气体灭火在建筑消防设计中的应用研究

王 子 焱

(武汉市公安消防支队，湖北 武汉 430000)



气体灭火在建筑消防设计中的应用研究

王 子 焱

(武汉市公安消防支队，湖北 武汉 430000)

介绍了IG541、七氟丙烷、热气溶胶气体三种常见气体灭火系统的特点，从大气环境、人体、保护对象等角度，分析了三种气体灭火系统的安全性，并通过实例说明了使用气体灭火系统具有高效性、及时性。

气体灭火系统，建筑消防，灭火器，安全性

0 引言

随着建筑结构日趋复杂以及建筑火灾隐患的增多，灭火器使用越来越重要，但是，常规灭火器并不能及时扑救变电所、装有精密仪器与医疗器械的房间，往往造成了较大经济损失。由此，气体灭火成为了建筑消防的一个重要手段，在人们环保意识增强下，加强对气体灭火设计能够在更快消除火势蔓延的同时减少对环境造成的污染，也成为了未来气体灭火器的研究方向。

1 常见气体灭火系统

建筑火灾让人毛骨悚然，尤其是对于高层建筑来说，一旦发生火灾将很难逃生，易造成人员伤亡。火灾产生需要两个基本条件，一个是温度达到着火点，一个是充分接触氧气。由此，火灾防范的重点就是这两个基本条件，只要抑制好这两个基本点就会增加扑灭的成功几率。灭火器基本原理是将火势中氧含量降低，以及控制燃烧物表面温度[1]。当前，用于建筑消防的灭火器有很多种类，但每种都是优势与缺陷并存的，主要使用IG541型气体灭火装置、七氟丙烷以及热气溶胶等。下面对这几种灭火气体的使用进行具体分析。

1.1 IG541气体灭火系统

惰性气体主要是指不支持燃烧与助燃的气体，能够被高压液化罐存，可以在迅速膨胀以后产生大量聚集的热，从而使火灾现场温度降低，还有一种功能是对空气中氧含量进行维护，进而达到窒息灭火的目的。优点是灭火后很快消散，并且价格便宜。IG541气体灭火系统就使用了惰性气体，包括氩气、氮气以及二氧化碳等，通过这些气体混合达到灭火效果，气体无色、无味、无毒，含量构成为：7%二氧化碳、30%氩气以及63%氮气。成分比例具体如表1所示。当发生火灾时，向外喷射气体，让火灾范围内的混合气体含量升高，迅速将氧气溶解，减少火与氧气的接触，当混合气体含量增高至13.5%时，能够使燃烧终止[2]。

表1 气体成分与比例 %

1.2 七氟丙烷气体灭火系统

作为一种无味、无毒的气体，七氟丙烷的使用可将燃烧物表面温度降低，这一点成为了灭火原理，并且气体没有腐蚀性，不会对燃烧物体造成腐蚀。灭火通过以下三种方式实现：

1)向火灾区域喷射气体，通过液态向气态的转换使温度降低，达到灭火的效果[3]；

2)分子中化学键断裂也能对火灾区域内的热量进行吸收，从而使燃烧物表面温度降低；

3)气体喷射到火灾区域使空气中氧含量减少，控制了燃烧速度，燃烧会由快到慢，逐渐消失。

1.3 热气溶胶气体灭火系统

热气溶胶气体也是一类常见的灭火气体，依据不同反应剂，将溶胶气体划分为K型与S型两种，主要氧化剂为KNO3，下面对灭火的化学抑制作用与吸热作用进行分析。首先，当充分燃烧烃类物质时，能够生成非常多游离基团，基团作用发生一连串的链式反应[4]，反应方程式为：

可燃物的分解方程为：RH+O2→H++2O-+R+能对热量充分吸收与反应。

放热反应方程：O-+H+→OH-；2OH-→H2O+O-。结合了两个OH-以后，就能生成水分子与氧分子，从而不断放热，放热与吸收的热量不成正比，放出的热量多于吸收的热量。在火灾迅速蔓延时，高温区域中气溶胶大分子被分解成非常多的游离基团，能够快速与H+与OH-反应。反应方程式为：K++OH-→KOH；KOH+H+→K++H2O。反应区域就是由气溶胶微粒组成，不断产生K+,使区域内的H+与OH-迅速减少。由此，可以对燃烧链不断破坏，减少持续燃烧作用[5]。其次，吸热降温作用体现在：KHCO3在迅速吸收热量时，就使KHCO3转换成了K2CO3，以液态形式存在，再从液态转换为气态，进而达到降温的目的。

2 常见的气体灭火系统安全性比较

2.1 对大气环境的影响

气体灭火虽然清洁无污染，但是依然会对环境造成影响，可以使用臭氧损耗比与温室效应值对气体灭火对环境的影响进行分析。IG541对大气环境几乎不造成影响，臭氧的损耗非常低，能够及时恢复大气中气体含量；七氟丙烷也对大气环境的影响较小；热气溶胶、臭氧值温室效应接近0，具体见表2。

