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一、气体灭火系统的发展概述

以气体作为灭火介质的灭火系统统称为气体灭火系统。灭火剂可以由一种气体组成，也可以由多种气体组成。灭火剂的物理性质可分为：液化气体灭火剂和非液化灭火剂。气体灭火系统的适用范围是由气体灭火剂的灭火性质决定的。

1947年美国首先试制成功了两种高效低毒的卤代烷1301和1211，这两种灭火剂不导电、挥发快、***物、清洁安全。我国在八十年代和九十年代使用较多。由于这两种灭火剂低毒，所以可用于有人场所。

卤代烷（哈龙）灭火剂的编号方式是：位数字表示化合物中碳原子数；***位数字表示氟原子数；第三位表示氯原子数；第四位表示溴原子数。

另一种常见的灭火介质是二氧化碳（CO2）。CO2对A类固体表面火灾及部分深位火灾具有较好的灭火性能，加上CO2来源广泛、价格低廉、电绝缘性高、清洁无污渍，在国内外早有广泛地应用。由于CO2对人体有窒息作用，所以CO2灭火系统应用场所有局限性，只能用于无人场所。

近年来的研究表明，包括卤代烷灭火剂在内的氯氟烃类物质在大气中排放将导致对地球大气臭氧层的破坏，危害人类生存的环境。1990年6月在伦敦由57个国家共同签订了《蒙特利尔议定书》，决定2000年完全停止生产和使用氟里昂、卤代烷、四氯化碳。我国于1991年6月加入《蒙特利尔议定书》（修正案）缔约国行列，并将逐年减少哈龙的产量，到2005年实现完全停止生产、消耗哈龙1211灭火剂，自2010年起停止生产哈龙1301灭火剂。

由于卤代烷灭火剂将逐步被淘汰，研制卤代烷灭火剂的替代物――洁净气体灭火剂和相应的灭火系统的研究已经经历了十几年。所谓洁净气体，它既具备了哈龙灭火剂所具有的不污染被保护对象的特点，又不会破坏大气臭氧层。

目前***化组织推荐的用于替代哈龙的气体灭火剂有十几种，并要求按洁净气体灭火剂的10项指标和技术要求来评价：

1、蒸发后不留残渣（洁净）；

2、对臭氧层的耗减潜能值（ODP）小，为零；

3、较好的灭火效能；

4、低毒或***；

5、在大气中存留寿命（ALT）短；

6、温室效应潜能值（GWP）小，或无；

7、良好的储存性和稳定性；

8、良好的电绝缘性；

9、相对于哈龙1301的灭火浓度小；

10、  经济合理，可接受的市场价格。

目前主要包括氢氟烷（HFC）和惰性气体（IG）两大类，其臭氧耗减潜能值为零（ODP＝0），就目前来看，是最接近替代卤代烷灭火剂的。

二、我国气体灭火系统的使用状况

自1987年以来，我国在气体方面相继颁布了《卤代烷1211灭火系统设计规范》、《卤代烷1301灭火系统设计规范》、《二氧化碳灭火系统设计规范》和《气体灭火系统施工验收规范》，这些规范的颁布，使我国在八十年代开始在使用气体灭火系统时有了设计及施工验收依据，从那时起，气体灭火系统得到了普遍应用和迅速发展。它被广泛应用于计算机房、通讯机房、图书馆、档案馆等场所。

我国于1991年6月加入《蒙特利尔议定书》（修正案）缔约国行列，按照《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》，我国的消防主规范《建筑防火设计规范》（GBJ16－2001）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045－2001）中对原可用哈龙1301的场所已作了改动。原使用哈龙1301的场所有些已规定使用水喷雾灭火系统。

