1.前言

　　哈龍滅火系統(tǒng)自問(wèn)世以來(lái)，由于在滅火方面具有濃度低、滅火效率高、不導(dǎo)電等優(yōu)異性能，在世界各地獲得了廣泛的應(yīng)用。其主要應(yīng)用于大型電子計(jì)算機(jī)房、通訊機(jī)房、高低壓配電室、檔案館等重要場(chǎng)所。然而，大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明哈龍對(duì)大氣臭氧層有破壞作用，有礙人類(lèi)的生存環(huán)境。為保護(hù)人類(lèi)健康及賴(lài)以生存的地球環(huán)境，聯(lián)合國(guó)制定了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)》，發(fā)達(dá)國(guó)家自1994年1月1日，停止生產(chǎn)和使用哈龍滅火劑，發(fā)展中國(guó)家則可延長(zhǎng)到2010年。于是尋找新的滅火劑替代哈龍成為必然。目前哈龍滅火劑的替代物主要有兩大方向：一是以其他滅火系統(tǒng)替代哈龍滅火系統(tǒng)，如二氧化碳、細(xì)水霧等滅火系統(tǒng)。二是新型的“潔凈氣體”滅火劑和相應(yīng)的滅火系統(tǒng)，如鹵代烴滅火系統(tǒng)、惰性氣體滅火系統(tǒng)。在各種潔凈滅火劑中，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的是七氟丙烷和煙烙盡。

　　下面就二氧化碳滅火系統(tǒng)、煙烙盡滅火系統(tǒng)和七氟丙烷滅火系統(tǒng)，對(duì)其滅火效率、系統(tǒng)投資、保護(hù)生命等方面進(jìn)行比較分析。并說(shuō)明XXX片區(qū)樞紐樓的最佳氣體滅火系統(tǒng)的選擇是七氟丙烷滅火系統(tǒng)。

　　二氧化碳滅火系統(tǒng)和煙烙盡滅火系統(tǒng)都是使氧氣濃度下降，對(duì)燃燒產(chǎn)生窒息作用，從而撲滅火災(zāi)的。七氟丙烷在火災(zāi)中有抑制燃燒過(guò)程基本化學(xué)反應(yīng)的能力，其分解物能夠中斷燃燒過(guò)程中化學(xué)連鎖反應(yīng)的鏈傳遞，因而滅火能力強(qiáng)，滅火速度快。由此可見(jiàn)，二氧化碳滅火系統(tǒng)、煙烙盡滅火系統(tǒng)和七氟丙烷滅火系統(tǒng)是兩種不同的滅火機(jī)理，這兩種不同的滅火機(jī)理決定了七氟丙烷滅火系統(tǒng)在設(shè)計(jì)濃度上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于二氧化碳滅火系統(tǒng)和煙烙盡滅火系統(tǒng)。三種滅火系統(tǒng)的最小設(shè)計(jì)濃度7%、34%、37.5%.所以七氟丙烷的滅火效率是最高的，市場(chǎng)上經(jīng)常使用的氣體滅火劑綜合性能如表1.1所示。

　　生產(chǎn)廠(chǎng)家美國(guó)大湖公司國(guó)產(chǎn)美國(guó)安素國(guó)產(chǎn)

　　適用范圍同1301，但由于惰性大，高度和氣瓶間距離均受一定限制與`1301同，適用于無(wú)人區(qū)域與1301同，但保護(hù)面積不可超過(guò)1000米2 A、B、C類(lèi)及電氣火災(zāi)，通常適用于無(wú)人區(qū)域

　　滅火方式化學(xué)與物理物理化學(xué)

