浅谈城市轨道交通建设中气体灭火系统的选用
摘要: 简要介绍气体灭火系统的特点、发展趋势、选择原则以及二氧化碳、七氟丙烷“INERGEN”(烟烙尽) 等气体灭火系统的特点,针对现阶段我国城市轨道交通建设中气体灭火系统的应用情况,对重庆轻轨较新线一期气体灭火系统灭火剂的选择作了充分的比较和论证, 最终决定采用七氟丙烷气体灭火系统。
关键词: 城市轨道交通;气体灭火系统;七氟丙烷
1 气体灭火系统的特点
气体灭火系统是城市轨道交通建设中非常重要的一部分。它具有高效,快速,对被保护对象无任何影响等优点,它不仅能满足保护贵重设备,还能满足城市轨道交通中对火灾应尽快发现,尽快扑灭,尽快恢复运营的要求, 因此被广泛运用在城市轨道交通的变电所、主变电站、通信机械室、信号机械室及车站综合控制室等重要区域的灭火设计中。
2 气体灭火系统的发展趋势
早在20 世纪80 年代,传统哈龙产品 卤代烷1211 及1301 在我国气体消防行业的应用历史中占有非常重要的地位,目前系统的装备量约占气体灭火系统总装备量的80 %以上。但由于卤代烷灭火剂是破坏大气臭氧层的主要因素, 为了保护人类共同的生存环境,造福子孙后代,随着《关于保护臭氧层的维也纳公约》和《关于破坏臭氧层物质的蒙特利尔议定书》的签署,这标志着淘汰卤代烷灭火剂,开发新型灭火剂已成为大势所趋。
卤代烷灭火剂替代技术发展的一个方面是用已有的其他灭火系统替代它,如采用二氧化碳、水喷雾、泡沫、干粉、气溶胶灭火系统等。这些灭火系统有的存在技术缺陷,尚未形成正式的技术规范和市场等问题;有的尽管技术上较为成熟,但存在难以解决灭火剂的污染问题。另一个发展方向是开发不污染被保护对象、不破坏大气臭氧层、温室效应小、对人体无害的灭火剂,即“洁净气体” 灭火剂和相应的灭火系统,这是当前发展的主流。
3 气体灭火系统的选择原则
(1)ODP 值最小原则,即对臭氧层的耗损最小。
(2) C 值最小原则,即灭火浓度小,灭火剂用量少。
(3) GWP 值最小原则,即温室效应小。
(4)ALT 值最小原则,即在大气中存留期短,潜在危险小。
(5)NOAEL 值最大原则,即毒性低。
(6) 灭火效果较好原则,即浸渍时间短。
6 个原则具体执行时应综合考虑,统筹兼顾,结合具体条件决定。
4 气体灭火系统的选择
我国城市轨道交通中不少被保护房间均以电器设备为主,较分散,它不仅价值高达数千万元,而且控制着整个轨道交通的正常运营,属重点保护对象。火灾属电气火灾,需采用气体灭火系统。对气体灭火介质的选择应考虑洁净、环保、灭火效率高、技术成熟以及对人体安全、投资适度等因素。符合上述条件的气体灭火系统主要“INERGEN”(烟烙尽),有:二氧化碳,“FM200 ”(七氟丙烷), “Triodide”(取代),
“HCFC/ A”(国外称NAFS2 Ⅲ) 等产品。411 二氧化碳灭火系统二氧化碳灭火系统的灭火机理主要是窒息作用,不适用于有人工作的场所,4 %的浓度对人体即有不适感觉,20 %浓度可致死亡,而电子、电气、电缆间设计浓度为47 %。二氧化碳设计浓度大,气瓶占据空间要求大。412 “INERGEN”(烟烙尽) 灭火系统“INERGEN”(烟烙尽) 是由氮气、氩气和二氧化碳52∶ 40∶8 的体积比例混合而成的一种灭火剂,其灭火机理为稀释氧气,窒息灭火。喷放时环境温度变化小且不影响能见度,但在常温贮存压力为15 MPa ,比较容易泄漏。烟烙尽灭火剂本身价格虽只比二氧化碳贵50 % ,但其所需主要设备价格昂贵; 另一方面灭火剂喷放时间不超过60 s ,在此段时间防护区内材料本身将产生很多有害燃烧产物。413 七氟丙烷灭火系统七氟丙烷又称HFC2227ea ,为美国大湖公司研究的产品。常温下呈气态,无色、无臭、不导电、无腐蚀、无环保限制,大气存留期较短。其灭火机理既有物理作用(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),灭火速度快,效率高、主动性强,非常适合保护电器、磁介质、文件档案或价值高的珍品及设备, 并对保护的物品无损害,灭火后不留任何残留物。七氟丙烷洁净灭火气体是国际公认的对人体无害的灭火药剂,并且气体释放压力小、无毒,很适合经常有人工作的保护区。
