气体灭火技术在化工企业消防中的应用

刘军伟(北京市消防救援总队大兴区消防救援支队，北京 102600)

0 引言

化工企业经营规模的持续扩大，使得越来越多易燃易爆化学危险品出现在化工企业各个区域，这给化工企业埋下了一些消防安全隐患，也在很大程度上提高了化工企业消防安全事故的破坏性和危害性。化工企业消防安全事故处置一直都是业内人士重点研究内容，尤其是化工企业火灾扑救中的合理性灭火技术选择。在传统模式下，用水灭火是处置火灾事故最为简单直接的技术，但这种灭火技术无法满足新时代化工企业消防事故处置需求，如果盲目使用水源作为灭火剂，会造成极为严重的安全事故，甚至有可能导致消防救援人员意外伤亡。气体灭火技术在目前消防应急救援领域应用非常广泛，尤其适合用于化工企业消防应急救援行动中，值得继续开展一系列深入研究，旨在提高化工企业消防安全事故处置安全性和有效性。

1 气体灭火技术简述

从目前气体灭火技术发展情况来看，整体发展形势良好，各种气体灭火技术都有着各自的优势和缺陷，在化工企业中不同类型的火灾事故也有着比较特殊的应用效果，可以根据化工企业火灾事故类型，选择相适应的气体灭火技术，这样能够最大限度地保证消防灭火救援处置有效性。气体灭火技术已经较为成熟，当系统识别到火灾事故，便可以发出预警信号，然后启动装置，将储存容器中的灭火剂喷射出来，从而起到灭火救援的基本目的[1]。

目前，在化工企业火灾处置中的气体灭火剂的种类较多，如：七氟丙烷、二氧化碳、混合气体等均是较为常见的气体灭火技术类型。气体灭火剂能够通过隔离、冷却以及化学反应等方式抑制明火燃烧，从而起到扑灭火灾的基本目的。

2 气体灭火技术的主要分类及优势分析

2.1 含氟类气体灭火技术

含氟类气体灭火技术是目前化工企业应用较为广泛的气体灭火技术，其中以七氟丙烷、三氟甲烷等，能够起到比较好的灭火处置效果。

2.1.1 七氟丙烷

七氟丙烷(HFC-227ea)，是目前化工企业火灾处置中应用较为广泛的气体灭火剂。七氟丙烷的化学结构较为稳定，物理性质具有无色无味、毒性较低等优势特点。七氟丙烷的密度要明显高于空气密度，尤其对密度较低的化工企业火灾事故，有着较为理想的处置效果，可以快速覆盖在明火表面，阻断火势的继续燃烧和扩大。七氟丙烷在化工企业中的火灾处置中广泛应用，并不会对自然生态环境造成破坏。由于其绝缘性较好，因此在化工企业火灾救援中不会出现导电情况，能够有效保证消防应急救援人员的人身安全。而且，七氟丙烷不会对臭氧层产生破坏，即便遇到高温燃烧侵袭也不会出现残留物质，在应对化工企业火灾处置过程中，七氟丙烷的安全性和有效性较高。七氟丙烷气体消防设施占地面积并不大，因此不会对化工企业的正常生产经营造成干扰，能够有效提高化工企业的消防安全管理水平[2]。

七氟丙烷大多被应用于化工企业的电气系统领域，比如：供电机房、生产设施控制室等重点区域。虽然七氟丙烷能够展现出比较突出的灭火救援处置效果，但七氟丙烷的自身短板也较为明显。比如七氟丙烷具有比较明显的挥发性，难以处置化工企业坑洞中的火灾事故，且难以扑灭起火点中心区域的明火。七氟丙烷在高温条件下，容易发生化学反应，随即产生氟化氢(HF)。氟化氢的化学性质较为危险，具有强酸性，容易对化工企业建筑物的钢结构、生产设备、储罐支撑装置等造成强腐蚀，这样便容易增加化工企业灭火救援安全风险系数，极易出现建筑结构以及储罐坍塌，从而对现场救援人身安全造成巨大影响，而且氟化氢还容易对人体皮肤、呼吸道等造成灼伤。除此之外，七氟丙烷在火灾处置中的应用成本较高，这样也限制了七氟丙烷在化工企业火灾处置中的推广应用。

2.1.2 三氟甲烷

三氟甲烷(HFC-23)，这种气体灭火剂的理化性质也比较稳定性，在常温条件下具有无色、无味、不可燃、不导电特性，而且三氟甲烷的密度要高于空气密度。三氟甲烷的适用范围较大，对环境温度并未有比较高的要求，即便在秋冬季节天气较为寒冷时段，也可以使用三氟甲烷进行灭火救援。三氟甲烷不会对人体造成呼吸困难问题，在人员较为密集的区域，三氟甲烷有着较好的应用效果。需要注意的是，三氟甲烷灭火剂在高温条件下，容易与可燃气体发生反应并分解出有毒有害的氟化物，如果灭火救援人员未能做好安全防护，容易出现中毒情况，因此在灭火救援中的使用应当特别注意防毒保护[3]。