　　設(shè)計(jì)濃度8-10% 34-75% 37.5-42.8% 5-9.4%

　　滅火速度快最慢慢最快

　　貯存壓力2.5/4.2Mpa 5.8MPa 15Mpa 2.5/4.2Mpa

　　工作壓力2.5/4.2Mpa 15Mpa 2.5/4.2Mpa

　　噴嘴壓力≥0.8Mpa≥1.4Mpa≥0.8Mpa

　　酸性值中等低最低

　　毒性值中等（含氫氟酸）

　　低無(wú)低

　　LOAEL 10.5濃度大于20%人員死亡52 7.5

　　NOAEL 9.0 43 5.0

　　氣體產(chǎn)物HF CO2 N2、CO2、Ar2 HF、HBr

　　啟動(dòng)產(chǎn)物N2

　　氣體與空氣重量比5.8 1.51 1.22 5.05

　　影響系統(tǒng)投資的主要因素是系統(tǒng)設(shè)備投資、系統(tǒng)瓶站建筑投資及系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用等。目前市場(chǎng)上二氧化碳、煙烙盡與七氟丙烷的單價(jià)比為1：13：110.但二氧化碳滅火系統(tǒng)和煙烙盡滅火系統(tǒng)需要的滅火濃度高，自然滅火劑的用量就大。值得注意的是，煙烙盡滅火系統(tǒng)其氣體是以高壓氣態(tài)儲(chǔ)存的，其輸送距離可長(zhǎng)達(dá)150米，大大超過(guò)了其它以液態(tài)儲(chǔ)存的滅火劑的輸送距離。所以它一套組合分配的裝置可以保護(hù)的防護(hù)區(qū)數(shù)量可以很多，這樣煙烙盡滅火系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性是顯而易見(jiàn)的。瓶站的建筑面積與滅火劑的用量是聯(lián)系在一起的，所以七氟丙烷滅火系統(tǒng)需要的瓶站的建筑面積要大大小于二氧化碳滅火系統(tǒng)和煙烙盡滅火系統(tǒng)。但由于煙烙盡滅火系統(tǒng)保護(hù)的距離長(zhǎng)，所以需要的瓶站的數(shù)量也少。二氧化碳滅火系統(tǒng)需要的儲(chǔ)存容器，系統(tǒng)體積大、重量高，需要瓶站的建筑面積大，瓶站的建筑投資大。關(guān)于系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，10年時(shí)間二氧化碳、煙烙盡與七氟丙烷系統(tǒng)滅火劑的再充填的費(fèi)用比約為1：4：85，所以二氧化碳和煙烙盡的再填充費(fèi)用是相對(duì)低的。通過(guò)上述各方面比較煙烙盡滅火系統(tǒng)的系統(tǒng)投資是最低的。

　　在保護(hù)人身安全方面，七氟丙烷人未觀(guān)察到不良反應(yīng)的濃度為9%，系統(tǒng)最小設(shè)計(jì)濃度為7%，煙烙盡人未觀(guān)察到不良反應(yīng)的濃度為43%，系統(tǒng)最小設(shè)計(jì)濃度為37.5%，所以七氟丙烷和煙烙盡在防護(hù)區(qū)噴放對(duì)人體是相對(duì)安全的。但七氟丙烷在高溫條件下會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的HF，所以它使用時(shí)的濃度必須低于NOAEL值，而且滅火時(shí)的拖放時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)。而二氧化碳在34%以上會(huì)使人窒息死亡。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近幾年世界上由于火災(zāi)中被二氧化碳窒息而死的人每年多達(dá)80余人。所以二氧化碳系統(tǒng)不適合人員出入較多的場(chǎng)所。

　　XXX片區(qū)樞紐樓需要?dú)怏w保護(hù)的區(qū)域多為通信機(jī)房、尋呼機(jī)房、交換機(jī)房等，工作人員和值班人員較多。六層以下多為商務(wù)中心等公共場(chǎng)所，人流量也較大。該建筑需要?dú)怏w保護(hù)的防護(hù)區(qū)多，空間也較大，組合分配的系統(tǒng)也多。綜合考慮以上各方面，雖然二氧化碳滅火系統(tǒng)具有來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、無(wú)腐蝕性、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，但瓶組占地面積大、泄露點(diǎn)多，給以后的維修會(huì)帶來(lái)一系列的難度。而且氣體容易從液壓站的開(kāi)口處流失，保證其滅火濃度也較難。滅火劑的沉降也較快，特別是在高度和空間較大的情況下，高處火災(zāi)就難以撲滅。煙烙盡滅火系統(tǒng)雖然系統(tǒng)投資低，對(duì)人體安全等許多優(yōu)點(diǎn)，但目前在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有完整的設(shè)計(jì)規(guī)范。所以該建筑采用的最適合的氣體滅火系統(tǒng)為七氟丙烷滅火系統(tǒng)。它的滅火效率高，對(duì)大氣臭氧層的損耗潛能值ODP值為零，對(duì)人體相對(duì)安全，瓶組占地面積小，但它只適用于撲滅固體表面火災(zāi)，不適宜撲救固體深位火災(zāi)。

　　七氟丙烷滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　工程概況

　　XXX片區(qū)樞紐樓地上十七層，地下兩層，裙房三層，輔房三層。建筑面積23000平米，建筑高度為67.7米。四層到十六層層高3.9米，其中七至十六層的通信機(jī)房、電力室、電池室、傳輸機(jī)房、LS機(jī)房、ATM機(jī)房、網(wǎng)管中心、軟件中心、計(jì)費(fèi)中心和新技術(shù)發(fā)展用房，需要用氣體滅火系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，采用七氟丙烷滅火系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

　　根據(jù)《高層民用建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》該建筑為一類(lèi)建筑，耐火等級(jí)為一級(jí)，危險(xiǎn)等級(jí)為中危險(xiǎn)等級(jí)Ⅰ級(jí)。七層到十六層需要?dú)怏w保護(hù)的區(qū)域，設(shè)有防靜電地板，地板高0.5米，凈空高為3.4米（比例為5：34）。

