注：滅火劑僅以二氧化碳（CO_{2）、FM200、煙烙盡為例。}

在設(shè)計(jì)火電廠控制樓的氣體滅火系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)規(guī)范要求、防護(hù)區(qū)的特點(diǎn)及滅火劑的類型，通常采用組合分配或單元獨(dú)立的全淹沒滅火系統(tǒng)，并按均衡管網(wǎng)布置。本工程的氣體滅火系統(tǒng)采用組合分配式全淹沒滅火系統(tǒng)，設(shè)各自獨(dú)立的滅火系統(tǒng)，按均衡管網(wǎng)布置設(shè)計(jì)。

4氣體滅火劑的類型與選擇

4.1氣體滅火劑的類型

在各種氣體滅火劑中，鹵代烷（Halon）“1211”和“1301”滅火劑以其滅火效率高、安全潔凈、毒性低、腐蝕性小、存儲(chǔ)時(shí)間長、適用性廣等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛和長期的應(yīng)用。但由于鹵代烷滅火劑以及氯氟烴（CFC）制冷劑、噴霧劑、發(fā)泡劑等對(duì)大氣臭氧層造成了明顯的耗損破壞，為了保護(hù)大氣臭氧層，在世界環(huán)保組織的推動(dòng)下，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署組織召開了多次國際會(huì)議，從1985年起，先后通過了多項(xiàng)關(guān)于保護(hù)臭氧層的國際條約。目前，鹵代烷滅火劑已在美國和很多發(fā)達(dá)國家停止生產(chǎn)和使用，我國擬訂于2005年停止生產(chǎn)和使用鹵代烷1211滅火劑、2010年停止生產(chǎn)和使用鹵代烷1301滅火劑，國內(nèi)外的科學(xué)家和工程技術(shù)人員現(xiàn)在正在積極研究開發(fā)新型環(huán)保滅火劑，并繼續(xù)發(fā)展和完善原有惰性氣體滅火系統(tǒng)。

當(dāng)前，在諸多的鹵代烷替代物中，以CO_{2、FM200、煙烙盡在火電廠工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多，本工程擬選擇這三種氣體滅火劑及相應(yīng)系統(tǒng)作比較。三種氣體滅火劑與鹵代烷“1301”性能參數(shù)的綜合比較詳見表4.1—1。}

4.2氣體滅火劑的特性及系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要

4.2.1二氧化碳（CO_2）

在常溫條件下，CO_{2以無色、無味的氣體存在，根據(jù)其物理特性，有二種儲(chǔ)存方式：⑴以常溫儲(chǔ)存于壓力容器內(nèi)，即高壓儲(chǔ)存（在20℃氣溫下，儲(chǔ)存壓力為5.17MPa），相應(yīng)的滅火系統(tǒng)稱為高壓系統(tǒng)；⑵在所控制的低溫條件下將CO2儲(chǔ)存于壓力容器內(nèi)，即低壓儲(chǔ)存（在-18℃時(shí)儲(chǔ)存壓力為2.07MPa），相應(yīng)的滅火系統(tǒng)稱為低壓系統(tǒng)。}

CO_{2滅火作用主要用于窒息，其次是冷卻，為物理反應(yīng)。在眾多的鹵代烷滅火系統(tǒng)的替代系統(tǒng)中，以CO2滅火系統(tǒng)技術(shù)最為成熟，應(yīng)用也最廣泛。在國內(nèi)，以高壓系統(tǒng)最為普遍，近幾年，低壓CO2滅火系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展也很快。CO2滅火系統(tǒng)較為經(jīng)濟(jì)，能輸送較遠(yuǎn)距離，但其較高的滅火濃度對(duì)人非常危險(xiǎn)，不宜用于有人場所。另外，一些資料表明，在釋放過程中的冷凝現(xiàn)象可能會(huì)對(duì)電子元件造成損害。}

表4.1—1

注1：含N_{252％；Ar40％；CO28％。}

本工程采用全淹沒滅火系統(tǒng)，將被保護(hù)房間劃分為六個(gè)保護(hù)區(qū)，CO_{2的設(shè)計(jì)用量按下式計(jì)算：}

M=K_b(K1A+K2V)

式中：M—CO_{2設(shè)計(jì)用量（kg）；}

K_{b—物質(zhì)系數(shù)；}

K_{1—面積系數(shù)（kgm^{2）,取0.2kgm2；}}

K_{2—體積系數(shù)（kgm^{3）,取0.7kgm3；}}

A—折算面積（m^2）；

V—防護(hù)區(qū)的凈容積（m^3）；

各防護(hù)區(qū)的劃分情況及設(shè)計(jì)用量詳見表4.2—1。按《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50193—93）的規(guī)定，依據(jù)各防護(hù)區(qū)可燃物的類型，其設(shè)計(jì)濃度應(yīng)為47％，物質(zhì)系數(shù)為1.50。

