淺談城市軌道交通建設(shè)中氣體滅火系統(tǒng)的選用

摘要: 　簡(jiǎn)要介紹氣體滅火系統(tǒng)的特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)、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(tǒng)的特點(diǎn),針對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)城市軌道交通建設(shè)中氣體滅火系統(tǒng)的應(yīng)用情況,對(duì)重慶輕軌較新線一期氣體滅火系統(tǒng)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(tǒng)。
關(guān)鍵詞: 　城市軌道交通;氣體滅火系統(tǒng);七氟丙烷
1 　氣體滅火系統(tǒng)的特點(diǎn)
氣體滅火系統(tǒng)是城市軌道交通建設(shè)中非常重要的一部分。它具有高效,快速,對(duì)被保護(hù)對(duì)象無(wú)任何影響等優(yōu)點(diǎn),它不僅能滿足保護(hù)貴重設(shè)備,還能滿足城市軌道交通中對(duì)火災(zāi)應(yīng)盡快發(fā)現(xiàn),盡快撲滅,盡快恢復(fù)運(yùn)營(yíng)的要求, 因此被廣泛運(yùn)用在城市軌道交通的變電所、主變電站、通信機(jī)械室、信號(hào)機(jī)械室及車(chē)站綜合控制室等重要區(qū)域的滅火設(shè)計(jì)中。
2 　氣體滅火系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
早在20 世紀(jì)80 年代,傳統(tǒng)哈龍產(chǎn)品 鹵代烷1211 及1301 在我國(guó)氣體消防行業(yè)的應(yīng)用歷史中占有非常重要的地位,目前系統(tǒng)的裝備量約占?xì)怏w滅火系統(tǒng)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(hù)人類(lèi)共同的生存環(huán)境,造福子孫后代,隨著《關(guān)于保護(hù)臭氧層的維也納公約》和《關(guān)于破壞臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)》的簽署,這標(biāo)志著淘汰鹵代烷滅火劑,開(kāi)發(fā)新型滅火劑已成為大勢(shì)所趨。

鹵代烷滅火劑替代技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方面是用已有的其他滅火系統(tǒng)替代它,如采用二氧化碳、水噴霧、泡沫、干粉、氣溶膠滅火系統(tǒng)等。這些滅火系統(tǒng)有的存在技術(shù)缺陷,尚未形成正式的技術(shù)規(guī)范和市場(chǎng)等問(wèn)題;有的盡管技術(shù)上較為成熟,但存在難以解決滅火劑的污染問(wèn)題。另一個(gè)發(fā)展方向是開(kāi)發(fā)不污染被保護(hù)對(duì)象、不破壞大氣臭氧層、溫室效應(yīng)小、對(duì)人體無(wú)害的滅火劑,即“潔凈氣體” 滅火劑和相應(yīng)的滅火系統(tǒng),這是當(dāng)前發(fā)展的主流。
3 　氣體滅火系統(tǒng)的選擇原則
(1)ODP 值最小原則,即對(duì)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(yīng)小。

(4)ALT 值最小原則,即在大氣中存留期短,潛在危險(xiǎn)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(shí)間短。