表2 气体环境影响指标对比

2.2 对人体的影响

要想了解气体灭火是否会对人体造成伤害，就要明确缺氧、中毒对逃生是否有利的三个指标，通过观察这些指标，确定最低与最大有害水平，通过对比IG541灭火对人体的影响情况，发现使用IG541灭火对人体的影响非常小，能够维持人体正常呼吸、听力以及视觉功能，为人们及时逃生创造了更多时间；七氟丙烷分解出的有害气体非常少，不会对人体造成损伤。

2.3 对保护对象的影响

使用气体灭火的同时，更需要保护好建筑室内的各项物品，为了得出气体对建筑室内各项设施的影响，可以使用冷激以及冷淬的方法，能够更加清楚的表现IG541、七氟丙烷以及热气溶胶对保护对象的安全指标。通过对保护对象安全指标的对比发现，IG541没有产生腐蚀物质与残留物，七氟丙烷产生了腐蚀性物质，没有产生残留物，热气溶胶虽然产生了一些腐蚀性物质，但是没有残留物[6]。不管使用哪种气体灭火系统，都能产生非常好的灭火效果，IG541更加便于压缩与保存，在存储上更加方便，具有30 MPa的最大压力，但是在运输上较难，七氟丙烷具有分解有害气体的功能，在储存上也更加容易，具有最高的灭火效率，但是运输安装上比较困难。对保护对象有腐蚀性的热气溶胶，有较低的造价成本，运输、安装更加容易。

3 工程实例探究

某医院中特殊房间不能使用水源灭火，比如，CT，DR，DSA2等，因为这些室内安装有重要的检验仪器与设备，遇水将失灵，由此，在发生火灾时使用了七氟丙烷气体灭火。医院七氟丙烷气体灭火装置平面图见图1。

在灭火时对气体喷射的时间进行了控制，总体灭火时间低于7 s，浸渍时间为2 min。设置防护区，在防护区中增设泄压口，设计DR面积为33 m2，总体积为110 m3，对浓度进行设计，按照9%的剂量标准，最后对七氟丙烷的设计用量进行计算，得出了总用量为80.5 kg，与此同时，配合暖通设计方法，在灭火房间安装通风装置。医院的地下室建有一个配电机房，同样不能用水直接扑救，由此，使用了K型热气溶胶气体灭火系统，发电机房中有一个储油区域，储油的面积为8.9 m2，总体积为30.25 m3，密度为130 kg/m3，通过计算得知储油区域设计用量为2.8 kg，发电机房的设计用量确定为20 kg。通过这种灭火设计方案，使用适合的灭火气体，医院火灾在成功扑灭的同时，内部各项设施也完好无损，维持了原有的功能，降低了医院的经济损失。

4 结语

本文主要对IG541、七氟丙烷以及热气溶胶气体的特点以及灭火原理进行了介绍，比较了这几种灭火气体的安全性，表现了这几种灭火气体是建筑气体灭火的主要形式，都具有清洁以及快速灭火的功能，气体对人体造成的损害较小。在建筑结构与材料日趋多样时，气体灭火的使用价值日益突显，对于各项重要的建筑设施来说，使用气体灭火更加方便、及时、高效。

[1] 王 磊,王洪强,孙峻岭，等.气体灭火控制系统产品标准及工程设计验收探讨[J].消防技术与产品信息,2014(9):59-61,71.

[2] 郎需庆,陶 彬,张玉平，等.双相流灭火系统在储罐灭火中的试验研究[J].消防科学与技术,2015(1):79-81.

[3] 李 辉,李洁利.探讨常用的几种气体灭火在消防设计中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2013(20)：203-204.

[4] 杨 浩.气体灭火技术在化工企业消防中的应用[J].中国石油和化工标准与质量,2013(17):22.

[5] 李小建.高层建筑七氟丙烷气体灭火装置安装技术[J].城市建设理论研究(电子版),2013(24)：118-119.

[6] 张秀丽,郝丽娟.目前国内气体灭火标准中涉及的几种气体灭火系统[J].中国标准导报,2011(7):30-32.

Application research of gas fire extinguishing system in building fire-fighting design

Wang Ziyan

(WuhanPublicFire-FightingOffice,Wuhan430000,China)

The thesis introduces features of three kinds of common gas fire extinguishing system including IG541, heptafluoropropane and aerosol extinguishing gas, analyzes their safety, and illustrates the high efficiency and timeliness of gas fire extinguishing system through examples.

gas fire extinguishing system, building fire-fighting, fire extinguisher, safety

1009-6825(2016)24-0232-02

2016-06-11

王子焱(1974- )，男，硕士，工程师

TU998.1

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