浅析我国地铁车站气体灭火系统的选择与应用.docx

浅析我国地铁车站气体灭火系统的选择与应用 丁远见(中铁隧道勘测设计院有限公司河南洛阳471009)摘 要 根据地铁火灾的特点和对气体灭火系统的要求 ,分析了当前几种哈龙替代品的灭火机理 、 性能特点及各自优缺点 ,对目前适用于地铁工程的 FM200 、INERGEN 从五个方面进行了比较 ,并介绍了它们在国内地铁的应用情况和存在的问题 关键词 地铁车站 气体灭火系统 选择 应用随着我国经济实力的不断增强和城市交通的压力 ,许多城市正在兴建或筹建地铁 根据估算 ,未来 三十年内 ,全球用于地铁建设的投资将有四分之三在中国 ,可以说我国已进入地铁建设高速发展阶段 如何构建一套简单 、 高效 、 实用的消防体系 ,对地铁 的安全运行以及人员设备的保护具有重要意义 而 一个完善的地铁消防体系应主要包括消火栓灭火系 统 、 气体灭火系统 、 灭火器系统以及与之相配套的火 灾自动报警系统 、 防排烟系统等 本文仅就其中的 气体灭火系统作一介绍 气体灭火系统作为地铁消 防体系的重要组成部分 ,负责保护着车站高低压室 、 变配电室 、 综合控制室 、 通信机械室 、 信号机械室等 重要设备用房的安全 。

这些房间中所安装的变配 电 、 控制 、 通讯等设备不但价值昂贵 ,而且如果发生 意外火灾事故 ,将直接影响整个地铁的运行 ,从而造 成无法估计的经济损失和社会影响 因此必须选择 合适的气体灭火系统 ,以便在发生火灾时能够迅速 地扑灭并尽可能快地恢复地铁运行 ,将损失减少到 最低限度 1地铁对气体灭火系统的要求 地铁是一个相对封闭的地下建筑 ,其空间连续 性强 ,防火分隔困难 一旦发生火灾极易产生高温 高烟 ,灭火困难 ;又由于人流量大 、 设备繁多 ,使得人 员疏散和设备保护都很困难 从国内外地铁所发生 的火灾情况来看 ,造成的人员伤亡和经济损失都很 惨重 ,社会影响也很大 但分析起火原因 ,基本上都 属于电气火灾 ,或者是由于电气线路着火引起的其 他类型火灾 ,而其中大多数又都发生在上述所列的 气体保护房间中 由此不难看出 ,地铁对消防设施 的要求是很严格的 结合地铁工程特点和众多火灾 实例 ,笔者认为地铁气体灭火系统应满足以下要求 :① 灭火迅速 ,效率高 ,事故后易于清除整理 ,能 尽快地恢复地铁运行 ,将损失减少到最低限度 ; ② 灭火剂不导电 ,不会产生对设备有侵蚀的衍生物 ,避免造成二次损失 ; ③ 无毒无味无烟 ,对人无危害 ; ④ 不破坏臭氧层 ,不会产生温室效应 ;⑤ 系统造价经济合理 ,运行安全可靠 。

2 气体灭火系统的选择 纵览国内外气体灭火系统的研制应用情况 ,目 前已经投入使用的有几十种之多 ,这些系统的硬件 设备大体上都是由钢瓶 、 管网 、 喷射装置 、 阀体等组 成 ,但由于各系统所采用的灭火药剂不同 ,相应的灭 火机理 、 灭火特点 、 系统组成则又有很大差异 ,因此 一般都是从灭火药剂的角度来分析灭火系统的 目 前国际上公认的技术比较成熟 、 各项指标较为合理 , 应用 相 对 广 泛 的 有 1301 、CO2 、NAFS - Ⅲ、Triodide 、 FM200 、INERGEN 等几种 ,下面逐一进行分析比较 2 . 11301 气体灭火系统1301 即三氟一溴甲烷 ( CF3Br) , 属 卤 代 烷 的 一 种 ,俗称哈龙 1301 灭火剂 其灭火机理是化学反应 灭火 ,它通过抑制燃烧的化学反应过程来中断燃烧 链从而达到迅速灭火的目的 该灭火剂具有不导 电 、 挥发快 、 无残留物 、 灭火效率高 、 扑灭火灾类型较 广等优点 迄今为止 ,它仍被认为是灭火效率最高 、 灭火效 果 最 好 的 一 种 灭 火 剂 20 世 纪 90 年 代 之 前 ,我国地铁中采用的基本都是 1301 灭火系统 。