6 個(gè)原則具體執(zhí)行時(shí)應(yīng)綜合考慮,統(tǒng)籌兼顧,結(jié)合具體條件決定。
4 　氣體滅火系統(tǒng)的選擇
我國(guó)城市軌道交通中不少被保護(hù)房間均以電器設(shè)備為主,較分散,它不僅價(jià)值高達(dá)數(shù)千萬(wàn)元,而且控制著整個(gè)軌道交通的正常運(yùn)營(yíng),屬重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。火災(zāi)屬電氣火災(zāi),需采用氣體滅火系統(tǒng)。對(duì)氣體滅火介質(zhì)的選擇應(yīng)考慮潔凈、環(huán)保、滅火效率高、技術(shù)成熟以及對(duì)人體安全、投資適度等因素。符合上述條件的氣體滅火系統(tǒng)主要“INERGEN”(煙烙盡),有:二氧化碳,“FM200 ”(七氟丙烷), “Triodide”(取代),
“HCFC/ A”(國(guó)外稱NAFS2 Ⅲ) 等產(chǎn)品。411 　二氧化碳滅火系統(tǒng)二氧化碳滅火系統(tǒng)的滅火機(jī)理主要是窒息作用,不適用于有人工作的場(chǎng)所,4 %的濃度對(duì)人體即有不適感覺(jué),20 %濃度可致死亡,而電子、電氣、電纜間設(shè)計(jì)濃度為47 %。二氧化碳設(shè)計(jì)濃度大,氣瓶占據(jù)空間要求大。412 　“INERGEN”(煙烙盡) 滅火系統(tǒng)“INERGEN”(煙烙盡) 是由氮?dú)?、氬氣和二氧化?2∶ 40∶8 的體積比例混合而成的一種滅火劑,其滅火機(jī)理為稀釋氧氣,窒息滅火。噴放時(shí)環(huán)境溫度變化小且不影響能見(jiàn)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(jià)格雖只比二氧化碳貴50 % ,但其所需主要設(shè)備價(jià)格昂貴; 另一方面滅火劑噴放時(shí)間不超過(guò)60 s ,在此段時(shí)間防護(hù)區(qū)內(nèi)材料本身將產(chǎn)生很多有害燃燒產(chǎn)物。413 　七氟丙烷滅火系統(tǒng)七氟丙烷又稱HFC2227ea ,為美國(guó)大湖公司研究的產(chǎn)品。常溫下呈氣態(tài),無(wú)色、無(wú)臭、不導(dǎo)電、無(wú)腐蝕、無(wú)環(huán)保限制,大氣存留期較短。其滅火機(jī)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(xué)作用( 中斷燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)),滅火速度快,效率高、主動(dòng)性強(qiáng),非常適合保護(hù)電器、磁介質(zhì)、文件檔案或價(jià)值高的珍品及設(shè)備, 并對(duì)保護(hù)的物品無(wú)損害,滅火后不留任何殘留物。七氟丙烷潔凈滅火氣體是國(guó)際公認(rèn)的對(duì)人體無(wú)害的滅火藥劑,并且氣體釋放壓力小、無(wú)毒,很適合經(jīng)常有人工作的保護(hù)區(qū)。

414 　“Triodide”(取代) 滅火系統(tǒng)
“Triodide”(取代) 滅火劑是最近出現(xiàn)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(tǒng)的設(shè)備,而且滅火劑設(shè)計(jì)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 %?！癟riodide”對(duì)大氣的影響很小,在不能使用鹵代烷滅火劑的國(guó)家,如澳大利亞,德國(guó)等國(guó)政府,均指定“Triodide”為替代哈龍1301 的滅火劑。415 　“HCFC/ A”滅火系統(tǒng)“HCFC/ A”是目前國(guó)際上技術(shù)比較成熟,各項(xiàng)指標(biāo)較為合理,且有一定推廣價(jià)值的哈龍?zhí)娲鷼怏w滅火系統(tǒng)。“HCFC/ A”滅火劑的化學(xué)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 %) ?！癏CFC/ A”的滅火機(jī)理是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)和物理降溫來(lái)進(jìn)行滅火。“HCFC/ A”滅火效能高,可替代現(xiàn)有哈龍1301 的滅火系統(tǒng)(用量為1301 的1109 倍,只需更換噴嘴即能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)噴放所有氣體) ?！癏CFC/ A” 溫室效應(yīng)很高,目前在歐盟國(guó)家被禁用。
綜合上述各氣體滅火系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合目前城市軌道交通中防護(hù)區(qū)特點(diǎn)( 如體積小,分散,經(jīng)常有人工作等),較適合的氣體滅火系統(tǒng)有“FM200 ”(七氟丙烷) 、“Trio2 dide”(取代) 和“INERGEN”(煙烙盡),但“Triodide”(取代) 的單價(jià)是“FM200 ”(七氟丙烷) 的4 倍,從節(jié)省工程投資角度考慮,不宜選用。因此,現(xiàn)階段我國(guó)城市軌道交通中比較普遍應(yīng)用的清潔滅火劑有“INERGEN”和“FM200 ”。
5 　工程應(yīng)用實(shí)例
重慶輕軌較新線一期工程全線各保護(hù)房間均采用“FM200 ”氣體滅火系統(tǒng)。在氣體滅火介質(zhì)的選擇上,根據(jù)現(xiàn)階段我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的現(xiàn)狀, 就“INERGEN”和“FM200 ”
2 種滅火介質(zhì)進(jìn)行了充分的比較和論證。