2.2 二氧化碳气体灭火技术

二氧化碳是应用最为广泛的气体灭火剂之一，在气体灭火技术领域有着举足轻重的地位，具有毒性低、灭火能力突出、绝缘性能良好等突出优势，而且不会对钢构件、钢筋混凝土结构等类型的建筑物以及设施设备造成腐蚀等不利影响，是目前消防领域比较受到人们认可的气体灭火技术。

二氧化碳气体灭火剂无色无臭，不具备燃烧能力，也不会促进火势燃烧，而且二氧化碳可以被压缩，并储存至高压气罐中。二氧化碳气体灭火剂在制备过程中，通常采取吸附膨胀脱附法或者吸附精馏法，两种方法都能够制备出纯度比较高的二氧化碳气体灭火剂。二氧化碳气体灭火技术应用范围比较广泛，尤其适合在化工企业等特殊场所的火灾处置中应用。

二氧化碳气体灭火技术的原理是通过窒息作用和冷却作用进行灭火救援。当二氧化碳气体灭火剂从压力罐中释放出来之后，能够快速排除起火物体表面的氧气，将起火物体包裹在二氧化碳气体中，降低起火物体周围氧气含量，从而达到窒息灭火的目的。二氧化碳气体灭火剂在储罐中喷射而出后，降低起火物体周围的温度，从而起到冷却灭火的作用。

二氧化碳气体灭火剂由于流动性比较好，喷射率比较高，而且不会对钢结构等造成腐蚀，因此被广泛用于化工企业火灾处置中，比如：油料起火、甲醇乙醇起火等、天然气起火、甲烷乙烷起火、氢气起火，还包括对化工企业火灾中存在的电气火灾。在使用二氧化碳气体灭火剂时，必须要将二氧化碳气体灭火装置安装在通风效果比较好的区域，周围不能出现任何火源，而且要避免受到高温、高压影响，严禁被阳光直射。且二氧化碳气体灭火装置的支撑装置、钢瓶不能出现生锈情况，应保护好阀门、喷管等重要装置。如果在室内使用，需要确保室内没有人员停留，而且在使用完二氧化碳气体灭火剂之后，应待室内空气完全流通之后方可进入，这样能够避免灭火救援人员出现窒息情况。即便在室外空旷的区域使用二氧化碳气体灭火剂，也需要充分考虑到风向、风力等因素，避免风向突然改变或者风向选择不正确，导致灭火救援吸入过量二氧化碳，最终引起窒息死亡。

无论二氧化碳灭火装置中的灭火剂是否完全使用干净，只要启用了二氧化碳气体灭火装置，就需要重新填装二氧化碳气体灭火剂。如果二氧化碳气体灭火装置出现了故障，应由专业的人员进行维修，不能私自进行拆卸，以防气瓶出现爆炸等意外安全情况[4]。

2.3 惰性气体灭火技术

惰性气体灭火技术被广泛应用于火灾高发区域，比如：化工企业、计算机机房等重点场所区域。惰性气体灭火剂主要分为IG541、IG01、IG100、IG55等，根据调整氮气、氩气、二氧化碳的成分比例，制备出不同型号的惰性气体灭火剂。惰性气体符合“绿色”气体灭火剂的标准，这主要是由于惰性气体灭火剂的主要成分为天然或者工业副产物，并不会对生态环境造成破坏。

IG01惰性气体灭火剂主要成分为氩气；IG100气体灭火剂的主要成分为氮气；IG55气体灭火剂的主要成分为氮气和氩气，并且二者质量分别为50%；IG541气体灭火剂的主要成分为氮气、氩气以及二氧化碳，三种物质按照相应的比例进行混合，通常情况下，氮气的比例为52%，氩气的比例为40%，而二氧化碳的比例为8%。

与传统化学气体灭火剂相比，惰性气体灭火剂的优势比较明显，除了具有“绿色环保”特点，惰性气体灭火剂在喷射时，并不会出现冷凝效应，因此不会产生明显的视觉障碍，不会对人体以及机械设备造成不利影响。而且由于惰性气体主要原理是窒息灭火，因此不会在高温条件下形成新的分解物。从气体灭火技术的未来发展形势来看，以惰性气体灭火技术为主的绿色环保气体灭火技术发展空间巨大，但在短时间内并不会完全替代传统化学气体灭火技术，这主要是由于化学气体灭火技术依旧有惰性气体灭火技术无法匹敌的优势作用。需要注意的是，惰性气体灭火技术需要较高的储存压力，而且需要用到多组气瓶，使用系统具有一定限制条件，只能应用于管网式系统，这是影响惰性气体灭火技术在化工企业消防领域推广应用的主要因素(如表1所示)。

表1 气体灭火技术的优劣势及灭火机理

3 气体灭火技术在化工企业消防中的应用分析

3.1 气体灭火技术的管网与无管网分类

气体灭火技术可以分为无管网和有管网两种。其中，无管网分为柜式和悬挂式两种；管网则主要分为单元独立和组合分配式两种。如果按照加压方式进行分类，气体灭火系统分为自压式、内储压式和外储压式气体灭火系统。

