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1、气体灭火系统在地铁中的应用蔡鳌摘 要：介绍气体灭火系统的要求、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，进行了充分比较与论证，最终决定采用七氟丙烷气体灭火系统。关键词：地铁；气体灭火系统；七氟丙烷引言：随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快,为缓解城市交通压力，地铁建设呈现出 广阔的发展前景。消防工程作为地铁建设的重要组成部分在保护旅客生命财产安全以及整 个地铁系统的安全运行方面起到不可替代的作用。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
2、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。目前我国地铁消防工程主要采用的气体灭火系统有烟烙尽灭火系 统、七氟丙烷灭火系统和二氧化碳灭火系统。1、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
3、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，我个人认为地铁气体灭火系统应满足以下 要求: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;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;无毒无味无 烟，对人无危害;不破坏臭氧层，不会产生温室效应;系统造价经济合理，运行安全可靠。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
4、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
5、、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(以下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)(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。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
6、，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有:二氧化碳,“INERGEN”(烟烙尽)， “FM200 ”(七氟丙烷)，Triodide”(取代)，HCFC/ A”(国外称NAFS2III)等产品。4.1二氧化碳气体灭火系统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 %，设计浓度远远超过人体承受能力，因而不适用于经常有人场所
7、。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。4.2 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12.5 %(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
8、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： 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)。 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
9、。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。 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。 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。 由于
10、灭火所需浓度高，因而排放持续时间约为12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。4.3 FM200气体灭火系统FM200定名为七氟丙烷(HFC - 227ea)是美国大湖公司研究的产品，是碳、氟、氢的化 合物。常温下呈气态无色、无臭、
11、不导电、无腐蚀、无环保限制大气存留期较短。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： 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=3142年)，但有一定的温室效应 (GWP=2050)。 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。 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
12、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。 储存空间小，管网工作压力低，对管道设备无特殊要求。 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是洁净灭火气体为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。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。4.4 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
13、，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4.5 “HCFC/ A”灭火系统“HCFC/入”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 % ,HC
14、FC 124占9.5 % ,HCFC 123占4.75 %，萜烯占3.75 %） o “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）o “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）、Triodide（取代） INERGEN（烟烙尽），但Triodide（取代）的单价是FM200（七氟丙烷）
15、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 FM200o按照地铁要求，从以下五个方面对二者做一简单比较： 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。 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=205
16、0）,大气中存留时间较 长（ALT=3142年）。可以说在环保方面INERGEN明显优于FM200。 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，有刺鼻气味，对设备也有一定的腐蚀性；而INERGEN就无此问题。 费用:初始投资INERGEN稍高一些;但根据上海地铁一号线使用的121只钢瓶，经3- 4年有10 %钢瓶的哈龙气体已有不同程度的泄露这一情况来看，气体灭火系统的维护保养费 用也是一个不容忽视的因素，而FM200的药剂费用比INERGEN高得多，更换周期也比 INERGEN短，所以FM200的维护保养费用肯定要比INERGEN高。 设备国产化:INERGEN到目前还主要依赖进口,而FM200从设备到药剂国内已有多家企 业可以生产。在技术标准和应用条件方面,FM200也较I
