洁净气体灭火系统工程应用评价技术的研究

　消防理论研究　洁净气体灭火系统工程应用评价技术的研究

东靖飞

(公安部天津消防研究所,天津300381)

摘　要:分析了洁净气体灭火系统在工程应用中出现相关问题的主要原因,提出了进行工程应用评价研究的必要性和主要工作内容,阐明了工程评价研究工作的开展对相关产品制造标准的完善和补充及国家工程建设标准修订工作的重要意义。

关键词:洁净气体灭火系统;工程应用;评价技术

中图分类号:TU89,TU972 文献标识码:B

文章编号:1009-0029(2003)06-0491-03

洁净气体灭火系统(clean gaseou s fire2ex tin2 gu ish ing system)系指使用具有不导电、易挥发、挥发后不留残留物等基本特征的哈龙灭火剂替代品的气体灭火系统[1]。众所周知,经过近二十年的反复探索和工程设计应用实践,在国际标准化组织公布的十余种哈龙灭火剂替代品中,使用H FC类的替代品[典型产品七氟丙烷(H FC-227ea)]及惰性气体类替代品(典型产品IG541混合气体)的哈龙灭火系统替代技术已在气体灭火系统的应用领域占据了绝对的主导地位。目前,除个别地区外,我国的工程建设领域中,使用上述洁净气体灭火系统已成为保护工业及民用建筑相关重要场所(如:地下铁路、文物档案馆、博物馆、电信枢纽等)的主要手段之一。

1　产品研制、生产过程的盲目性和随意性

国内相当数量的生产厂商出于市场需求,在没有

atom izati on distance is tested.A t last,actual fire supp ressi on experi m en t is carried,the experi m en tal resu lt indicate that the system’s capab ility of fire supp ressi on is competen t.

Key words:po rtab le;h igh2p ressu re;w ater m ist;atom izati on characteristics;fire supp ressi on system

作者简介:周　华(1968—),男,浙江大学流体传动及控制国家重点实验室副教授,主要从事纯水液压传动技术和M E M S的研究,杭州市浙大路38号, 310027。

联系电话:0571-********

电子信箱:hzhou@https://www.wendangku.net/doc/e08144155.html,

收稿日期:2003-08-20开展全面、系统的基础研究及应用性研究的情况下,通过仿造便推出所谓的“替代灭火系统”,又凭借企业标准通过的型式检验结论上市销售。由于这些生产者对产品在应用过程中所应具备的基本性能都不甚了解,从而更谈不上针对系统的适用性和安全性要求去规范产品的研制及生产过程。使用这种盲目和随意状态下生产的产品,在很大程度上非但不能解决安全防护问题,反而会带来一系列新的隐患。

2　市场准入制度的缺陷

气体灭火系统基本上均应用于人身安全及贵重资产防护的重要场所,对于安全防护类的新型消防产品来说,国外发达国家对其市场准入的要求是相当严格的——必须经过若干认证机构或部门对其相关性能进行评价认可(如人身安全评估、环境安全与污染评价等)后,方可在一定条件下入市使用。我国目前对此类产品采取的是强制性检验制度,在没有国家标准或行业标准的情况下,厂家仅凭自身制订的企业标准通过检验后便可销售,而作为市场准入依据之一的企业标准是否合理可行,是否真正能够起到保障产品的制造质量及使用性能的作用,目前我们的市场准入制度并未作任何要求——这种政策上的缺陷也正是导致许多生产厂商为追求商业利润而放弃基础研究,盲目仿造,随意生产的根本原因之一。即使是对于新颁布的相关行业标准,根据洁净气体灭火系统在工程建设领域应用过程中出现的问题,也急需补充制订并实施针对系统工程应用性能的相关要求和检测方法。

3　设计及使用上的片面性

就洁净气体灭火系统的两类典型产品来说,其综合性能并未达到理想的哈龙灭火系统替代品的要求[1]。但鉴于在相当长的一段时间内第二代替代技术尚难实现工程化应用,因此,对上述系统的合理选择、设计及使用就成为当务之急。特别需要指出的是:不仅不同类型的替代系统之间的工程应用特性存在着较大差异,按不同的技术路径设计、研制及生产的同一类灭火系统,其工程应用特性同样存在着极大的不同。如:不同厂商生产的七氟丙烷灭火系统有效抑制H F产物生成的能力截然不同;不同厂商生产的IG541灭火系统在同样的防护区域内喷放时对区域内防护对象所造