414 “Triodide”(取代) 灭火系统
“Triodide”(取代) 灭火剂是最近出现的一种卤代烷灭火剂的最佳替代物,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哈龙1301 还低。贮气瓶低压存放,存放空间只有哈龙1301 的68 %。“Triodide”对大气的影响很小,在不能使用卤代烷灭火剂的国家,如澳大利亚,德国等国政府,均指定“Triodide”为替代哈龙1301 的灭火剂。415 “HCFC/ A”灭火系统“HCFC/ A”是目前国际上技术比较成熟,各项指标较为合理,且有一定推广价值的哈龙替代气体灭火系统。“HCFC/ A”灭火剂的化学成份是氢氟代烷混合物( 其中HCFC 22 占82 % ,HCFC 124 占915 % ,HCFC 123 占4175 % , 萜烯占3175 %) 。“HCFC/ A”的灭火机理是通过化学反应和物理降温来进行灭火。“HCFC/ A”灭火效能高,可替代现有哈龙1301 的灭火系统(用量为1301 的1109 倍,只需更换喷嘴即能在规定时间内喷放所有气体) 。“HCFC/ A” 温室效应很高,目前在欧盟国家被禁用。
综合上述各气体灭火系统的优缺点,结合目前城市轨道交通中防护区特点( 如体积小,分散,经常有人工作等),较适合的气体灭火系统有“FM200 ”(七氟丙烷) 、“Trio2 dide”(取代) 和“INERGEN”(烟烙尽),但“Triodide”(取代) 的单价是“FM200 ”(七氟丙烷) 的4 倍,从节省工程投资角度考虑,不宜选用。因此,现阶段我国城市轨道交通中比较普遍应用的清洁灭火剂有“INERGEN”和“FM200 ”。
5 工程应用实例
重庆轻轨较新线一期工程全线各保护房间均采用“FM200 ”气体灭火系统。在气体灭火介质的选择上,根据现阶段我国城市轨道交通建设的现状, 就“INERGEN”和“FM200 ”
2 种灭火介质进行了充分的比较和论证。
511 系统宜选择“洁净、环保的灭火介质
鉴于卤代烷系列产品对大气臭氧层具有明显的破坏作用,联合国环境署和世界银行自90 年代以来,先后组织了世界环保部门和消防部门的工程技术人员极力探索和研制不破坏臭氧层,而且对温室效应影响较小的卤代烷替代物 清洁气体,并从气体的环保特性和毒理特性两方面对清洁气体作了明确的规定,即: 清洁气体应对环境( 大气) 无危害,即不破坏臭氧层,要求: ODP ≤0105 ,最好ODP = 0 。不产生温室效应或温室效应较小,要求: GWP ≤011(CFC11 的GWP = 110) ;应对人体无毒性危害,或仅有轻微影响,要求:清洁气体灭火介质的设计灭火浓度小于或等于其NOAEL 值,不得大于其NOAEL 值。
表1 FM200 及INERGEN 的环保、灭火、毒理特性[ 1] 
表1 列举FM200 及INERGEN 的环保、灭火、毒理特性数据,简单说明2 类气体在“洁净、环保等方面的特点。
