淺談城市軌道交通建設中氣體滅火系統的選用
摘要: 簡要介紹氣體滅火系統的特點、發展趨勢、選擇原則以及二氧化碳、七氟丙烷“INERGEN”(煙烙盡) 等氣體滅火系統的特點,針對現階段我國城市軌道交通建設中氣體滅火系統的應用情況,對重慶輕軌較新線一期氣體滅火系統滅火劑的選擇作了充分的比較和論證, 最終決定采用七氟丙烷氣體滅火系統。
關鍵詞: 城市軌道交通;氣體滅火系統;七氟丙烷
1 氣體滅火系統的特點
氣體滅火系統是城市軌道交通建設中非常重要的一部分。它具有高效,快速,對被保護對象無任何影響等優點,它不僅能滿足保護貴重設備,還能滿足城市軌道交通中對火災應盡快發現,盡快撲滅,盡快恢復運營的要求, 因此被廣泛運用在城市軌道交通的變電所、主變電站、通信機械室、信號機械室及車站綜合控制室等重要區域的滅火設計中。
2 氣體滅火系統的發展趨勢
早在20 世紀80 年代,傳統哈龍產品 鹵代烷1211 及1301 在我國氣體消防行業的應用歷史中占有非常重要的地位,目前系統的裝備量約占氣體滅火系統總裝備量的80 %以上。但由于鹵代烷滅火劑是破壞大氣臭氧層的主要因素, 為了保護人類共同的生存環境,造福子孫后代,隨著《關于保護臭氧層的維也納公約》和《關于破壞臭氧層物質的蒙特利爾議定書》的簽署,這標志著淘汰鹵代烷滅火劑,開發新型滅火劑已成為大勢所趨。
鹵代烷滅火劑替代技術發展的一個方面是用已有的其他滅火系統替代它,如采用二氧化碳、水噴霧、泡沫、干粉、氣溶膠滅火系統等。這些滅火系統有的存在技術缺陷,尚未形成正式的技術規范和市場等問題;有的盡管技術上較為成熟,但存在難以解決滅火劑的污染問題。另一個發展方向是開發不污染被保護對象、不破壞大氣臭氧層、溫室效應小、對人體無害的滅火劑,即“潔凈氣體” 滅火劑和相應的滅火系統,這是當前發展的主流。
3 氣體滅火系統的選擇原則
(1)ODP 值最小原則,即對臭氧層的耗損最小。
(2) C 值最小原則,即滅火濃度小,滅火劑用量少。
(3) GWP 值最小原則,即溫室效應小。
(4)ALT 值最小原則,即在大氣中存留期短,潛在危險小。
(5)NOAEL 值最大原則,即毒性低。
(6) 滅火效果較好原則,即浸漬時間短。
6 個原則具體執行時應綜合考慮,統籌兼顧,結合具體條件決定。
4 氣體滅火系統的選擇
我國城市軌道交通中不少被保護房間均以電器設備為主,較分散,它不僅價值高達數千萬元,而且控制著整個軌道交通的正常運營,屬重點保護對象。火災屬電氣火災,需采用氣體滅火系統。對氣體滅火介質的選擇應考慮潔凈、環保、滅火效率高、技術成熟以及對人體安全、投資適度等因素。符合上述條件的氣體滅火系統主要“INERGEN”(煙烙盡),有:二氧化碳,“FM200 ”(七氟丙烷), “Triodide”(取代),
“HCFC/ A”(國外稱NAFS2 Ⅲ) 等產品。411 二氧化碳滅火系統二氧化碳滅火系統的滅火機理主要是窒息作用,不適用于有人工作的場所,4 %的濃度對人體即有不適感覺,20 %濃度可致死亡,而電子、電氣、電纜間設計濃度為47 %。二氧化碳設計濃度大,氣瓶占據空間要求大。412 “INERGEN”(煙烙盡) 滅火系統“INERGEN”(煙烙盡) 是由氮氣、氬氣和二氧化碳52∶ 40∶8 的體積比例混合而成的一種滅火劑,其滅火機理為稀釋氧氣,窒息滅火。噴放時環境溫度變化小且不影響能見度,但在常溫貯存壓力為15 MPa ,比較容易泄漏。煙烙盡滅火劑本身價格雖只比二氧化碳貴50 % ,但其所需主要設備價格昂貴; 另一方面滅火劑噴放時間不超過60 s ,在此段時間防護區內材料本身將產生很多有害燃燒產物。413 七氟丙烷滅火系統七氟丙烷又稱HFC2227ea ,為美國大湖公司研究的產品。常溫下呈氣態,無色、無臭、不導電、無腐蝕、無環保限制,大氣存留期較短。其滅火機理既有物理作用(分子汽化階段能迅速冷卻火焰溫度),又有化學作用( 中斷燃燒的鏈式反應),滅火速度快,效率高、主動性強,非常適合保護電器、磁介質、文件檔案或價值高的珍品及設備, 并對保護的物品無損害,滅火后不留任何殘留物。七氟丙烷潔凈滅火氣體是國際公認的對人體無害的滅火藥劑,并且氣體釋放壓力小、無毒,很適合經常有人工作的保護區。
