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解析钢铁冶金行业气体灭火剂设计选择
发布人:市场部 发布日期:2013-1-6
      钢铁行业是我国的支柱产业之一,几年以来,国内新建、扩建和改建钢铁生产线层出不穷。这些生产线多数都根据消防法律法规的要求建设了火灾自动报警系统和灭火系统。但由于我国的消防法律法规普及程度不够,消防基础设施薄弱,对于新建钢铁厂的各重点消防监控对象究竟应该采取哪种灭火方式仍然众说纷纭,对消防系统的设计也是各展所长。在这些系统中,气体灭火系统由于灭火效率高、灭火后残余物少而受到广泛应用。GB50414-2007《钢铁冶金企业设计防火规范》中对钢铁冶金企业自动灭火系统设置场所作出规定,一些重要的被保护对象如单台容量在40MVA及以上的油浸电力变压器、储油总容积≥2m3的地下液压站和润滑油站等处需要设置自动灭火系统,但仅给出了宜选用的系统类型而未具体作出规定。本文结合在钢铁厂多年的消防实践经验,专门就钢铁行业现行的气体灭火系统选型做简要的分析对比,以便消防系统规划和设计人员参考。
      本文中,超细水雾即指系统工作压力大于3.45MpaDv0.1≤100μmDv0.90≤200μm的细水雾灭火系统。
钢铁行业的火灾隐患分析
      钢铁冶金企业的生产工艺过程包括采矿、选矿、综合原料场、焦化、石灰、烧结、球团、炼铁、炼钢、热轧、冷轧等,这些场合中火灾危险性较大的主要有:
1)冷轧的彩涂车间。由于彩涂车间大量使用油漆,其中稀料占一半左右,而常用的稀料闪点大多在28℃以下,所以基本属于甲类液体,火灾危险性极高。在硝基油漆中还含有非常容易燃烧的硝化棉。
2)电气地下室、电缆夹层。这些场合电缆密布,由于轧机的过载或轧制频率变化,再加上电缆皮老化,电缆经常过热,在所有的钢铁行业火灾中,电缆火发生的频率最高。
3)液压站、润滑油站。尤其是地下建筑中,油站充满可燃油,一旦发生火灾难以施救。
4)各配电室、控制室、操作室等核心部位。虽然它们自身火灾危险性不大,但很容易受到电缆火的牵连,这些部位安放了大量的贵重设备,发生火灾后造成的损失也很大。
常用的气体灭火剂对比
      在我国,常用的气体灭火剂包括HFC-227(七氟丙烷)CO2SDE、超细水雾(也属于水灭火系统)、IG541(烟烙尽)、超细干粉、氮气等,当然效果最好的灭火剂还是12111301,但根据联合国环境规划署(UNEP)的规定:发达国家自1994年起停止生产哈龙灭火剂;发展中国家(含中国)自2005年起停止生产哈龙1211灭火剂,自2010年起停止生产哈龙1301灭火剂[4]。现在原有的1211灭火剂逐渐到期,1301灭火剂的更换也近在眉睫。下面就各种气体灭火剂的灭火机理、毒性、优缺点及成本等方面进行对比:
2.1

 

毒性

价格

21℃存储压力

安全性

灭火机理

安装方式

七氟丙烷

低毒

较高

2.5/4.2Mpa

较好

化学灭火,中断燃烧链

管网/预制

二氧化碳

低毒

2/5.17/15MPa

不好

窒息兼轻微的冷却机制

管网

SDE

无毒

1.6Mpa

不好

物理灭火为主,化学灭火为辅

管网/预制

超细水雾

无毒

较高

常压

冷却、窒息

管网/预制

烟烙尽

无毒

15Mpa

较好

窒息灭火

管网/预制

超细干粉

无毒

较高

常压

化学灭火为主,物理降温为辅

悬挂

气溶胶

低毒

常压

不好

化学抑制燃烧、稀释氧气

悬挂

1301

无毒

2.5/4.2Mpa

较好

化学灭火

管网

氮气

无毒

15MPa

不好

窒息

管网/预制

      由表2.1中可以看出,各种气体灭火剂在毒性的设计方面做得都不错,实际上只有七氟丙烷和气溶胶稍有毒性,二氧化碳只是因为超过一定浓度时对人体有伤害所以也被列入低毒。在价格方面,七氟丙烷和超细干粉的制备需要较高的技术所以比其它灭火剂贵,同样道理,更贵的是烟烙尽,超细水雾的价格较高是因为设备和管道成本较大;在存储方面超细水雾、干粉和气溶胶不需要压力容器,而高压二氧化碳和氮气则需压力高达15Mpa的钢瓶充装,所以比, 较容易产生泄漏。在使用安全性方面由于水和干粉是完全对人体无害的,所以它们的安全性最好,而主要靠窒息灭火的二氧化氮、SDE、氮气存在人身伤害的可能,所以安全性不好。安装方式方面超细干粉和气溶胶安装简单,占地面积小,而其他灭火剂需要根据被保护对象的特点布置管道和喷头,或者直接将预制设备摆放到现场。
2.2

 

