浅谈气体灭火系统在电气火灾中的应用

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摘 要:

近几年来，气体灭火在消防技术领域中发挥着越来越重要的作用。因其扑灭固、液、气体和电气火灾安全、有效、清洁，被广泛地运用于室内消防灭火中，尤其是高层建筑的计算机房、通信机房、档案库、珍藏库、柴油发电机房、高低压配电室等重要场所。

关键词:气体灭火系统洁净气体灭火系统气溶胶气体灭火系统电气火灾

中图分类号：S762文献标识码： A

气体灭火系统是以化学气体或惰性气体为组份的灭火剂与火灾探测报警系统相配合组成的以扑灭各类火灾为目的的自动灭火系统。相比传统的广泛应用于扑灭固体可燃物的水灭火系统，气体灭火系统具有灭火效率高、速度快且灭火后对物品不损坏、无污染、无痕迹等优势。按照灭火剂的物理状态，气体灭火系统可以分为非液化气体灭火系统和液化气体灭火系统。非液化气体灭火系统主要为各种惰性气体灭火系统，常见的灭火剂有烟烙尽、氮气等；液化气体灭火系统灭火剂具有较低的蒸汽压和较高的沸点，常见的灭火剂有二氧化碳、卤代烃等。

气体灭火技术的原理同其他灭火方法一样需要破坏燃烧四面体中的任何一面或几面以达到灭火的效果，主要有物理灭火方式和化学灭火方式两种方式，其中物理灭火方式一般需要较大量的灭火剂，通过将燃烧四面体的一方面或两方面与其他方面隔离开，冷却着火区域，降低火灾区域温度，减少着火区域的氧气含量，隔离燃料等方法使火灾现场的燃烧无法进行下去，从而达到灭火效果到灭火效果；化学灭火一般需要较小量的灭火剂，就是直接参与燃烧的化学反应通过破坏燃烧过程中的不受控制的化学链反应，从而达到灭火效果。气体灭火剂良好的电气绝缘性能使得气体灭火系统在带电设备与电气线路等电气火灾中应用尤为广泛。

1 常用气体灭火系统

1.1洁净气体灭火系统

所谓洁净气体，就是指美国国家防火协会( NFPA) 所制定的标准NFPA2001中规定的一系列气态、不导电、易挥发且无残留物的洁净药剂所产生的气体。洁净气体灭火剂具有蒸发后不留残渣(洁净)、对臭氧层的耗损潜能值 ( ODP ) 小、灭火性能好、低毒或无毒、温室效应潜能值（GWP）小以及良好的气相电绝缘性等特点。［2］

随着蒙特利尔协议的实施，洁净气体灭火系统作为替代传统哈龙灭火剂――卤代烷1211及1301的一种重要的灭火技术，越来越受到人们的重视。它是一种物理灭火方式，其灭火机理是通过降低火灾区域内空气中氧的浓度，减少燃烧条件而达到灭火效果。目前，主要有烟烙尽（IG541）、七氟丙烷（FM200）、三氟甲烷（FE13）和二氧化碳（CO2）这几种灭火剂。其中，烟烙尽（IG541）、七氟丙烷（FM200）这两种应用较为广泛。

1.1.1烟烙尽（IG541）

（1）组成及灭火机理

IG- 541 灭火系统采用的 IG- 541 混合气体灭火剂是由大气层中的氮气(N2)、氩气(Ar)和二氧化碳(CO2)三种气体以52%、40%、8%的比例混合而成的一种灭火剂。IG541 气体灭火系统由报警控制子系统和管网子系统两部分组成。IG541混合气体灭火机理属于物理灭火方式。它通过释放混合气体后将氧气浓度降低到不能支持燃烧来扑灭火灾。［3］

