，是值得在其它必要場所大力推廣的。
3、FM200（七氟丙烷）
FM200又稱七氟丙烷或HFC-227ea，為美國大湖公司產品。常溫下氣態，無色、無臭、不導電、無腐蝕，無環保限制，大氣存留期較短。其滅火機理與鹵代烷相同，為中斷燃燒鏈，滅火速度極快，這對搶救性保護精密電子設備及貴重物品是有利的。FM200（七氟丙烷）在電子設備房的設計濃度為8%，低于其NOVEL濃度9%，對人體安全。噴射時有薄霧和一定冷凍作用，但并不嚴重影響能見度和人員逃生。人們常談及其藥劑在火場高溫下的分解物毒性，其實和鹵代烷一樣，分解物雖有一定毒性，但要比室內材料燃燒分解物的毒性小得多。藥劑貯存壓力一般為2.5 MPa或4.2MPa，噴射延時一般為10s～30s，以便疏散防護區人員。FM200（七氟丙烷）除設計濃度稍高外，其性能特點均近似于鹵代烷1301，在有人場所比1301更具安全性。其最大的缺點是藥劑價格高，為1301藥劑的2.5倍。目前國內已有多個設備生產廠家，我國的《七氟丙烷(HFC-227ea)潔凈氣體滅火系統設計規范》(報批稿)已出臺，這標致著FM200（七氟丙烷）作為鹵代烷的過渡性替代物在我國將得到廣泛應用。
4、INERGEN
INERGEN(煙烙盡)又稱IG-541，為美國安素(ANSUL)公司產品，它是氮氣、氬氣和二氧化碳以52：40：8的體積比例混合而成的一種滅火劑。它的三個組成成份均為不活潑氣體，為大氣基本成分。無色、無味、不導電、無腐蝕，無環保限制，在滅火過程中無任何分解物。其滅火機理為稀釋氧氣，窒息滅火。其中的二氧化碳主要起刺激人體呼吸作用，使人體能夠在低于12%的氧氣濃度時仍能通過加快呼吸深度和頻率而獲得足夠氧氣，而在此氧氣濃度下燃燒將無法繼續。噴放時環境溫度變化小，且不影響能見度，只要較好地控制設計濃度，應該說是一種較完美的滅火劑，但在噴射前還是應有足夠延時以使人員撤離。其缺點是噴放時噪聲大，貯存瓶組多，貯存壓力在常溫下(21℃)為15MPa，噴射時噴口的最低壓力為2.24Mpa。高壓增加了危險性，也相對容易泄露，管道管件材料以及安裝、維護水平要求也較高。我國暫無INERGEN相關規范，國內已開始有設備生產廠家，設計施工可參照美國的NFPA2001等標準。
5、氣溶膠
氣溶膠實際上是一種煙霧型滅火劑，其微粒是通過由氧化劑、還原劑及粘合物結合成的固體材料的燃燒而產生。具有高分散度、高濃度特點，大部分微粒直徑小于1um。其主要成分見表2，堿金屬鹽(鉀鹽為主)起主要滅火作用。此種滅火劑在國外也曾經研究并應用于無人庫房及機械倉等部位，但未能推廣。氣溶膠具有滅火效率高及價格低廉等優點，其主要缺點如下：(1)發熱：氣溶膠在燃燒反應時產生大量熱量，導致環境溫度升高，并可能對噴口前1米內的人員或物體造成傷害。氣溶膠不透明，能見度極低，直接影響人員逃生。(2)腐蝕及導電性：氣溶膠在空氣中形成高濃度膠體，含有水份及金屬鹽成份，勢必降低空氣電阻率。微粒具有較強的吸附能力，很容易粘附在電路板及電子芯片上，雖然在短時內覺察不到影響，但金屬鹽的導電性及強腐蝕性足以大大縮短設備壽命。(3)毒性：雖然沒有發現氣溶膠的重大毒性，但仍潛在對人體的危害。實際上，氣溶膠本身就不屬于清潔滅火劑，國內及國外均無相關的國家標準，也不符合電子設備房的基本環境條件，應用于這些部位是不適當的。