但 众所周知 ,卤代烷是造成大气层臭氧空洞的罪魁祸 首 ,西方发达国家已于 1994 年开始禁止生产和安装 哈龙 1301 灭火剂及灭火系统 ,我国也已将其列为淘 汰产品 根据公安部有关规定 ,地铁作为 “非必要场 所”,亦被禁止使用哈龙 1301 灭火系统 2 . 2CO2 气体灭火系统CO2 灭火机理主要是窒息作用 该系统具有结 构简单 、 安全性好 、 灭火剂价廉等优点 但当空气中 CO2 浓度达到 4 %时人体既有不适感觉 ,20 %时可致 人死亡 ,而一般电气房间设计浓度为 40 % , 设计浓隧道建设第 24 卷22度远远超过人体承受能力 ,因而不适用于经常有人场所 另外气瓶间空间要求大 ,气体泄漏和误喷对 人体有窒息作用 该气体比重大 ,沉积在地下深处 , 不易排除 ,在地铁客流量大的公共场所易造成二次 灾害 故在地铁车站不宜使用 2 . 3 NAFS - Ⅲ 气体灭火系统NAFS - Ⅲ灭火剂无色无味 、 不导电 , 属化学灭 火方式 灭火效率很高 ,对环境不会构成严重影响 物理特性接近 1301 ,可直接代替现有哈龙灭火系统 而无须对现有装置做任何重要更改 。

因而在国外哈 龙系统改造工程中使用较多 但其本身低毒性 ,而 且在灭火过程中分解产生对人体有毒的气体 ,与其 他气体灭火剂相比 ,扑灭同样规模的一场火所产生 的有毒气体要明显高于其他灭火剂1 因此在地铁 工程中不宜使用 2 . 4 Triodide 气体灭火系统Triodide 是最近出现的一种哈龙替代品 ,灭火机 理是化学作用 (通过催化剂反应使引起燃烧的化学 链断裂 ,达到灭火效果) 灭火效率高 ,速度快 ,挥发 性好 ,毒性低 ,对大气的影响很小 它可以完全使用 卤代烷 灭 火 系 统 的 设 备 , 而 且 灭 火 剂 设 计 浓 度 比1301 还低 ,储气瓶低压存放 ,存放空间只有 1301 的68 % 在不能使用卤代烷灭火剂的国家如德国 、 澳 大利亚等被指定为替代 1301 的灭火剂2 但其价 格昂贵 ,是 FM200 的 4 倍 ,而且我国目前尚不具备生 产这种气体的能力 ,因此在地铁工程中暂不推荐使 用 2 . 5 FM200 气体灭火系统FM200 定 名 为 七 氟 丙 烷 ( HFC - 227ea ) , 是 碳 、 氟 、 氢的化合物 。

灭火机理既有物理灭火 (分子汽化 阶段能迅速冷却火焰温度) 又有化学作用 (中断燃烧 的链式反应) 其性能特点近似与 1301 , 在有人场 所比 1301 更安全 ,是第一代哈龙替代品中综合性能 最好且应用条件最成熟的灭火剂 它具有以下几个 特点 :①环保无污染 可低压液化储存 ,喷放后能全 部气化 ,无污渍 ,无痕迹 ,无色无味 对大气臭氧层 无破坏作用 (ODP = 0) ,大气存留时间较短 (ALT = 31 ～42 年) ,但有一定的温室效应 ( GWP = 2050) ② 灭火效率高 沸点低 ,汽化快 ,分布均匀 ,灭 火浓度低 ,灭火时间短 ,主动性强 ③ 灭火后无固 、 液相残留物 ,不导电 ,非常适合 保护电器等设备 ; 毒性比 1301 低 ,在正常设计灭火浓度下 ,对保护物品和人体基本无损害 ④储存空间小 ,管网工作压力低 ,对管道设备 无特殊要求 ⑤ 不能灭固体深位火灾 ;根据英国 LPC 实验室试验 ,按厂家提出的 7 %灭火浓度灭 A 类火时有复 燃现象 根据以上特点可以看出 FM200 适用于地铁工 程 ,另外它在美国 、 香港使用较多 ,原因是哈龙系统 淘汰时只须更换气体 ,不须废除整个哈龙系统 ,故在 改建工程中应用较多 。

