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注氦控氧防火系统综述上海J w Y 标准工作室姜文源天津易可大科技有限公司萧志福 金华市建筑设计院吴冬云提要：注氮控氧防火系统提出了“防火于不燃”的新理念，建立了主动火灾防御体系，开创了消防技术设备新领域．本文就现有灭火系统的不足，防火系统的机理，防火系统的组成、防火系统的应用等方面作出较为详尽的介绍． 关键词：注氮控氧防火系统防火系统低氧氧浓度控制供氮充氮富氮预淹没系统 供氮装置氧浓度探刺器1 概述注氮控氧防火系统是近些年国内研制开发的防火系统，叉称低氧防火系统、氧浓度控制防火系统，供氮防火系统、充氮防火系统、富氮防火系统和预淹没防火系统等它通过供氮装置将空气中的氧、氨分离，向防护区供氮或供低氧气体，使防护区成为可燃物不燃烧、火灾不发生、又对人体无害的环境，这种系统自动化程度高、操作方便、运行可靠，是完全不同于传统灭火系统的防火系统目前国内从事这类防火系统研制开发的单位有：天津易可大科技有限公司、陕西省武警消防总队防火部、西安核设备有限公司卫士消防设备分公司、西安新竹防火救生设备有限公司、中科院大连化学物理研究所无邦膜技术国家工程研究中心等2 0 0 5 年6 月2 9 日中国工程建设标准化协会标准《注氮控氧防火系统技术规范》在天津市通过审查，预期在不久的将来，注氮控氧防火系统在我国将会有更大范围的应用，因此就该系统作一综述是十分必要的。

消防包括“消”和“防”，消防的方针是“防消结合，以防为主”我国的主要消防规范，如《建筑设计防火规范》( 简称《建规》) 和《高层民用建筑设计防火规范》( 简称《高规》) 等，在规范的名称上也十分强调“防火”，强调“防”这个“防”字涵盖了被动防火设旌和主动防火设施两个方面，被动防火设施指建筑物之间的防火间距，建筑物内的防火分区⋯⋯等主动防火设施指各种灭火系统、防烟、排烟和火灾自动报警系统⋯⋯等主动防火设箍究其实质还是在火灾发生以后所作出的反应，它并不能彻底杜绝火灾的发生，不是真正意义上的防火系统真正意义上的防火系统应该是在防护区内没有燃烧、没有火灾，注氮控氧防火系统就是这样的防火系统从根本意义上说，防火系统是针对灭火系统的缺点而研制开发的，传统的灭火系统有许多不足之处2 灭火系统的不足灭火系统经过长期的发展，按灭火剂的不同种类已形成水、泡沫、干粉、气体、化学液体等五大类几十种系统这些灭火系统的应用对保护人身安全和财产，起着十分重要的作用但无可置疑的是．传统的灭火系统有着明显的缺陷和不足，如：l - 被动灭火系统都是在火灾已经发生，而且发展到一定程度后，才会动作这时火灾的损失已不可避免，周时灭火本身也会带来损失，如水溃损失、干粉污染损失等。

2 ．作用有限灭火系统很多只在火灾初期有限一旦贻误时机或者采用气体灭火时防护区密封性遭到破坏，就会导致灭火失败随着当代大量易燃装饰材料的应用使火灾的危险性增大，火灾的蔓延和扩散更趋迅速，因此在一定程度上，灭火系统的可靠性是有限的3 ，安全性有限，在灭火过程中，对人们的安全性要考虑两方面的因素，一是灭火剂的毒性对人的2 9 1影响；另一是火灾对在场人员的生命威胁火灾案例表明，火灾死亡大都是因为吸入有毒烟雾而致，火灾发生的必然性，大量有毒化学物质材料的广泛应用，使火灾对在场人员生命目益构成严重威胁，因而可以认为灭火的安全性也是有限的4 ．环保的相对性灭火系统中，卤代烷1 2 1 l 和1 3 0 1 等逐步限时被淘汰，说明人们对环保的重视，但作为这类灭火剂的替代物，尽管在一定程度上加强了对大气臭氧层的保护，但其中不少产品对环境的破坏依然存在，因此灭火剂和灭火系统对环保的保护，其环保性也是相对的正是由于对灭火系统的质疑，人们开始思考和探索，这就必然引起对主动、积极防火系统企求，这就为真正意义上的防火系统的产生提供了动力，而其他领域上业已成熟的空分法技术在消防领域的应用又为防火系统的问世提供了前提条件。

