气体灭火系统的安全性探析

●张继明，邢占芳

气体灭火系统是传统的四大固定式灭火系统(水、气体、泡沫、干粉)之一，应用广泛。但近年来，气体灭火系统自身安全事故频发，如2007年7月21日11时08分，云南省图书馆三楼电子阅览室的二氧化碳气体灭火系统，在未发生火情的情况下，系统喷头突然喷出二氧化碳气体，造成39人受伤［1］。如何做好气体灭火系统的安全防护工作，成为我们最为关心的事。气体灭火系统的主要危险性可以概括如下［2］:气体灭火系统所用的灭火剂为压缩气体或液化气体，拥有较大的能量，在非正常升温或受到强大的外力冲击时有可能发生物理爆炸;气体灭火系统释放灭火剂后会对防护对象产生冷击，防护区内会产生结露，气体灭火系统对防护对象会产生腐蚀等危害;由于控制系统稳定性能不佳，气体灭火系统产生误喷甚至伤人;气体灭火系统的灭火剂对人体有毒害性;设计缺陷致使误动作造成对设置场所及人员的危害等。

一、气体灭火系统安全性存在的问题

(一)气体灭火系统各组件强度不足引发的问题

1.如果气体灭火系统生产厂商不严格执行国家标准与企业标准，那么由于气体灭火系统各组件强度问题而引发物理爆炸的可能性是存在的。下面就IG—541混合气体灭火系统来进行分析，IG—541混合气体灭火系统在允许的储存条件下可能出现的最高压力为27.6±1.4MPa。标准中要求对IG—541混合气体储存容器和容器阀在型式试验时进行60MPa的超压强度试验，并要求对每只进行30MPa液压强度试验。这些试验是部件强度的保证。为了实际使用中的安全，标准还要求在容器阀上设置27.6±1.4MPa动作范围的安全泄压装置。这也就是说在非正常升压情况下，容器内的压力最高可达到29MPa，这相对与液压强度试验压力还是小的。为了保证集流管与管网的安全，标准也要求在集流管上设置动作压力范围27.6±1.4MPa的安全泄压装置。从受压容器的角度分析，其物理爆炸的危险性还是存在的。比如十分严重的机械撞击就可能引发物理爆炸。对管网而言，由于平时处于非受压状态，不存在物理爆炸的前提条件。如果管网不按规范进行选材和施工的在灭火剂释放时就会可能产生物理爆炸。如某广电中心选用了IG—541混合气体灭火系统，在正常状态下，集流管突然发生爆炸，事故原因为集流管焊接质量差，未进行水压强度试验;储存容器阀密封失效引起大量泄漏，泄漏的气体聚在集流管中升压引发爆炸［3］。

2.系统组件质量达不到要求，造成慢性泄漏所带来的安全性问题。气体灭火系统慢性泄漏而引起的安全问题是灭火装置的主要隐患，是气体灭火系统设计、生产中需要切实解决好的问题。如某公司高压配电间选用二氧化碳灭火系统进行防护，在没有火情的情况下误动作，二氧化碳气体全部释放，所幸没有造成人员伤亡和设备损坏。事故原因为，启动气体电磁瓶头阀的第一张膜片有细微的孔洞，气体慢性泄漏，压力聚集所造成误喷。对于高压系统来说，绝对可靠的密封是不存在的，问题是如何避免泄漏出来的气体积累而带来危害。对于机械结构做好这种处理并不难。

(二)火灾自动报警装置与灭火控制器误动作所带来的安全性问题

火灾自动报警装置与控制元件中存在的问题是气体灭火系统产生误喷的主要原因，如某银行的二楼计算机房选用高压二氧化碳进行防护，其二氧化碳气体全部释放，造成一楼两位值班人员中毒。事后分析原因，为报警系统误动作形成24V电压输出而引发了二氧化碳的释放，释放出的二氧化碳经过没有封堵的管道口沉降到一楼值班室造成两位值班人员中毒。因此在这些设备的选型时要注意质量，对性能不稳定误报频繁、配置不完备、维护保养不及时的产品不能选用。