2 . 6 INERGEN 气体灭火系统INERGEN 又称 IG - 541 ( 中文译名 “烟烙尽”) , 是由 52 %氮气 (N2 ) 、40 %氩气 (Ar) 和 8 %二氧化碳 (CO2) 三种气体混合而成的灭火剂 其灭火属物理 灭火方式 该药剂释放后以稀释方式将保护空间的 氧气浓度由 21 %降到 1215 % (当氧气浓度降到 15 % 以下时大多数普通可燃物即停止燃烧) 从而使燃烧 之火被扑灭 ;同时把保护空间的 CO2 浓度上升到大 约 4 % ,CO2 浓度的增大加快了人体呼吸速率和吸收 氧气的能力 ,即用 CO2 来刺激人体更深和更快的呼 吸来补偿环境气氛中的较低的氧气浓度 ; 另外 , IN2ERGEN 中的 Ar 将加强 INERGEN 气体在保护区内的 流动 、 从而进一步提高灭火效率 INERGEN 具有以 下几个特点 :① 对大气环境无危害 因为 INERGEN 的释放 只是氮气 、 氩气和二氧化碳这几种天然气体回归大 自然 ,故它不会破坏大气臭氧层 (ODP = 0) , 不会产 生温室效应 ( GWP = 0) ,也不会产生长久影响大气寿 命的化学物质 (ALT = 0) 。

②对人体无毒性危害 INERGEN 本来是医用 的 “输气产品”,在规定的浓度范围内使用 ,对人体是 无窒息 、 无毒的 它本身不含有毒成分 ,火灾后也不 会产生有毒物质 另外 INERGEN 气体以气态储存 , 在全喷放时并不形成浓雾使视野不清 ,可确保逃生 时能清楚地看到任何紧急逃生门 因而它特别适于 有人停留的灭火场所 ③对保护空间财产无损害 INERGEN 是以压 缩气体方式储存而并非液态储存 ,在它喷放时环境 温度变化不超过 10C ,所以可预防灭火剂冷凝到设 备表面上 ,同时 , INERGEN 降低了保护空间的湿度 ,提高了室内气体的绝缘性 因而其灭火功效时间较 长 ,火灾损失率低 对仪器设备等不会产生腐蚀或 其他不良影响 在毒性上较其他产品有不可替代的 优越性 第 4 期丁远见浅析我国地铁车站气体灭火系统的选择与应用23④ 与氢氟烃类灭火剂相比它要有更多的储存钢 瓶和更粗的喷放管道 ,对钢瓶和减压阀前的管道 、 阀 门的压力及安全要求都较高 ⑤ 由于灭火所需浓度高 ,因而排放持续时间约 为 1～2 分钟 ,这使得该类药剂在某些火灾蔓延较快 的场合中使用受到限制 。

INERGEN 是一种有效的灭火剂 ,它能用于多种 类型的火灾 ,尤其是对扑灭那些必须或希望使用不 导电的药剂 ,使用其它药剂而出现清洗问题以及防 护区内经常有人工作并要求无毒药剂的防护区的火 灾时特别有用 由于其特性与地铁要求的灭火条件 非常吻合 ,并明显优于其他气体灭火系统 ,故已被广 泛用于地铁工程 ,如新加坡地铁 、 雅典地铁 、 纽约中 心地铁 、 伦敦机场地铁等 综合比较上述几种灭火剂 ,目前适合于地铁工 程的只有 FM200 、INERGEN 两种气体灭火系统 根 据地铁要求 ,从以下五个方面对二者做一简单比较 : ①灭火性能 : 衡量灭火性能应从灭火效率 、 灭 火时间 、 灭火效果三个方面进行考察 , FM200 的灭火 效率较高 ; INERGEN 的灭火效果较好 ; 灭火时间方 面 ,根据美国保险商实验室 (UL) 所做的对 A 、B 类火 灾灭火实验 ,两者各有优势 综合分析在灭火性能 上两者相差无几 ② 环保 : INERGEN 的破坏臭氧层潜能值 ODP 、温室效应潜能值 GWP 和大气中存活寿命 ALT 三项 指标均为零 ,而 FM200 虽 ODP 为零 ,但有一定的温 室效应 ( GWP = 2050) ,大气中存留时间较长 (ALT = 31～42 年) 。

可以说在环保方面 INERGEN 明显优于FM200 ③安全 :在设计浓度范围内 ,两者对人体都是 安全的 但 FM200 在高温条件下易分解产生剧毒 物氢氟酸 ,有刺鼻。