1998年．广东省消防局组织深圳市消防局等有关单位完成了广东省工程建设地方标准《七氟丙烷（HFC227ea）洁净气体灭火系统设计规范》的编制工作。

2000年，江苏省消防局等有关单位完成了《SDE气体灭火系统设计、施工、验收规范》。

2001年由上海市消防局和上海化工设计院主编的上海市地方规范《惰性气体IG541灭火系统技术规程》。

2002年由上海市消防局和上海化工设计院主编的上海市地方规范《七氟丙烷灭火系统技术规程》。

随着这些地方规范的出台和国家规范对哈龙灭火系统使用的限制，目前在市场上越来越多采用七氟丙烷灭火系统、IG－541气体灭火系统。对以上新型的灭火系统，由于其使用的时间不长，至今没有设计施工的国家规范，只有地方规范，在使用上有地方的局限性。对于二氧化碳灭火系统，虽然有国家设计及验收规范，由于对人体有窒息作用，相对来讲，应用不广泛。

下面结合国家有关规范和上海市二个地方气体设计规程，要介绍七氟丙烷灭火系统、IG－541气体灭火系统及二氧化碳灭火系统的有关知识。

三、气体灭火系统的基础知识

1．     气体灭火系统适应场所

大、中型计算机房、通讯机房或电视发射塔微波室；贵重设备室；文物资料珍藏库；大、中型图书馆和档案库；发电机房；油浸变压器室；变电室；电缆隧道或电缆夹层等电气危险场所。

2．灭火机理

七氟丙烷灭火系统的灭火机理为抑制作用，就是灭火药剂愚高温时自行分解，并与空气中的氧气发生化学反应，使空气中游离氧的数量减少，终止燃烧链，使燃烧不能继续。此类灭火系统的灭火浓度较低。

CO2灭火系统及烟烙尽灭火系统的灭火机理是窒息作用，主要是大量的非燃烧气体充入到密闭的空间后，使密闭空间的含氧量相对降低，达不到燃烧所需的氧气浓度。另外CO2灭火系统还有冷却作用。

3． 系统保护方式

全淹没灭火系统和局部应用灭火系统。一般民用建筑主要采用全淹没灭火系统，主要是因为保护区可以做到全封闭，对于工业设备的灭火系统，一般采用CO2局部应用系统，因为保护对象不可能做到全封闭，如机器设备等。喷射时浪费较多。

全淹没灭火系统（Total flooding extinguishing system）是指在规定的时间内，向防护区喷射一定浓度的灭火药剂，并使其均匀地充满整个防护区的灭火系统；

局部应用灭火系统（Local application extinguishing system）是指向保护对象以设计喷射强度直接喷射灭火药剂，并持续一定时间的灭火系统（CO2灭火系统不小于0.5min）

4．系统装配方式

分管网灭火系统和无管网灭火系统。一般在保护面积（体积）较小的场所（面积<100m2、体积<300m3）并且设置钢瓶间有困难的，采用无管网灭火系统（钢瓶安装在气体防护区内），其他应采用管网灭火系统。设置钢瓶间有困难是指：a、因为钢瓶间的防火等级较高，一般的耐火极限为2.5H；b、一般大楼内的机房改造，由于本身空间的局限，可能已没有更多的地方考虑钢瓶间；c、钢瓶间的出口需直通疏散走道或楼梯。