无管网气体灭火系统，需要事先完成灭火剂储罐气瓶以及喷射组件进行预制，然后组装形成的气体灭火装置，具有联动性功能，通常被设置在防火分区内。而有管网系统的气体灭火装置，主要是将灭火剂从储罐气瓶释放，再通过管网输送到喷射装置，通过喷射装置向外喷射。有管网的气体灭火系统需要为储气瓶设置独立的储藏间，这是避免储罐气瓶出现意外情况的重要方式，尤其能够防止现场人员误吸而出现昏迷、窒息等情况。

3.2 气体灭火技术在化工领域中应用的注意事项

在化工企业消防领域运用气体灭火技术时，应充分考虑好安全性和可靠性，比如二氧化碳气体灭火剂不能用于硝化纤维、火药等含氧化剂的化学制品火灾处置，不能用于钾、钠、镁、钛、锆等活泼金属火灾处置，不能用于金属氢化物火灾处置中。而且，在使用二氧化碳气体灭火剂时，必须要清除现场无关人员。从化工企业的消防中实际应用情况来看，二氧化碳、惰性气体、含氟类灭火剂的灭火效果存在较大差异性。比如：二氧化碳的灭火速度较慢，灭火效果不及七氟丙烷和惰性气体灭火剂；二氧化碳灭火技术的环保性较差，而七氟丙烷、惰性气体灭火技术环保效果突出；对灭火救援人员毒害程度，二氧化碳较为严重，而惰性气体则安全性最高。

3.3 气体灭火系统的安装与运维管理

在化工企业安装气体灭火系统时，应根据场地的实际情况，以及灭火救援实际需求，选择最为合适的安装位置。所有装置组件以及设施设备的选型要做到科学合理，不能盲目选择高存储量、高喷射量型号的装置，而是要根据灭火救援实际需求。所有安装组件和设备都应当配有出厂合格证书，所有灭火剂都应当在有效期内。在对储罐气瓶安装时，要保证相关组件安装稳定、牢固，切勿在使用过程中出现松动、滑落等情况。储罐外部应当有明显的警示标志，而且要标明属于哪种气体灭火装置。在储罐气瓶外部还需要依次完成编号处理。在安装管道时，需要做好管道末端的固定处理，将支架与末端喷嘴之间的距离控制在500 mm以下。所有管道都需要安装防晃支架，尤其是管道的穿墙位置、弯道位置，都需要增设。管道的支架需要涂装一层防锈蚀材料，保证管道支架的稳定性。管道安装要依次进行，在确认管道打压参数合格后，方可继续进行下一阶段的管道安装。在集流管安装时，应当做好螺栓固定处理，集流管的内腔要确保干净整洁，并做好进出口的封闭处理。集流管外部需要涂刷红色油漆，并且调整泄压装置的泄压方向。

气体灭火装置中的各类组件以及管道、线槽、储罐气瓶、支撑装置等都应确保无损伤、无腐蚀、无漏电，导线和电缆的连接、绝缘性能、接地电阻等需要符合消防安全管理相关要求。在日常维护过程中，必须要做好各类仪器仪表的检查，喷口的方向要正确，并且没有堵塞情况。对气体灭火系统的组件进行检查，确定各个设施设备以及管道、线槽、支架外观是否有破损情况。在使用气体灭火系统之前，需要对灭火剂的种类进行确认，检查储罐气瓶内的灭火剂存储量、充装压力、充装系数、装量系数等关键参数。储罐气瓶内的气体压力不能低于设计压力，而且不可超过设计压力5%，管道以及启动装置并无卡阻现象。

日常维护还需要严格检查二氧化碳灭火装置的稳定性，如果发现固定装置以及储罐气瓶出现松动情况，应立即采取积极有效的处置措施，并且不允许有人员停留在储瓶间，以防吸入过量二氧化碳而窒息死亡[5]。气体灭火装置应定期进行系统维保，以七氟丙烷灭火系统为例，可以每季度进行一次维保，维保应涉及到各个方面。在进行联动测试时，应分别开展手动模拟测试以及自动模拟测试，而且要定期对气体灭火装置中的储罐气瓶安全性、可靠性进行检查。不同灭火剂类型的气体灭火装置气瓶检验周期不同，需要根据使用场景以及灭火剂种类灵活进行选择。

4 结语

气体灭火技术具有灭火效率高、灭火速度快、保护对象无污损等优点，非常符合在化工企业消防领域中的推广应用，尤其对电气火灾、固体表面火灾、液体火灾等火灾事故有积极有效的处置效果。为了能够切实发挥出气体灭火技术的优势作用，应根据化工企业消防安全管理实际需求，在不同区域设置不同类型的气体灭火装置，再根据不同类型的火灾事故，选择使用不同类型的气体灭火剂，这样能够确保灭火救援的安全性和可靠性。为了避免在使用移动式气体灭火剂时出现安全事故，必须要严格按照灭火救援技战术安排，选择气体灭火喷射阵地。如果属于固定式气体灭火装置，就需要做好气体灭火装置的日常维护，尤其是气瓶的安全保护，防止出现人员伤亡事故。