(三)设计缺陷与违章安装所带来的安全性问题

优质的设计与优良的施工可以大大减少事故的隐患，而违章安装和设计缺陷而引起的安全事故在气体灭火系统中也屡见不鲜。如1996年济南市一酒店安装的烟雾自动灭火系统(烟雾自动灭火系统是以烟雾灭火剂在烟雾灭火器内进行燃烧反应，产生出烟雾灭火气体)误动作，灭火器内喷出火焰引燃酒店的可燃装修，引发火灾，造成10人死亡。再如青岛市某酒厂在酒精罐上安装烟雾自动灭火系统时，因施工不当，使灭火系统误动作，灭火器内喷出火焰引爆罐内酒精，酒精罐罐顶被炸飞，所幸没有造成人员伤亡。

(四)围护结构的耐压强度所带来的安全性问题

如某实验室进行灭火实验，灭火剂正常释放时导致玻璃窗飞出击伤两人。事故原因为试验者担心灭火失败用木板钉死泄压口导致泄压口不能正常泄压所致。以IG－541混合气体灭火系统为例，其要求围护结构的耐压强度如表1［4］，这些数据在建筑结构中不是一个小数字，应该引起结构设计师的重视，一旦忽略，极易形成事故隐患。

表1 建筑物的内压允许强度

(五)维护、保养不当所带来的安全性问题

气体灭火系统经常性的维护保养是消除系统安全隐患，保证系统良好运行的必要措施。由于没有一套规范的维护保养制度，加之维护保养费用较高，致使大部分气体灭火系统维护保养停留在面上，发现不了系统运行的隐患，使系统带病运行，有可能引起误动作等安全问题。

(六)灭火剂的毒性所带来的安全性问题

灭火剂的毒性主要是针对防护区内的人员而言，在以全淹没方式设计的防护区内，在灭火剂释放前都有人员疏散的要求。现在已有应用的气体灭火系统中，在设计浓度范围内对人体有毒害的主要是指二氧化碳和1211灭火剂。特别是二氧化碳灭火剂，空气中含量达10%就可以直接导致人员死亡。而二氧化碳系统的最低设计浓度为34%，在此浓度下人员会迅速死亡;二氧化碳比空气重，释放后的二氧化碳会经过门缝和未经严格封堵的开口沉降，沉降的二氧化碳能在低洼处聚集，如果通风不畅，也会带来人员的不适甚至死亡。所以对在二氧化碳灭火系统防护区内工作的工作人员进行安全疏散培训是十分必要的(正常释放过程中，有30s的延时，这一时间足以使人员离开防护区。如果心理上有所准备，哪怕在二氧化碳突然误喷状态，也有足够的时间让自己安全离开防护区，因为设计合理的二氧化碳系统从释放到窒息浓度至少需要15s的时间，且防护区还有配置空气呼吸器或氧气呼吸器的要求)。

(七)灭火剂释放对设备产生危害的安全性问题

灭火剂释放对设备的危害主要是冷击和结露［5］。冷击是指由于灭火剂的释放导致迅速降温而对设备带来的损害，实验表明，二氧化碳灭火剂在全淹没防护区内按设计规定释放可降温6℃，若是真正的灭火释放，这点降温不足以抵消火灾引起的升温，即使是误喷引起降温也不至于带来什么损害，但这并不是说冷击现象不存在，如果是灭火剂喷嘴的布置不合理而导致灭火剂直接喷向精密仪器，设备局部会产生较大的温度变化，冷击现象就有可能发生。

某些文献上说气体灭火剂的释放会导致设备结露，这个观点是不正确的，结露现象产生的条件是空气中水汽分压大于固体表面温度下水的饱和蒸汽压，释放灭火剂后，因为灭火剂中不含水分，水汽在空气中的分压必然下降，空气的气温也下降，而固体热容量大，其表面的温度下降很小，所以对于防护区内的物体来说释放灭火剂会使之更加干燥，但需要说明的是，灭火系统管网上会出现结露，这是由于在灭火剂释放过程中，灭火系统管网温降较大而导致的。灭火剂管网在灭火剂释放后常常会有水滴凝结，所以灭火剂管网正下方的设备应考虑这一因素，若对管网进行保温则可消除这一现象。

二、保证气体灭火系统的可靠性的对策

(一)要保证灭火系统各组件的质量

灭火系统的产品质量会直接影响灭火系统灭火的可靠性，灭火系统的各组件国家标准或企业标准都有动作可靠性试验的要求，某一组件动作不可靠都会导致系统灭火的失败，如选择阀不按规定动作，灭火剂就送不到特定的防护对象处或同时送往几个防护对象处，甚至会造成气体集聚，发生物理爆炸，灭火就更无从谈起。