414 “Triodide”(取代) 滅火系統
“Triodide”(取代) 滅火劑是最近出現的一種鹵代烷滅火劑的最佳替代物,它可以完全使用鹵代烷滅火系統的設備,而且滅火劑設計濃度比哈龍1301 還低。貯氣瓶低壓存放,存放空間只有哈龍1301 的68 %。“Triodide”對大氣的影響很小,在不能使用鹵代烷滅火劑的國家,如澳大利亞,德國等國政府,均指定“Triodide”為替代哈龍1301 的滅火劑。415 “HCFC/ A”滅火系統“HCFC/ A”是目前國際上技術比較成熟,各項指標較為合理,且有一定推廣價值的哈龍替代氣體滅火系統。“HCFC/ A”滅火劑的化學成份是氫氟代烷混合物( 其中HCFC 22 占82 % ,HCFC 124 占915 % ,HCFC 123 占4175 % , 萜烯占3175 %) 。“HCFC/ A”的滅火機理是通過化學反應和物理降溫來進行滅火。“HCFC/ A”滅火效能高,可替代現有哈龍1301 的滅火系統(用量為1301 的1109 倍,只需更換噴嘴即能在規定時間內噴放所有氣體) 。“HCFC/ A” 溫室效應很高,目前在歐盟國家被禁用。
綜合上述各氣體滅火系統的優缺點,結合目前城市軌道交通中防護區特點( 如體積小,分散,經常有人工作等),較適合的氣體滅火系統有“FM200 ”(七氟丙烷) 、“Trio2 dide”(取代) 和“INERGEN”(煙烙盡),但“Triodide”(取代) 的單價是“FM200 ”(七氟丙烷) 的4 倍,從節省工程投資角度考慮,不宜選用。因此,現階段我國城市軌道交通中比較普遍應用的清潔滅火劑有“INERGEN”和“FM200 ”。
5 工程應用實例
重慶輕軌較新線一期工程全線各保護房間均采用“FM200 ”氣體滅火系統。在氣體滅火介質的選擇上,根據現階段我國城市軌道交通建設的現狀, 就“INERGEN”和“FM200 ”
2 種滅火介質進行了充分的比較和論證。
511 系統宜選擇“潔凈、環保的滅火介質
鑒于鹵代烷系列產品對大氣臭氧層具有明顯的破壞作用,聯合國環境署和世界銀行自90 年代以來,先后組織了世界環保部門和消防部門的工程技術人員極力探索和研制不破壞臭氧層,而且對溫室效應影響較小的鹵代烷替代物 清潔氣體,并從氣體的環保特性和毒理特性兩方面對清潔氣體作了明確的規定,即: 清潔氣體應對環境( 大氣) 無危害,即不破壞臭氧層,要求: ODP ≤0105 ,最好ODP = 0 。不產生溫室效應或溫室效應較小,要求: GWP ≤011(CFC11 的GWP = 110) ;應對人體無毒性危害,或僅有輕微影響,要求:清潔氣體滅火介質的設計滅火濃度小于或等于其NOAEL 值,不得大于其NOAEL 值。
表1 FM200 及INERGEN 的環保、滅火、毒理特性[ 1] 
表1 列舉FM200 及INERGEN 的環保、滅火、毒理特性數據,簡單說明2 類氣體在“潔凈、環保等方面的特點。