　　七氟丙烷（FM — 200 ）滅火系統(tǒng)

　　七氟丙烷氣體滅火劑性能及滅火機(jī)理

　　七氟丙烷滅火劑HFC-227ea（美國(guó)商標(biāo)名稱(chēng)為FM-200）是一種無(wú)色無(wú)味、低毒性、電絕緣性好，無(wú)二次污染的氣體，對(duì)大氣臭氧層的耗損潛能值（ODP）為零。其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為CF3-CHF-CF3.在一定壓強(qiáng)下呈液態(tài)儲(chǔ)存。在火災(zāi)中具有抑制燃燒過(guò)程基本化學(xué)反應(yīng)的能力，其分解產(chǎn)物能夠中斷燃燒過(guò)程中化學(xué)連鎖反應(yīng)的鏈傳遞，因而滅火能力強(qiáng)、滅火速度快。

　　七氟丙烷滅火系統(tǒng)工作程序及原理當(dāng)防護(hù)區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，滅火系統(tǒng)有三種啟動(dòng)方式：

　　自動(dòng)啟動(dòng)：此時(shí)感溫探測(cè)器、感煙探測(cè)器發(fā)出火災(zāi)信號(hào)報(bào)警，經(jīng)甄別后由報(bào)警和滅火控制裝置發(fā)出聲光報(bào)警，下達(dá)聯(lián)動(dòng)指令，關(guān)閉聯(lián)鎖設(shè)備，發(fā)出滅火指令，延遲0-30秒電磁閥動(dòng)作，啟動(dòng)啟動(dòng)容器和分區(qū)選擇閥，釋放啟動(dòng)氣體，開(kāi)啟各儲(chǔ)氣瓶容器閥，從而釋放滅火劑，實(shí)施滅火。

　　手動(dòng)啟動(dòng)：將滅火控制盤(pán)的控制方式選擇鍵撥到“手動(dòng)”位置。此時(shí)自動(dòng)控制無(wú)從執(zhí)行。操作滅火控制盤(pán)上的滅火手動(dòng)按鈕，仍將按上述即定程序?qū)嵤�滅火。一般情況，保護(hù)區(qū)門(mén)外設(shè)有手動(dòng)控制盒。盒內(nèi)設(shè)緊急啟動(dòng)按鈕和緊急停止按鈕。在延遲時(shí)間終了前可執(zhí)行緊急停止。

　　應(yīng)急啟動(dòng)：在滅火控制裝置不能發(fā)出滅火指令時(shí)，可進(jìn)行應(yīng)急啟動(dòng)。此時(shí)，人為啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備，拔下電磁啟動(dòng)器上的保險(xiǎn)蓋，壓下電磁鐵芯軸。釋放啟動(dòng)氣體，開(kāi)啟整個(gè)滅火系統(tǒng)，釋放滅火劑，實(shí)施滅火。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　滅火方式

　　按防護(hù)區(qū)的特征和滅火方式采用全淹沒(méi)滅火系統(tǒng)，管網(wǎng)輸送方式為組合分配系統(tǒng)。

　　全淹沒(méi)滅火系統(tǒng)是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，向防護(hù)區(qū)噴放設(shè)計(jì)規(guī)定用量的七氟丙烷，并使其均勻的充滿(mǎn)整個(gè)防護(hù)區(qū)的滅火系統(tǒng)。組合分配系統(tǒng)是用一套七氟丙烷的儲(chǔ)存裝置通過(guò)管網(wǎng)的選擇分配，保護(hù)兩個(gè)或兩個(gè)以上防護(hù)區(qū)的滅火系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是減少滅火劑的用量，大大節(jié)省系統(tǒng)投資。因?yàn)楸窘ㄖ�需要�(dú)怏w保護(hù)的機(jī)房較多多，所以采用組合分配系統(tǒng)最為經(jīng)濟(jì)可行。

　　防護(hù)區(qū)的劃分《規(guī)范》中規(guī)定：防護(hù)區(qū)宜以固定的單個(gè)封閉空間劃分；當(dāng)同一區(qū)間的吊頂層和地板下需同時(shí)保護(hù)時(shí)，可合為一個(gè)防護(hù)區(qū)；當(dāng)采用管網(wǎng)滅火系統(tǒng)時(shí)，一個(gè)防護(hù)區(qū)的面積不宜大于500m²，容積不宜大于2000m³.

　　根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定，把該組合分配系統(tǒng)四個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)防護(hù)區(qū)的劃分歸納于下表，其中最大保護(hù)區(qū)的面積為310.25m²，容積為1210m³.