FM200 和INERGEN 均为“洁净、环保类气体, 均能满足城市轨道交通消防工程的要求。512 系统选择应满足“高效快速以及对人体安全的基本要求从扑灭火灾类型上讲: FM200 和INERGEN 均能扑灭A 、B 、C 类火灾,但都对A 类深位火灾效果较差。从扑灭火灾的速度及效能上讲: FM200 的灭火原理是化学灭火,灭火浓度一般为7 %～10 % ,95 %剂量喷出时间为10 s 之内, 浸渍时间为1～10 min ,相应灭火时间较短。INERGEN 的灭火原理是窒息灭火,灭火浓度一般为3715 %～4215 % , 95 %剂量喷出时间为60 s ,浸渍时间为10～20 min ,其相应卫生安全灭火时间较长。可见, INERGEN 不仅灭火时间比FM200 长,而且由于灭火浓度比FM200 大得多,火灾后排除残余气体的时间也长,因此FM200 比INERGEN 更能快速有效地扑灭火灾。从气体储存条件上讲: FM200 储存压力为2 500 kPa ,INERGEN 为15 000 kPa 。因此, FM200 由于储存压力低,相应其泄漏量较小,储存时间可长达31～42 年内不会变质和分解。INERGEN 由于储存压力高,相应其泄漏量较大,对储存容器要求也高,一般不会变质和分解。但值得一提的是INERGEN 气体中含有CO2 等对人体有害的物质,尤其在地下车站,火灾时这些有害的物质经喷放、泄漏,最后聚集在车站最低处,不能靠自然排除,当浓度增至一定程度时将会对人员产生危害,从而危及消防安全。可见,FM200 较INERGEN 更能安全、高效、快速扑灭火灾,保障城市轨道交通的正常运营。
513 系统选择应考虑“投资经济、技术合理”的客观条件从经济上讲: FM200 因气体组分单一,相应气体价格便宜得多。INERGEN 需将氮气、氩气及二氧化碳进行复杂的混合,相对生产工艺复杂,所以气体价格昂贵得多。且用气量大,充装气瓶数量多,控制设备多,占地面积及体积自然较大;管道和气瓶承受压力大,管材和气瓶要求高等,因此无论从土建费用、运营管理及维修费用还是从设备购置及安装费用上讲都远远高于FM200 。可见, INER2 GEN 在城市轨道交通中工程造价远远高于FM200 。
从技术上讲: INERGEN 目前国内从设计到施工还无完整的理论依据,只能参考国外的一些规范和企业标准。而FM200 在我国已经由广东省公安厅消防局、公安部天津消防科学研究所、深圳市公安消防局、国家消防工程技术研究中心等单位制定了广东省工程建设地方标准《七氟丙烷(HFC2227ea) 洁净气体灭火系统设计规范》[2 ,3 ] 。由于其性能与“1301”基本一致,其施工及验收规范完全可参照“1301”规范执行,因此FM200 从设计到施工验收均有可靠的技术标准。
下面引用深圳地铁一期工程典型车站气体消防综合投资指标(表2[4 ] 中指标不包括火灾自动报警系统的投资),简单说明我国现阶段清洁气体灭火系统投资的经济性。
通过上述经济技术比较,可以清楚地看到,在我国现有的技术经济条件下, INERGEN 和FM200 应成为我国城市轨道交通中气体灭火系统的最佳灭火剂。
另外,城市轨道交通建设设备国产化是我国地铁建设的一项基本方针,国家对此十分重视,现阶段我国地铁建设项目能否立项的一个首要条件就是设备是否国产化。INERGEN 现在还不能完全实现国产化,而FM200 从设备到气体国内不止一家能生产,符合国家地铁建设设备国产化的要求。
参考文献
[ 1 ] 唐祝华. 21 世纪洁净气体灭火新技术的开拓、发展与眺望
[J ] . 给水排水,2000 (1) :66～73.
[ 2 ] 广东省建设委员会. DBJ 1522321999 七氟丙烷(HFC2227ea) 洁净气体灭火系统设计规范[ Z] .
[3 ] 中华人民共和国公安部消防局. 消防技术标准规范汇编
[ S] . 北京:中国计划出版社,1999.
[ 4 ] 陈学民. 深圳地铁一期工程中气体灭火系统的选用[J ] . 给水排水,2000 (11) :53～54.