(二)灭火系统控制系统要保证可靠

灭火系统的操作有自动控制、手动控制、机械应急操作三种启动方式。启动后灭火系统应自动完成灭火剂送往特定防护对象的目的［6］。如有的安装单位，系统开通后选择阀处于开放状态或没有将为运输安全而加的安全装置拆下，这样的系统不但不能灭火，甚至会造成泄露、爆炸等灾害事故。

(三)系统设计要合理且要保证施工质量

气体灭火系统的设计要满足我国现行的设计规范并不难，但具体到某一工程设计中，怎样设计才能更加合理，并非易事。系统的设计用量，灭火剂喷放时间，喷嘴及管网布置，管网尺寸，喷嘴型号等都会对系统的灭火可靠性带来影响，在设计中应重点注意以下两点［7］:一是灭火剂喷放时间应遵循规范要求进行选取，如二氧化碳灭火系统在选取喷放时间时应注意到固体深位火灾与表面火灾的区别等。二是灭火系统管网设计应充分考虑系统释放时灭火剂在防护区内的均匀性，并认真进行设计计算，以计算来确定管网尺寸和喷嘴型号，并对灭火系统进行优化设计，在符合灭火剂喷放时间的前提下，管网尺寸越小越经济合理。

对新研制开发的系统，有关监督部门要按照规定严格把关，对设计不合理的系统决不允许投放市场，且要经过一定时间的测试运行，确保安全后方可投入使用，避免发生事故。对灭火系统的施工应严格落实施工资质管理，杜绝无资质施工，越级施工现象的发生，要严格按规范施工以确保灭火系统的安全性。

(四)围护结构要保持完整

围护结构的完整性是针对全淹没气体灭火系统而言的。由于气体灭火剂良好的扩散性能，围护结构不完整，强度不足，灭火剂释放会破坏围护结构，不仅达不到设计的灭火效果，甚至造成人身伤害事故，应在设计规范中明确每种气体灭火系统围护结构的具体要求，如防护区墙体的厚度、混凝土的标号和钢筋的配比等参数。以便于施工人员，在安装过程中掌握，确保系统安全，并达到设计的灭火效果，同时消防验收规范中也应明确以上的参数，便于验收人员掌握，并严把消防验收环节，确保灭火系统安全有效。

(五)提高维护保养及操作人员的业务素质，加强对系统的维护保养工作

气体灭火系统是在保护场所较长时间设置并运行的，要确保系统始终处于良好的运行状态，必须制定明确的维护保养规程，确定系统保养的时限，保养的步骤、系统每套组件的保养参数和应达到的技术指标;对防护区内工作人员和操作人员也要加强安全疏散的常识性教育和实地演练，使他们了解和掌握防护区内使用的灭火剂毒性及相应的预防处置措施以及疏散逃生的方法。

(六)保持灭火系统与防护对象位置的相对固定

气体灭火系统投用后，就不能随意变更防护对象的固定位置。一旦移动，可能造成灭火剂直接喷向精密仪器，设备局部会产生较大的温度变化，发生冷击现象;或者灭火剂管网在灭火剂释放后水分凝结滴落在仪器上，造成设备受损。若确需变更防护对象应经过设计单位的认可，或重新进行布局设计，防止冷击等现象的发生。

气体灭火系统由于具有的良好灭火性能和灭火后污染小等特点，其应用日趋广泛，发挥着越来越大的作用，但由于设计、施工、维护保养等诸多方面因素的影响，气体灭火系统自身安全事故频发。为提高气体灭火系统的安全性，确保其发挥正常的灭火效能，应站在系统的角度，从设计施工到维护保养等环节全面对其安全性进行分析，只片面的强调某一方面都不能保证整个系统的安全性。

［1］缪维华.气体灭火系统误喷案例的分析及系统使用安全性问题的探讨［J］.消防技术与产品信息，2004，(5):3－7.

［2］寿乐均.气体灭火系统安全性分析［J］.消防科学与技术，2002，(5):56－58.

［3］何沛.气体灭火系统的几个问题［J］.安防科技，2006，(5):28－29.

［4］吴建勋.建筑防火［M］.北京:群众出版社，1985:157－163.

［5］冯逸秋.气体灭火系统安全探讨［J］.防灾博览，2007，(3):22－23.

［6］罗红萍.气体灭火系统受干扰的原因及防范措施［J］.都市快轨交通，2007，(3):97－99.

［7］王伟，王喆.固定式气体灭火系统安全问题分析与对策［J］.科技信息，2007，(30):344－345.