　　防護(hù)區(qū)的工作區(qū)和地板下均設(shè)置噴頭和探測(cè)器，防護(hù)區(qū)設(shè)有彈簧門(mén)不需單設(shè)泄壓口。

　　管網(wǎng)系統(tǒng)本系統(tǒng)的管網(wǎng)布置為非均衡管網(wǎng)，但工作區(qū)和地板下的管網(wǎng)布置都為均衡管網(wǎng)�！兑�(guī)范》中規(guī)定，均衡管網(wǎng)要符合下列要求：

　�、俟芫W(wǎng)中各個(gè)噴頭的流量相等；

　�、谠诠芫W(wǎng)上，從第一分流點(diǎn)至各噴頭的管道阻力損失，其相互間的最大差值不應(yīng)大于20%.

　　管網(wǎng)設(shè)計(jì)布置為均衡系統(tǒng)有利于滅火劑在防護(hù)區(qū)噴放均勻，利于滅火�？刹豢紤]管網(wǎng)中的剩余量，做到節(jié)省�？芍贿x用一種規(guī)格的噴頭，只計(jì)算“最不利點(diǎn)”的阻力損失就可以了。雖然對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是非均衡管網(wǎng)，但因把工作區(qū)和地板下都盡量布置為均衡，所以該系統(tǒng)工作區(qū)中的噴頭型號(hào)相同，地板下的噴頭型號(hào)相同，工作區(qū)和地板下為不同型號(hào)的噴頭。在管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡量減少管段長(zhǎng)度，減少?gòu)濐^數(shù)量。做到管網(wǎng)布置合理、經(jīng)濟(jì)。

　　增壓方式根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定：七氟丙烷滅火系統(tǒng)應(yīng)采用氮?dú)庠鰤狠斔�。氮�(dú)獾暮�水量不�?yīng)大于0.006%.額定增壓壓力選用4.2±0.125MPa級(jí)別。

　　系統(tǒng)組件系統(tǒng)主要組件有：?jiǎn)��?dòng)鋼瓶組、儲(chǔ)氣鋼瓶組以及單向閥、壓力繼電器、選擇閥、泄氣卸壓閥、金屬軟管、集流管、噴頭及管路附件、滅火劑輸送管網(wǎng)、儲(chǔ)氣鋼瓶架、啟動(dòng)鋼瓶架等。

　　啟動(dòng)鋼瓶組由電動(dòng)啟動(dòng)閥、電磁閥、壓力表組成。儲(chǔ)氣鋼瓶組由容器閥、導(dǎo)管、鋼瓶組成。單向閥包括氣控單向閥和液流單向閥。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)與管網(wǎng)計(jì)算

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)：

　　（一） 確定滅火設(shè)計(jì)濃度

　　依據(jù)《七氟丙烷潔凈氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)范）

　　取C%=8%

　�。ǘ�） 計(jì)算保護(hù)空間實(shí)際容積

　　1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)、5區(qū)容積相同：

　　V5區(qū)＝14.8×22.4×3.9＝1292.93（m3）   其中地板下：165.76 m³   工作區(qū)：1127.17 m³

　　4區(qū)容積：

　　V4區(qū)＝（7.6×21.6-8.2×0.9）×3.9＝611（m³ ）其中地板下：78.33 m³   工作區(qū)：532.67 m³

　�。ㄈ�）計(jì)算滅火劑設(shè)計(jì)用量

　　依據(jù)《規(guī)范》中規(guī)定W=K×（V/S）×C/（100-C）

　　其中K=1，S=0.1269+0.000513×20 ℃=0.13716（m³/kg）

　　1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)、5區(qū)滅火劑設(shè)計(jì)用量相同：

　　W=1×（1292.93/0.13716）×8/（100－8）=819.69（kg）

　　其中地板下：104.7kg   工作區(qū)：714.99kg

　　根據(jù)單瓶設(shè)計(jì)儲(chǔ)量為819.69Kg/59Kg/瓶=13.89（瓶）

　　需要14只儲(chǔ)瓶，所以W取826 kg

　　工作區(qū)W1=720（kg ）  地板下W2=106（kg）

　　4區(qū)滅火劑設(shè)計(jì)用量：

　　W=1×（611/0.13716）×8/（100－8）=387.4（kg）

　　根據(jù)單瓶設(shè)計(jì)儲(chǔ)量為387.4 Kg/59Kg/瓶=6.57（瓶）

　　需要7只儲(chǔ)瓶，所以W取413 kg

　　工作區(qū)W1=360（kg）   地板下W2=53（kg）

　　設(shè)定滅火噴放時(shí)間

　　依據(jù)《規(guī)范》規(guī)定，取t=7s

　　設(shè)定噴頭布置與數(shù)量

　　選用JP型噴頭，其保護(hù)半徑為7.5m，最大保護(hù)高度為5m.工作區(qū)布置8只噴頭，按保護(hù)區(qū)平面均勻噴灑布置噴頭。地板下與工作區(qū)的布置形式相同。