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消防科学与技术2003年11月第22卷第6期

成的影响也不尽相同……。上述现象的产生部分可归结到所采取的工程设计方案上,但系统及部件本身所具备的性能是导致这些现象产生的主要原因。对上述问题的忽视必定会带来工程设计及使用上的片面性,导致新的不安全因素的产生。如:片面强调“纯天然”替代品为最佳替代方式,在地下建筑中储存数以百计的高压储瓶问题;忽略高压系统减压方式及喷射时间对防护对象围护结构的影响而导致人身伤害及财产损失的问题;忽视有效抑制毒害产物生成而对防护对象造成隐患的问题[2]等。

综上所述,为正确选择并使用洁净气体灭火系统,必须采用相应的技术手段规范市场,而有效的手段之一即是开展洁净气体灭火系统工程应用评价技术的研究工作。

谈及洁净气体灭火系统工程应用评价技术的研究和应用,必然会涉及相应的系统设计标准(规范)的问题。鉴别灭火系统产品能否在工程建设中正确、合理的使用,单凭产品的制造标准是不完备的,必须拥有对其形成系统产品后是否能够满足设计要求的评价方法,这一点已为该领域相关产品研究、开发工作及工程应用实践所证实。众所周知,作为工程建设领域的设计标准,相关规范应该在严谨、周密的基础性实验及工程应用实践基础上产生,特别是针对洁净气体灭火系统本身存在的局限性,开展其工程应用评价工作,为系统设计规范的制订提供可靠的技术依据是十分必要的。

4　评价技术的研究

针对两类典型灭火系统的特点,目前已在下述三个方面开展了工程应用评价技术的研究工作:

(1)七氟丙烷灭火系统抑制H F产物能力的评价。

申明,并非只有七氟丙烷灭火剂在火场条件下会产生热分解产物H F,哈龙1211及1301在同样的环境条件下亦有此类卤化氢毒害产物生成。以卤代烷1301为例,相关实验发现其卤化氢毒害产物(H F与HB r)生成量体积分数一般为6×10-5～8×10-5[3],

这个数据基本上属于可接受的安全使用范围,而七氟丙烷灭火剂热分解产物的生成量是由多种因素决定的。

图1[4]表明,在7%的设计灭火浓度下,随着火灾种类和规模的变化,七氟丙烷热分解产物H F的生成量变化极大。对于电器类的火灾来讲,其体积分数在1×10-4之内,基本上属于可接受的安全范畴;而对于B类火灾来说,其H F生成量体积分数在某一时间段内可高达1×10-3以上。由此可以看出:针对不同的防护对象,为有效防止H F产物生成而对灭火系统进行评价选择的重要性。

研究表明,增加灭火剂用量、缩短系统喷放时间、

图1　H F的峰值浓度

提高系统的灭火效率[5,6]都是减少七氟丙烷灭火系统产生H F产物的有效途径,适当增加灭火剂用量主要由设计因素决定,而在一定的客观使用条件下,系统喷放时间的长短与设备及部件的固有特性(如容器阀当量长度,管道连接件当量长度等)直接相关;此外,对系统灭火效率起主要作用的是喷嘴的均化雾化性能。由于不同生产商之间的技术来源和基础性研究工作存在的差异,其系统产品对H F产物生成的抑制能力也大相径庭。因此,在特定的实验条件下,对不同厂商生产的系统产品的相关性能进行测试评定并得出其抑制H F能力的客观结论,是此项工作应用评价研究工作的最终目的。

(2)IG541系统喷放时间与喷嘴入口压力对防护区及保护对象的相关影响的评价。

IG541灭火系统的喷放时间为不能大于60s,在灭火剂喷放过程中,以15M Pa或20M Pa方式储存的高压气体体现的是非周期性的动态变化过程,喷放时间短于某一特定的时间段实际上意味着释放速率过快,导致按平均质量流量设计的泄压口(或泄压装置)不能适时满足要求,从而发生局部超压现象——防护区内围护结构及相关保护对象被破坏的几率大为增加。而在使用环境条件确定的情况下,通过对系统减压方式的合理选择、减压装置的合理设计是可以达到以适宜速率喷放这一目的的。