5． 系统组合方式

分独立式和组合分配系统。

独立式系统：是指一套钢瓶储存装置保护一个防护区的灭火系统；

组合分配系统：是指用一套钢瓶储存装置保护二个或二个以上防护区或保护对象的灭火系统。

6．     目前常用气体灭火钢瓶的一些数据：

a、  钢瓶容积

CO2灭火系统（高压系统）：68L

FM200灭火系统：

国产：40L、68L、90L、120L

进口：26L、52L、80L、106L、147L、180L

b、 充装率（Filiting ratio）是指：储存容器中灭火药剂的质量与该容积之比

CO2灭火系统（高压系统）：<0.68

FM200灭火系统：

国产：0.5－0.8  一般传输距离较近，充装率可大一些

进口：0.5－0.7

烟络尽灭火系统：充装密度概念，一般<220m3/m3

c、  储存压力

CO2灭火系统（高压系统）：5.16Mpa

FM200灭火系统：  2.5Mpa    4.2Mpa

烟络尽灭火系统：  150bar     200bar

7．     气体灭火系统的启动形式

自动、手动（电控）、机械应急三种启动方式

8．     设置气体灭火系统防护区的建筑要求

(1)           防护区的划分

a、  防护区应以固定的封闭空间来划分

b、 七氟丙烷灭火系统的面积与容积（体积）限制；

管网系统：一个防护区的面积不能大于800m2，容积（体积）不能大于3600m3；

无管网系统：一个防护区的面积不能大于500m2，容积（体积）不能大于2000m3；

(2)           耐火性能

防护区的隔墙和门的耐火极限不应低于0.5h（丙级防火门的要求），吊顶的耐火极限不应低于0.25h。所以安装气体灭火系统的防护区的玻璃必须采用防火玻璃。

(3)           耐压能力

防护区围护结构（包括门窗）的允许压强差（防护区内外气体的压强差）均不宜低于1200Pa。经换算后为：120kg/m2。所以要求安装的防火玻璃面积不能过大。

(4)           防护区的封闭性

全淹没灭火系统防护区的围护结构上不宜设置敞开孔洞。当必须设置敞开孔洞时，应设置能手动和自动的关闭装置，如防火阀等（泄压口和防爆口除外），在喷射灭火药剂之前，应自动关闭防护区的通风机、防火阀等其他开口。

另外，CO2灭火系统规范中规定，灭火药剂喷放前，不能关闭的开口的面积不能超过防护区内表总面积的3％，且不应开在底面。因为CO2灭火药剂比空气重，一般沉在下面。

(5)           泄压口设置

因为气体灭火系统喷放时，使防护区的压力增高，必须设置泄压口，以防意外。

a、  完全密闭的防护区应设置泄压口，泄压口宜设置在外墙上，其底部距室内地面的高度不应小于室内净高的2/3。

b、 泄压口的面积按下列公式计算：

CO2灭火系统：S＝0.0076×Qt/P1/2

其中：P＝围护结构允许压强（Pa）

FM200灭火系统：S＝0.15×Qt/P1/2

其中：P＝围护结构允许压强（Pa）

烟络尽灭火系统：S＝0.0135×Qt/P1/2

其中：P＝围护结构允许压强（Pa）

Qt=K×M0/t     K=2.7

防火区是门窗结构的，在计算泄压口面积时，应扣除门窗的缝隙。

(6)           防护区的环境温度

CO2灭火系统的环境温度为－20℃～100℃

FM200灭火系统的***环境温度为>－10℃

烟络尽灭火系统的***环境温度为>－40℃

9．     灭火系统的喷射时间

CO2灭火系统：固体表面火灾：<=1min；

固体深位火灾：<=7min，并应在前2min内使CO2的浓度达到30％。固体深位的概验：比如木材、棉花等。

FM200灭火系统：7S～10S

烟络尽灭火系统：30S-80S

10．    灭火系统的设计浓度

CO2灭火系统：>=34％

FM200灭火系统：8％～10％

烟络尽灭火系统：37.5％～43.4％

11．    灭火药剂用量计算

(1)、FM200用量计算：W=k×V×C/S/(100-C) 其中S为七氟丙烷过热蒸汽在101.3kPa压力与防火区***环境温度下比容(m3/kg)

计算公式：S＝0.1269+0.000513×T

(2)、烟络尽用量计算：W=2.303×Vs×V/S×lg(1-C)

其中：S为烟络尽过热蒸汽比容(m3/kg)

计算公式：S＝0.65799+0.00239×T

Vs为20℃时灭火剂比容，取0.707m3/kg

(3)、全淹没CO2灭火系统用量计算：M＝Kb(0.2A+0.7V)×108%

A=Av+30A0   折算面积

V=Vv-Vg     防火区的净面积

Av：防火区内总面积

A0：开口总面积

Vv：防火区容积

Vg：防火区内非燃烧体和难燃烧体的总体积

(4)、局部应用系统CO2灭火药剂量的计算（体积法）：M＝Vt×qt×t

Vt：保护对象的计算体积

qt：喷射强度(kg/(min·m3))

t：喷射时间（1min）

在计算灭火药剂量时，必须注意以下几点：

a、在计算防护区容积时，应扣除防护区内不能燃烧的固有体积；

b、     在计算防护区容积时，应加上通往防护区的空调管道容积。

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