511 　系統(tǒng)宜選擇“潔凈、環(huán)保的滅火介質(zhì)
鑒于鹵代烷系列產(chǎn)品對(duì)大氣臭氧層具有明顯的破壞作用,聯(lián)合國(guó)環(huán)境署和世界銀行自90 年代以來(lái),先后組織了世界環(huán)保部門(mén)和消防部門(mén)的工程技術(shù)人員極力探索和研制不破壞臭氧層,而且對(duì)溫室效應(yīng)影響較小的鹵代烷替代物 清潔氣體,并從氣體的環(huán)保特性和毒理特性兩方面對(duì)清潔氣體作了明確的規(guī)定,即: 清潔氣體應(yīng)對(duì)環(huán)境( 大氣) 無(wú)危害,即不破壞臭氧層,要求: ODP ≤0105 ,最好ODP = 0 。不產(chǎn)生溫室效應(yīng)或溫室效應(yīng)較小,要求: GWP ≤011(CFC11 的GWP = 110) ;應(yīng)對(duì)人體無(wú)毒性危害,或僅有輕微影響,要求:清潔氣體滅火介質(zhì)的設(shè)計(jì)滅火濃度小于或等于其N(xiāo)OAEL 值,不得大于其N(xiāo)OAEL 值。
表1 　FM200 及INERGEN 的環(huán)保、滅火、毒理特性[ 1]

表1 列舉FM200 及INERGEN 的環(huán)保、滅火、毒理特性數(shù)據(jù),簡(jiǎn)單說(shuō)明2 類(lèi)氣體在“潔凈、環(huán)保等方面的特點(diǎn)。
FM200 和INERGEN 均為“潔凈、環(huán)保類(lèi)氣體, 均能滿足城市軌道交通消防工程的要求。512 　系統(tǒng)選擇應(yīng)滿足“高效快速以及對(duì)人體安全的基本要求從撲滅火災(zāi)類(lèi)型上講: FM200 和INERGEN 均能撲滅A 、B 、C 類(lèi)火災(zāi),但都對(duì)A 類(lèi)深位火災(zāi)效果較差。從撲滅火災(zāi)的速度及效能上講: FM200 的滅火原理是化學(xué)滅火,滅火濃度一般為7 %～10 % ,95 %劑量噴出時(shí)間為10 s 之內(nèi), 浸漬時(shí)間為1～10 min ,相應(yīng)滅火時(shí)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(shí)間為60 s ,浸漬時(shí)間為10～20 min ,其相應(yīng)衛(wèi)生安全滅火時(shí)間較長(zhǎng)。可見(jiàn), INERGEN 不僅滅火時(shí)間比FM200 長(zhǎng),而且由于滅火濃度比FM200 大得多,火災(zāi)后排除殘余氣體的時(shí)間也長(zhǎng),因此FM200 比INERGEN 更能快速有效地?fù)錅缁馂?zāi)。從氣體儲(chǔ)存條件上講: FM200 儲(chǔ)存壓力為2 500 kPa ,INERGEN 為15 000 kPa 。因此, FM200 由于儲(chǔ)存壓力低,相應(yīng)其泄漏量較小,儲(chǔ)存時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)31～42 年內(nèi)不會(huì)變質(zhì)和分解。INERGEN 由于儲(chǔ)存壓力高,相應(yīng)其泄漏量較大,對(duì)儲(chǔ)存容器要求也高,一般不會(huì)變質(zhì)和分解。但值得一提的是INERGEN 氣體中含有CO2 等對(duì)人體有害的物質(zhì),尤其在地下車(chē)站,火災(zāi)時(shí)這些有害的物質(zhì)經(jīng)噴放、泄漏,最后聚集在車(chē)站最低處,不能靠自然排除,當(dāng)濃度增至一定程度時(shí)將會(huì)對(duì)人員產(chǎn)生危害,從而危及消防安全?？梢?jiàn),FM200 較INERGEN 更能安全、高效、快速撲滅火災(zāi),保障城市軌道交通的正常運(yùn)營(yíng)。