3 防火系统的机理众所周知，在地球大气层的任何高度．氧气的体积浓度都是2 0 ．9 4 ％，但随着海拔高度的增加，空气的密度和压力逐渐下降，氧气分压也在逐渐下降而经研究发现，在常压、低氧环境中点燃和燃烧过程与低压天然高空环境中的点燃和燃烧过程完全不同在氧浓度为1 6 ％低氧环境中，打火机打不着火，蜡烛不再燃烧，点着的报纸也立即熄灭试验证明，任何火只要引入到这类常压、低氧环境中都会在瞬间熄灭，任何自身不含截氧化学成份的可燃物都不会被点燃常压低氧环境，燃烧得到抑制，防火的目的达到了，但随之带来的问题是人们又关心对人体的呼吸和代谢会有什么影响? 即防火系统的安全性入们还关心在连续低氧环境下的入体反应，为此，有权威性的中国科学院上海生物研究所低氧实验室曾进行过2 4 小时人体低压氧舱的实验实验条件为氧含量1 4 ％相当于海拔高度3 2 0 0 m ，气压5 1 2 m m H g ，受试对象为3 4 岁和2 7 岁男性青年，身体健康，无任何器质性疾病实验结果：在2 4 小时低氧期间，受试对象无任何不良反应，正常活动( 计算机操作和看书、读报) 、三餐饮食正常受试对象血压、心率、血氧饱和度、呼吸频率和每分钟通气量均未见明显变化。

结论是：在上述实验条件下，受试对象未发生身体不良反应并能承受2 4小时连续低压氧舱( 3 2 0 0 m 高度，1 4 ％氧含量) 实验由于条件所限，人体反应实验还未能对不同性别、不同年龄、不同体质、不同情况的人群进行更大量、更多的实验，也未能进行更长时间段的实验．但即使根据已有的实验结果，1 4 ％至1 6 ％的氧含量可以认为对人体基本无害我国的西宁市海拔高度2 2 6 0 m ，拉萨市海拔高度3 6 5 8 m ，各相当于氧含量1 5 ．8 5 ％和1 3 ．2 6 ％，均低于氧含量1 6 ．2 ％，但在西宁或是拉萨的氧含量下，燃烧和火灾仍然发生，因此人们_ i 由自主地发问：在相同氧含量，但海拔高度不同时，燃烧的情况为什么会有不同?对这一现象的解释是：两种压力环境氮分子密度不同，氨分子运动速度慢于氧分子支持点燃烧的可利用能力，使点燃和燃烧受到抑制4 防火系统火灾的定义是在空间和时间上失去控制的燃烧所造成的灾害，而有焰燃烧的的四要素是：可燃物、温度、氧( 氧化剂) 、未受抑制的链式反应控制燃烧四要素中任一要素，即可控制燃烧，抑制火灾在四要素中可燃物客观存在，空间中如果没有可燃物，也就不需要防火、控火和灭火了：温度也是难以控制的。

物质热量的自身积累和某些自燃现象就说明了这～点；来受抑制的链式反应是燃烧已经形成后现象：因此人们能够做的和可以做的就是控制氧的浓度和氧的供应，从而达到抑制燃烧的目的降低氧浓度大致有四种方法；从液氮钢瓶供高纯度氮气，向防护区供氯咀控制氧浓度：向防护区供氨、氧混合气体( 混合气体中氮占8 4 ％、氧占1 6 ％) ；氮、氧分离，去氧供氮；急剧消耗防护区氧气，从而降低氧浓度这些方法中，1 、2 、3 具有现实性，而2 和3 都涉及氮、氧的分离．即空分法空分法即空气分离技术，空气中氧占2 0 ．9 4 ％，氮为7 8 ．0 8 ％，其他( 一氧化碳、二氧化碳等) 约占0 ．9 8 ％，氮是空气的主要成份，氮气的制取往往以空气为原料，将空气中的氮和氧予以分离而获得氮其方法主要有：1 ．深冷空分法利用氮和氧的沸点不同( 氮为一1 9 6 “ C ，氧为一1 8 2 ．8 2 “ C ) ，运用液化，精馏等方法而分离氮和氧这种方法一般用于大规模地制取氮、氧2 ．分子筛空分法根据固体表面吸附理论，运用变压吸附原理，在常温和定压下，把空气分离开将氮富集到9 5 ％以上的纯度这种方法氮的纯度高，天津易可大科技有限公司生产的注氦控氧防火系统采用这种方法。