表4.2—1

對(duì)于組合分配系統(tǒng)，CO_{2的儲(chǔ)存量不應(yīng)小于最大一個(gè)防護(hù)區(qū)的儲(chǔ)存量，本工程以電子裝置室所需的滅火劑用量（2372kg）為最大，按此進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于總用量不大，因此設(shè)計(jì)考慮采用高壓滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)由儲(chǔ)存裝置、選擇閥與噴頭、管道及其附件等組成，系統(tǒng)儲(chǔ)存量為2562kg，需容量為70L、充裝率取0.60kgL的儲(chǔ)瓶組61套。本期工程集中控制樓中，設(shè)二套高壓CO2滅火系統(tǒng)（一備一用）。}

4.2.2七氟丙烷（FM200）

七氟丙烷（美國商標(biāo)名稱為FM200）滅火劑是一種無色、幾乎無味、不導(dǎo)電的氣體，密度大約為空氣的6倍，采用高壓液化儲(chǔ)存。

七氟丙烷（FM200）的滅火機(jī)理為抑制化學(xué)鏈反應(yīng)，其滅火機(jī)理及滅火效率與鹵代烷“1301”相類似，為主動(dòng)滅火，在幾種替代物中是較為有效的一種。

七氟丙烷（FM200）是毒性較低、無色、無味、無二次污染的氣體，對(duì)人體產(chǎn)生不良影響的體積濃度臨界值為9％，其最小設(shè)計(jì)滅火濃度為7％，因此，正常情況下對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生不良影響，可用于經(jīng)常有人活動(dòng)的場所，特別是它不破壞大氣臭氧層，符合環(huán)境要求。由于滅火濃度較低，因而儲(chǔ)瓶數(shù)量較少，占地面積也較小，而且各項(xiàng)指標(biāo)較為合理，系統(tǒng)功能完善、工作準(zhǔn)確可靠，長期儲(chǔ)存不泄露。但其滅火系統(tǒng)也有自身的弱點(diǎn)：輸送距離短，因?yàn)闇缁饎┑尼尫疟仨氃谑敕N之內(nèi)完成，達(dá)到滅火濃度，否則產(chǎn)生的酸性分解物對(duì)人體有害，對(duì)被保護(hù)設(shè)施也有腐蝕性，用于組合分配系統(tǒng)時(shí)，各防護(hù)區(qū)位置應(yīng)相對(duì)集中。另外滅火劑價(jià)格也較高。

七氟丙烷（FM200）只用于全淹沒系統(tǒng)，其滅火設(shè)計(jì)用量按下式計(jì)算：

W=（KVS）·C（100－C）

式中：W—七氟丙烷（FM200）設(shè)計(jì)用量（kg）；

C—設(shè)計(jì)滅火濃度（％）；

V—防護(hù)區(qū)的凈容積（m^3）；

K—海拔高度修正系數(shù)，取K=1.0；

S—七氟丙烷（FM200）過熱蒸汽在101Kpa和防護(hù)區(qū)最低環(huán)境溫度下的比容（m^{3kg）；}

七氟丙烷（FM200）不同溫度下的過熱蒸汽比容，應(yīng)按下式計(jì)算：

S=K_1+K2×T

式中：T—溫度（℃）取20℃；

K_{1—0.1269；}

K_{2—0.000513；}

S=0.1372m^3kg；

各防護(hù)區(qū)的幾何尺寸及設(shè)計(jì)用量詳見表4.2—2。

表4.2—2

集控樓該層各個(gè)房間布置較為緊湊，因此各房間自身為一防護(hù)區(qū)，設(shè)一套六組組合分配系統(tǒng)，其儲(chǔ)存量按最大一個(gè)防護(hù)區(qū)的儲(chǔ)存量考慮，本工程以電子裝置室所需的滅火劑用量（1211kg）為最大，采用儲(chǔ)瓶容積為70L的17個(gè)（容量70L，充裝量75kg，充裝壓力2.5MPa）FM200氣體鋼瓶及6個(gè)氣體啟動(dòng)鋼瓶，總儲(chǔ)量為1275kg。系統(tǒng)由儲(chǔ)存裝置、氣體滅火控制器、控制閥、壓力釋放閥、噴頭、管道及其附件等組成。本期工程集中控制樓設(shè)一套組合分配系統(tǒng)。

4.2.3煙烙盡（IG—541）

煙烙盡滅火劑由52％氮、40％氬、8％二氧化碳三種氣體組成，比空氣略重，屬于惰性氣體滅火劑，以氣態(tài)儲(chǔ)存，其儲(chǔ)存壓力為15MPa。

煙烙盡的滅火機(jī)理是通過降低防護(hù)區(qū)中的氧氣濃度（由空氣正常含氧量的21％降至12.5％），使其不能維持燃燒而達(dá)到滅火的目的，為物理反應(yīng)，屬被動(dòng)滅火。