513 　系統(tǒng)選擇應(yīng)考慮“投資經(jīng)濟(jì)、技術(shù)合理”的客觀條件從經(jīng)濟(jì)上講: FM200 因氣體組分單一,相應(yīng)氣體價(jià)格便宜得多。INERGEN 需將氮?dú)狻鍤饧岸趸歼M(jìn)行復(fù)雜的混合,相對(duì)生產(chǎn)工藝復(fù)雜,所以氣體價(jià)格昂貴得多。且用氣量大,充裝氣瓶數(shù)量多,控制設(shè)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(wú)論從土建費(fèi)用、運(yùn)營(yíng)管理及維修費(fèi)用還是從設(shè)備購(gòu)置及安裝費(fèi)用上講都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于FM200 。可見(jiàn), INER2 GEN 在城市軌道交通中工程造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于FM200 。
從技術(shù)上講: INERGEN 目前國(guó)內(nèi)從設(shè)計(jì)到施工還無(wú)完整的理論依據(jù),只能參考國(guó)外的一些規(guī)范和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。而FM200 在我國(guó)已經(jīng)由廣東省公安廳消防局、公安部天津消防科學(xué)研究所、深圳市公安消防局、國(guó)家消防工程技術(shù)研究中心等單位制定了廣東省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)《七氟丙烷(HFC2227ea) 潔凈氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2 ,3 ] 。由于其性能與“1301”基本一致,其施工及驗(yàn)收規(guī)范完全可參照“1301”規(guī)范執(zhí)行,因此FM200 從設(shè)計(jì)到施工驗(yàn)收均有可靠的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
下面引用深圳地鐵一期工程典型車(chē)站氣體消防綜合投資指標(biāo)(表2[4 ] 中指標(biāo)不包括火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的投資),簡(jiǎn)單說(shuō)明我國(guó)現(xiàn)階段清潔氣體滅火系統(tǒng)投資的經(jīng)濟(jì)性。
通過(guò)上述經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較,可以清楚地看到,在我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下, INERGEN 和FM200 應(yīng)成為我國(guó)城市軌道交通中氣體滅火系統(tǒng)的最佳滅火劑。
另外,城市軌道交通建設(shè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化是我國(guó)地鐵建設(shè)的一項(xiàng)基本方針,國(guó)家對(duì)此十分重視,現(xiàn)階段我國(guó)地鐵建設(shè)項(xiàng)目能否立項(xiàng)的一個(gè)首要條件就是設(shè)備是否國(guó)產(chǎn)化。INERGEN 現(xiàn)在還不能完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,而FM200 從設(shè)備到氣體國(guó)內(nèi)不止一家能生產(chǎn),符合國(guó)家地鐵建設(shè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的要求。
參考文獻(xiàn)
[ 1 ] 　唐祝華. 21 世紀(jì)潔凈氣體滅火新技術(shù)的開(kāi)拓、發(fā)展與眺望
[J ] . 給水排水,2000 (1) :66～73.
[ 2 ] 　廣東省建設(shè)委員會(huì). DBJ 1522321999 　七氟丙烷(HFC2227ea) 潔凈氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[ Z] .
[3 ] 　中華人民共和國(guó)公安部消防局. 消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范匯編
[ S] . 北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,1999.
[ 4 ] 　陳學(xué)民. 深圳地鐵一期工程中氣體滅火系統(tǒng)的選用[J ] . 給水排水,2000 (11) :53～54.