（2）优缺点

IG541气体灭火剂是一种无色、无味、无毒不导电的惰性气体的混合体，对大气臭氧层没有损耗，对环境影响甚微，能够长久保持灭火所需的浓度，从而快速有效地扑灭火灾，且灭火过程清洁，灭火后不留痕迹，对人体无毒，适用于长期有人停留的场所。此外，因其不导电的特性，对电气设备、资料等的损害小，IG541气体灭火剂适用于扑救A类表面火灾，B、C类及电气火灾，并且灭火效果优良。然而，IG541气体灭火系统也存在着灭火剂、储瓶数量多，占地面积大的缺点，且因其属于高压储存，火灾释放时噪音大，容易造成围护结构和被保护物的损害。

1.1.2七氟丙烷（FM200）

（1）组成及灭火机理

七氟丙烷又称 FM-200 或者 HFC-227ea，是 HFC的一种。是一种化学灭火剂，常温下为气态，无色无味、不导电，无蚀、无环保限制，低毒，不破坏大气臭氧层，大气残留时间较短。七氟丙烷气体灭火系统分为有管网和无管网(柜式)两种。其中，有管网系统适用于一个建筑物中有多个防护区需要保护的场所，无管网(柜式)系统适用于一个建筑物中只有一个防护区需要保护或有多个防护区需要保护，但防护区之间距离较远，不宜采用有管网系统的场所。

七氟丙烷是一种以化学灭火为主，兼有物理灭火作用的洁净气体灭火剂；它主要是通过中断燃烧链来达到快速灭火的目的。一方面，在灭火剂喷射时，会迅速由液态转变成气态，吸收大量的热量，降低保护区内的火焰温度；另一方面，在保护区内喷射灭火剂的同时也降低了氧气的浓度，从而降低了燃烧的速度。

（2）优缺点

优点：低压 ( 2.5MP a ) 、设计浓度低( 8％) （注：七氟丙烷对人体未观察到不良反应的浓度为9%）、洁净(灭火后无残留物) 、无毒对人体无害、绿色环保产品( ODP 值为0，不破坏大气臭氰层) 、灭火时间短( 只需10s ) 。

缺点：七氟丙烷GWP（大气温室效应潜在效应值）值较高，存在较大温室效应。而且在高温明火条件下会产生对人体有害的氢氟酸（HF），对保护对象为金属和玻璃表面也会产生一定腐蚀性，所以，它使用时的浓度必须低于 NOAEL（无毒性反应的最高浓度）值，而且灭火时的施放时间不能过长。此外，七氟丙烷药剂价格高，且因采用氮气增压，不适宜于长距离的输送。

1.2气溶胶气体灭火系统

（1）组成及灭火机理

气溶胶灭火剂是由氧化剂、还原剂及粘合物结合成的固体状态含能化学物质，属于烟雾型灭火剂。气溶胶灭火系统，由气溶胶灭火剂以及相应的贮存和启动装置组成，灭火剂在贮存装置内燃烧反应后直接喷放到保护区，属于无管网灭火系统。气溶胶微粒具有高分散度，高浓度特点，大部分微粒直径小于1pm，可较长时间悬浮在空气中，较易粘附在物体表面。其主要成份有金属盐类，金属氧化物以及水蒸气、CO2、N2等，碱金属盐(钾盐或锶盐)和金属氧化物(K2O等)起主要灭火作用，灭火效率较高。［3］

气溶胶的灭火机理主要是化学抑制，降温冷却、同时也有窒息隔离空气的作用。

（2）优缺点

优点：全淹没的气溶胶灭火系统灭火时空气中氧的浓度不会降低，无毒，对人没有危害，可以有效地扑灭A，B类火灾和E类电气火灾，灭火效率高。气溶胶分解后为金属粒子不会自动挥发在大气中，因此，对自然界大气层无破坏影响。

缺点：1）释放形成浓烟雾，对保护对象和环境易造成污染，且能见度小于1 m，严重影响人员逃生，不宜应用在经常有人的场所；［4］ 2）气溶胶微粒不会自动挥发在大气中，容易粘附在设备表面，其喷射物和灭火分解产物的主要成份有碳酸盐，水等，这些金属盐的导电性及强腐蚀性会大大缩短设备寿命，对精密仪器设备、 文物、档案造成二次伤害；3）热气溶胶胶体的扩散速度相对较慢，且喷放后存在向上扩散的趋势，不利于均匀分布，故不宜用于大空间场所。