3 ．膜空分法利用有机高分子膜对各种气体具有不同的渗透能力而进行空气分离的方法具有能耗低、设备简单和不污染环境等优点，但氮的纯度稍低，西北新竹防火救生设备有限公司和诬安核设备有限公司卫士消防分公司生产的主动富氮防火装置和低氧防火系统采用这种方法5 防火系统的组成防火系统由下列组件组成：1 ．供氮装置；2 ．空气压缩机；3 ．氧浓度探测器；4 ．控制组件( 主控制器；紧急报警控制器) ：5 ．管道其中供氮装置和氧浓度探测器是防火系统的主要设备i ) 供氮装置又称氮气发生器、主动富氮防火装置或防火气体发生器供氮装置应能有效、持续不断地向防护区供氮供氮用以防火，供氮纯度不小于9 5 ％，压力不应小于0 ．1 5 M P a ，环境温度为一1 5 ℃～4 0 ℃供氮装置有不同型号，不同的氮气供应量和不同的防护容积，严格意义上，氮气供应量决定于防护区氮气漏失量，而氮气漏失量又决定于防护区的气密性能但目前限于条件，难以做到这点，只能对防护区提出定性要求，即防护区气密性能要求：①防护区围护结构应采用密度较高的建筑材料砌筑，缝隙采用不燃材料封堵：②窗户在防护期间不得开启，其气密性等级不应低于现行国家标准《建筑外窗气密性能分级及检测方法》G B 7 1 0 1 规定的l Ⅱ级水平；③门不应频繁开启，当门需经常开启时，应设置门斗等防气体渗透措施：④防护区门窗开口部位四周应采用密封条及塑料布等加以密封：⑤防护区围护结构不应有孔洞，必须穿越的管道、线槽应有阻断空气对流的措施，应用材料封堵严密：⑥防护区的门应能自行关闭：⑦防护区内气压应高于防护区外。

供氮装置启闭应自动和手动当达到氧浓度上限值时，供氮装置启动，当达到氧浓度下限值时，供氮装置关闭供氮装置应设置在防护区外，但应靠近防护区，距离不宜大于5 0 m ．离外墙不宣小于2 0 0 r a m ，长边宜与外墙平行正面朝外，以便检修，设置位置的地面应平整，空气供给条件应充足，环境应清洁供氮装置和空气压缩机有整体式、联体式和分体式三种小型机组为整体式；中型机组为联体式，2 9 3供氮装置和空气压缩机共用底座；大型机组分为分体式，供氮装置和空气压缩机各分设底座供氮装置一般不设备用机组，当有特殊要求时，可设一台备用机组防护区初次充氮可采用液氮罐( 或液氮钢瓶) 或通过供氯装置注氮，初次充氮时间按建筑物防火要求和防护区容积确定，一般不应大于2 4 h 2 ) 氧浓度探测器氧浓度探测器又称氧气探测器或氧含量探测器氧浓度探测器用于监测防护区空气的氧浓度，采用稳定氧化锆固体电解质金属元件作为氧浓度探测探头，其灵敏度高、无需基准气体，反应速度快，使用寿命长氧浓度探测器用于控制，当防护区氧浓度达到氧浓度上、下限值，能自动启闭供氮装置：氧浓度探测器也用于报警，当防护区氧浓度达到氧浓度高、低值时，系统发出声、光报警信号。

探测器与控制拒连接后，还具有数据输出和远程监控功能为了使氧浓度探测器探测准确，其位置应远离氮气注入口，也应远离防护区出入1 ：3 单个防护区氧浓度探测器一般设置2 个，考虑到1 个损坏时另1 个还能工作，探测器安装位置距地面为1 ．5 m ～1 ．6 m 氧浓度探测器涉及氧浓度上、下限值和氧浓度高、低值的设定有认为应按有人停留场所和无人场所区分，无人场所氧浓度上、下限可低些，如1 4 ．O ％～1 2 ．0 ％或1 2 ．0 ％～1 0 ．o ％；有人停留场所氧浓度上、下限值应高些，如1 6 ％～1 5 ％或1 6 ％～1 4 ％等有认为氧浓度应按建筑物性质、重要性和建筑标准来区分建议一般公共场所( 计算机房、普通博物馆、图书馆等) 按1 6 ％～1 5 ％；要求特级防火保护场所( 国家级博物馆、国家级文物档案馆、电信移动枢纽等) 按1 5 ％～1 4 ％；对于人员仅短时间停留豹重要场所( 档案馆、资料库等) 按1 4 ％～1 2 ％也有人认为氧浓度控制应与海拔高度有关，舫火系统一般可适用于海拔高度≤5 0 0 m 的地区，高原地区应慎重使用对于高原地区氧浓度上、下限值的设定，应在另行进行火焰与氧浓度关系曲线的测定后确定。

3 ) 控制组件控制组件包括主控制件和紧急报警／控制器主控制器应设置在防护区内带氧浓度显示的紧。