再者,针对60s的喷放时间,在确保系统使用功能的前提下,为防止喷嘴入口压力过高导致对人身或财产造成损害,对喷嘴入口压力必须提出限定要求。

所以,对上述因素进行工程应用评价研究的目的,就是建立在一定的实验条件下判定系统减压装置及喷放装置及喷洒装置实际工效的检验方法和标准,从而对产品能否真正安全有效的达到设计目的提供依据。

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(3)有效降低火场温度的能力的评价。

灭火剂灭火机理不同的气体灭火系统,其有效降低火场温度的能力存在着显著差异。对于两类典型的洁净气体灭火系统来讲同样如此。

图2表明了两类系统在有效降低火场温度能力上存在的差异,对于有着特殊要求的防护对象来说,快速降低火场温度的要求是必需的,如:对于珍贵的古籍图书、文物来讲,即使令其处在200

℃以上的环境中几分

钟,也是不能允许的,需要指出的是,进行此类评价研

究工作的内容体现在三个方面:一是标准设计条件下,二类典型产品降低火场温度能力的一般性评价;二是同一产品在火灾规模种类及防护区规模发生变化时,降低火场温度能力的综合评价;三是同一类别不同厂商的产品在标准实验条件下降低火场温度能力的认定性评价。

图2　10m ×6m ×5m 标准实验室[7]

除了已经阐述的评价内容之外,根据哈龙替代技术研究发展的最新动态及实际需求,结合相关设计、施工及验收规范的制、修订工作,尚应适时开展诸如:“惰性气体灭火系统在火灾蔓延迅速或有可能发生浅度深位火灾场所适用性的评价研究[8]

;七氟丙烷灭火系统在大幅度提高储存压力后,系统及部件工程应用性能的评价研究;采用工程简化安全评估技术[9],根据系统的可靠性及可维护性要求,对压力容器及组件的储存、安装及维护保养工作进行评价研究等”。

总之,根据系统产品在工程应用中出现的问题制定相应的评价标准及实验手段加以解决,对于我国洁净气体灭火系统生产和使用领域的整体技术水平,为制订相应的国家工程建设标准迅速提高提供可靠的技术依据,进一步推动哈龙替代工作的开展都具有十分重要的意义。

参考文献:

[1]　联合国环境计划署.哈龙技术方案委员会报告[R ].1994.

[2]　公安部天津消防研究所.哈龙灭火剂替代品及哈龙灭火系统替代

技术的研究.全国部分省市哈龙淘汰工作会议方案,2002.12.

[3]　谢德隆.卤代烷固定灭火系统[M ].

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term ediate Scale T esting [C ].H alon A lternative T echnical W o rk 2ing Conference ,1993,N ew M exico Engineering R esearch Insti 2tute .

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明)[S ].

[7]　深圳因特安全技术有限公司.洁净气体灭火系统功能性试验报告

( )[R ],2000.

[8]　Substitutes Fo r H alon 1301as 2To tal F looding U.S .EPA.[9]　骆庆裕.在用小型薄壁压力容器安全评估技术[J ].无损探测,

1998(12).

Study on the eng i neer i ng application assess m en t technology of clean gas f ire exti nguish i ng system

DON G J ing 2fei

(T ian jin F ire R esearch In stitu te of M PS ,T ian jin 300381,Ch ina )Abstract :T he m ain cau se fo r the p rob lem s occu rred in the ap 2p licati on of clean gas fire ex tingu ish ing system has been ana 2lyzed .T he necessity to conduct engineering app licati on assess 2m en t study and som e related operati on s have been p resen ted .T he paper emphasized that the study on the engineering as 2sess m en t has far 2reach ing m ean ing in i m p roving and m ending the related p roduct standards and i m p roving the revisi on of na 2ti onal engineering standards

.Key words :clean gas fire ex tingu ish ing system ;engineering app licati on ;assess m en t techno logy

作者简介:东靖飞(1962-),男,公安部天津消防研究所副所长,副研究员,国家工程建设标准《七氟丙烷灭火系统设计规范》、《建筑消防设施施工及验收规范》编制组组长,天津市卫津南路110号,300381。

联系电话:022-********

收稿日期:2003-08-20

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