2 气体灭火系统在电气火灾上的应用比较

近年来，我国发生的电气火灾约占各类火灾事故总数的30%左右，高居首位，同时电气火灾有其特殊性，主要特点为带电性、持续性和隐蔽性，由于电气系统分布广泛且长期持续运行，电气线路通常敷设在隐蔽处(如吊顶、电缆沟内) ，火灾初期时不易被火灾报警系统发现，也不易为肉眼所观察到，火灾所造成的人员伤亡、 财产损失和社会震荡都是巨大的。此外，电气火灾主要发生在人员密集的建筑物内，疏散困难，排烟不畅，极易造成重大伤亡。因此，确定合理经济的灭火方式也显得尤为重要。

目前，扑灭电气用房火灾主要有气体灭火系统和高压细水雾灭火系统这两种方式。气体灭火剂选择使用的基本原则，应该从环保性、安全性和灭火效能、适用性等方面考虑。首先要考虑防护区的性质，由于各种气体灭火剂的性质和特点不同，对防护区内的影响也不一样。

从环境影响因素来看，上述气体灭火系统中气溶胶和烟烙尽明显优于七氟丙烷灭火剂，在今后的工程中，应结合实际，优先采用。

从安全性角度考虑，上述气体灭火系统中，烟烙尽组分气体均为惰性气体，释放时喷放出的气体不会产生雾或露结，因此受保护的设备、财产和人都不会被二次伤害，只要设计合理，对保护对象相对是最安全的。

从灭火效果看，上述气体灭火系统中，七氟丙烷灭火系统和气溶胶灭火系统均以化学灭火方式为主，其中，七氟丙烷属于液化气体，喷放时对着火区有一定的冷却作用，气溶胶喷放时产生的大量惰性气体对稀释氧气也有一定的作用，比较而言，这两种灭火效果较好。

从适用经济性方面来看，七氟丙烷灭火系统，灭火浓度低、灭火剂用量少、效率高，在限定条件下对人体危害不大，但对设备有腐蚀作用，适于近距离输送。烟烙尽气体灭火系统对储存容器的压力要求较高，造价较为昂贵。该系统适于远距离输送，多用于大型保护区域，如大型计算机中心，通信机房等。但是，若其中充气不纯或者钢瓶不合格等均易引发爆炸。气溶胶气体灭火系统适于变配电间、发电机房、电缆夹层、电缆井等无人、相对封闭、空间较小的场所以及扑救丙类可燃液体、可燃固体物质表面火灾，而不能用于经常有人场所，不能用于管网输送系统、有精密仪器、设备场所以及易燃易爆场所。

3 总结

以上几种气体灭火系统各有优势，也均存在着自身应用的局限性，我们在进行相关设计时，应结合实际情况分析比较，选择相对适合的灭火系统，做到技术可行、经济合理。一般情况下，近距离中、小型电信机房，适宜采用七氟丙烷灭火系统。远距离或大型保护区域，如计算机房、通讯程控机房、变压器、控制中心、精密仪器和设备房、贵重设备室、以及对灭火后空间洁净度要求较高的场所，如文物资料珍藏库、高级别的书库、档案库等，或者保护区经常有人员工作的场所，适宜采用烟烙尽气体灭火系统。对于小空间的相对封闭场所，如变配电间、电缆井等，适宜采用气溶胶气体灭火系统，能达到很好的灭火效果。总之，随着气体灭火技术在电气火灾应用研究的进一步深入，将在电气设备领域的火灾防护中发挥更重大的作用。

参考文献

［1］ 石小军. 常用气体灭火系统及工程应用[J].消防技术与产品信息

［2］ 吴钧. 洁净气体在电信机房气体灭火系统的研究分析与应用安防科技: 3-6.

［3］ 袁玉斗. 气体灭火系统的优选研究 西安建筑科技大学图书馆

［4］ 吉冬梅. 气体灭火系统的性能及前景[J].消防技术与产品信息