煙烙盡是一種綠色環(huán)保型滅火劑，在滅火時(shí)不會(huì)發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，不污染環(huán)境，無毒、無腐蝕，具有良好的電絕緣性能，不會(huì)對(duì)被保護(hù)設(shè)備構(gòu)成危害，也無須延遲噴放，這是其它滅火劑所不具備的特點(diǎn)。IG541混合氣體滅火劑在42.8％的滅火濃度下，人或者動(dòng)物不會(huì)感到不適應(yīng)，這是由于此時(shí)保護(hù)區(qū)內(nèi)的二氧化碳含量在4％～5％之間，提高了人或動(dòng)物的呼吸頻率，這樣可以使人或動(dòng)物氧氣的攝入量與在正?？諝庀卵鯕鈹z入量保持一致。另外，混合氣體以設(shè)計(jì)濃度和空氣混合后，可以在較長的時(shí)間內(nèi)保持這一滅火濃度，即使保護(hù)區(qū)沒有采取特別的密封措施，系統(tǒng)也能在20分鐘后保持滅火所需的濃度。另外滅火劑價(jià)格便宜，輸送距離也很長，這對(duì)于保護(hù)相距較遠(yuǎn)的保護(hù)區(qū)十分有利，由于滅火氣體可充分與空氣混合，故能有效防止復(fù)燃。但因是被動(dòng)滅火，其滅火效果略差，其高壓氣態(tài)儲(chǔ)存方式帶來了儲(chǔ)瓶數(shù)量大，占地面積大，系統(tǒng)造價(jià)高的缺點(diǎn)。

煙烙盡只用于全淹沒系統(tǒng)，其滅火設(shè)計(jì)用量按下式計(jì)算：

W=2.303VS［lg100（100－C）］V_S·β

式中：W—煙烙盡設(shè)計(jì)用量（m^3）；

S=0.65799+0.00239T；

T—防護(hù)區(qū)內(nèi)最低溫度℃；

C—煙烙盡容積百分比濃度（％）；

V—防護(hù)區(qū)的凈容積（m^3）；

V_{S—20℃時(shí)比容，VS=0.707m^3kg；}

β—海拔高度修正系數(shù)，取β=1.0；

各防護(hù)區(qū)的幾何尺寸及設(shè)計(jì)用量詳見表4.2—3。

表4.2—3

對(duì)于組合分配系統(tǒng)，煙烙盡的儲(chǔ)存量不應(yīng)小于最大一個(gè)保護(hù)區(qū)的儲(chǔ)存量，本工程以電子設(shè)備間所需的滅火劑用量960m^{3為最大，按此進(jìn)行設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)，由儲(chǔ)存裝置、選擇閥與噴頭、減壓孔板、管道及其附件等組成。本工程在集中控制樓設(shè)一套煙烙盡滅火系統(tǒng)，每套系統(tǒng)設(shè)有12.4m3容量的儲(chǔ)瓶組78套，儲(chǔ)存滅火劑量967.2m3.}

4.3滅火系統(tǒng)選擇比較

根據(jù)以上確定的各滅火系統(tǒng)，初步計(jì)算出幾種滅火系統(tǒng)的設(shè)備器材價(jià)格，詳見表4.3—1。

表4.3—1

注：CO_{2滅火系統(tǒng)備用量等于儲(chǔ)存量2562kg，其氣體及相應(yīng)設(shè)備價(jià)格取成套設(shè)備的0.7。}

5結(jié)論

通過上述的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較可以看出，雖然CO_{2滅火系統(tǒng)在單位價(jià)格上相對(duì)較低，但根據(jù)《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50166—92）中3.1.5條規(guī)定：當(dāng)組合分配系統(tǒng)保護(hù)5個(gè)及以上的防護(hù)區(qū)或保護(hù)對(duì)象時(shí)，或者在48h內(nèi)不能恢復(fù)時(shí)，二氧化碳應(yīng)有備用量，備用量不應(yīng)小于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的儲(chǔ)存量。因此，二氧化碳滅火系統(tǒng)造價(jià)最高，而且考慮到本工程各防護(hù)區(qū)的特點(diǎn)（六個(gè)防護(hù)區(qū)中有四個(gè)為有人場所）設(shè)計(jì)不采用CO2滅火系統(tǒng)。FM200有很好的滅火效果，并被美國環(huán)境保護(hù)署推薦，得到美國NFPA2001及ISO的認(rèn)可。FM200滅火系統(tǒng)與煙烙盡滅火系統(tǒng)比較，前者在滅火效果上和系統(tǒng)造價(jià)方面略有優(yōu)勢，因此，本階段設(shè)計(jì)推薦采用FM200滅火系統(tǒng)。}