FM200 和INERGEN 均為“潔凈、環保類氣體, 均能滿足城市軌道交通消防工程的要求。512 系統選擇應滿足“高效快速以及對人體安全的基本要求從撲滅火災類型上講: FM200 和INERGEN 均能撲滅A 、B 、C 類火災,但都對A 類深位火災效果較差。從撲滅火災的速度及效能上講: FM200 的滅火原理是化學滅火,滅火濃度一般為7 %～10 % ,95 %劑量噴出時間為10 s 之內, 浸漬時間為1～10 min ,相應滅火時間較短。INERGEN 的滅火原理是窒息滅火,滅火濃度一般為3715 %～4215 % , 95 %劑量噴出時間為60 s ,浸漬時間為10～20 min ,其相應衛生安全滅火時間較長。可見, INERGEN 不僅滅火時間比FM200 長,而且由于滅火濃度比FM200 大得多,火災后排除殘余氣體的時間也長,因此FM200 比INERGEN 更能快速有效地撲滅火災。從氣體儲存條件上講: FM200 儲存壓力為2 500 kPa ,INERGEN 為15 000 kPa 。因此, FM200 由于儲存壓力低,相應其泄漏量較小,儲存時間可長達31～42 年內不會變質和分解。INERGEN 由于儲存壓力高,相應其泄漏量較大,對儲存容器要求也高,一般不會變質和分解。但值得一提的是INERGEN 氣體中含有CO2 等對人體有害的物質,尤其在地下車站,火災時這些有害的物質經噴放、泄漏,最后聚集在車站最低處,不能靠自然排除,當濃度增至一定程度時將會對人員產生危害,從而危及消防安全。可見,FM200 較INERGEN 更能安全、高效、快速撲滅火災,保障城市軌道交通的正常運營。
513 系統選擇應考慮“投資經濟、技術合理”的客觀條件從經濟上講: FM200 因氣體組分單一,相應氣體價格便宜得多。INERGEN 需將氮氣、氬氣及二氧化碳進行復雜的混合,相對生產工藝復雜,所以氣體價格昂貴得多。且用氣量大,充裝氣瓶數量多,控制設備多,占地面積及體積自然較大;管道和氣瓶承受壓力大,管材和氣瓶要求高等,因此無論從土建費用、運營管理及維修費用還是從設備購置及安裝費用上講都遠遠高于FM200 。可見, INER2 GEN 在城市軌道交通中工程造價遠遠高于FM200 。
從技術上講: INERGEN 目前國內從設計到施工還無完整的理論依據,只能參考國外的一些規范和企業標準。而FM200 在我國已經由廣東省公安廳消防局、公安部天津消防科學研究所、深圳市公安消防局、國家消防工程技術研究中心等單位制定了廣東省工程建設地方標準《七氟丙烷(HFC2227ea) 潔凈氣體滅火系統設計規范》[2 ,3 ] 。由于其性能與“1301”基本一致,其施工及驗收規范完全可參照“1301”規范執行,因此FM200 從設計到施工驗收均有可靠的技術標準。
下面引用深圳地鐵一期工程典型車站氣體消防綜合投資指標(表2[4 ] 中指標不包括火災自動報警系統的投資),簡單說明我國現階段清潔氣體滅火系統投資的經濟性。
通過上述經濟技術比較,可以清楚地看到,在我國現有的技術經濟條件下, INERGEN 和FM200 應成為我國城市軌道交通中氣體滅火系統的最佳滅火劑。
另外,城市軌道交通建設設備國產化是我國地鐵建設的一項基本方針,國家對此十分重視,現階段我國地鐵建設項目能否立項的一個首要條件就是設備是否國產化。INERGEN 現在還不能完全實現國產化,而FM200 從設備到氣體國內不止一家能生產,符合國家地鐵建設設備國產化的要求。
參考文獻
[ 1 ] 唐祝華. 21 世紀潔凈氣體滅火新技術的開拓、發展與眺望
[J ] . 給水排水,2000 (1) :66～73.
[ 2 ] 廣東省建設委員會. DBJ 1522321999 七氟丙烷(HFC2227ea) 潔凈氣體滅火系統設計規范[ Z] .
[3 ] 中華人民共和國公安部消防局. 消防技術標準規范匯編
[ S] . 北京:中國計劃出版社,1999.
[ 4 ] 陳學民. 深圳地鐵一期工程中氣體滅火系統的選用[J ] . 給水排水,2000 (11) :53～54.