缺点

常温下气态,无色、无臭、不导电、大气存留期较短,灭火速度快

腐蚀性大,长贮时会产生有毒气体/能产生温室效应、不是真正的环保消防产品,分解产生氢氟酸,对人员及设备有害,成本高

容易被液化,容易罐装、储存,制造难度小,无污染、无腐蚀和破坏作用

瓶组数多,占地面积大,压力高。系统的附属配件多,系统发生故障的机率增加。年泄漏率达到5%左右,每年补压困难。使用CO2的设计浓度太高,还有可能使未能从防护区安全撤离的人员发生窒息死亡。灭火气体用量大,膨胀时有放电现象

高效,无复燃

灭火剂燃烧产生的高温会增加封闭体系的平均温度,其有机组分的不完全燃烧会生成污染环境的气体产物,而固体微粒有污染和腐蚀

污染、水量少、效果好

设备结构复杂,技术要求高,且灭遮挡火有困难

无残留,灭火速度快、无污染,对大气臭氧层无破坏作用

使用过程中温度骤降易造成仪器设备结露、价格性能比远低于哈龙灭火剂、不能利用原哈龙灭火系统的管网,灭火时用量大;灭火器内压高。

灭火能力强,灭火速度快,不导电、无毒无害、无腐蚀,对人体皮肤无刺激、对环境无污染

抗复燃性差,无法提供全淹没式保护,非洁净灭火剂,对仪器设备有损害,无法自动工作,不能组成灭火系统,采用的是雷管、导火索等、炸药,本身就是危险品,遇到雷点、静电、撞击等都可能误启动。

灭火效果好,既可用于相对密闭空间,又可用于开放空间。

安全性能较差,有“热连带反应”不适合用来抑暴和惰化,因其靠燃烧产生气溶胶灭火剂本身就是点火源。对阴燃物的火灾,热气溶胶的灭火效果也较差。普通气溶胶灭火系统可靠性差,误启动可能性大,残留物很难降解

灭火速度快、效率高

破坏大气臭氧层

无污染、制备方便

系统贮瓶压力大,随着温度的升高,泄漏量增大

      由表2.2可以看出,各种灭火剂各有优缺点,但出于设计习惯,钢铁行业常用的灭火剂是七氟丙烷、二氧化碳和超细水雾。在这些灭火剂中,超细水雾和其它灭火剂还有一点明显的不同,就是管网式的超细水雾在理论上水可以无限量地喷放,而其它灭火剂是一次性的,都不能抗复燃。
2.3

规范支持

七氟丙烷

GB 18614-2002《七氟丙烷(HFC227ea)灭火剂》

《气体灭火系统设计规范》

二氧化碳

GB 4396-2005《二氧化碳灭火剂》

GB 50193-1999《二氧化碳灭火系统设计规范》

SDE

DB32/399-2000《SDE气体灭火系统设计、施工、验收规范》

超细水雾

DB42/282-2004、DB33/1010-2002、DBJ01-74-2003《细水雾灭火系统设计、施工及验收规范》、DGJ32/J09-2005《细水雾灭火系统设计、施工及验收规程》

烟烙尽

《气体灭火系统设计规范》

超细干粉

DB41/340-2004《脉冲超细干粉自动灭火装置配置设计规范》

DB34/T494-2005《脉冲超细干粉自动灭火装置系统设计、施工及验收规范》

气溶胶

《气体灭火系统设计规范》

1301

GB 50163-1992《卤代烷1301灭火系统设计规范》

 氮气

GB/T 3864-1983《工业用气态氮》

DBJ15-47-2005《IG100气体灭火系统设计、施工及验收规范》

      由表2.3可以看出,《气体灭火系统设计规范》支持了七氟丙烷、烟烙尽和气溶胶三种灭火方式,而超细水雾受到四个地方规范的支持,新的国家规范也正在编制中,可以说是代表了未来的自动灭火系统的发展方向。
钢铁行业对气体灭火剂的需求分析
《钢铁冶金企业设计防火规范》中需要设置气体灭火系统的部位可以表示为:

设置场所

设置要求

宜选用的系统类型

1

控制室、电气室、通讯中心(含交换机室、总配线室和电力室等)、操作室、调度室

宜设

气体、S型气溶胶、细水雾等

2

大、中型钢铁企业的计算(信息)中心、区域管理计算站及各主要生产车间计算机室的主机房、软硬件开发维护室、不间断电源室、缓冲室、纸库、光或磁记录材料库等

宜设

 

气体、S型气溶胶等

3

单台设备油量100kg以上的配电室、大于等于8MVA且小于40MVA的油浸变压器室、油浸电抗器室,有可燃介质的电容器室

宜设

 

水喷雾、细水雾、气体、S型气溶胶等

4

单台容量在40MVA及以上的油浸电力变压器

应设

水喷雾、细水雾、气体等

5

柴油发电机房

总装机容量>400kVA

应设

水喷雾、细水雾、气体等

总装机容量≤400kVA

宜设

6

不锈钢冷轧机组、修磨机组(含机舱、机坑、附属地下油库和烟气排放系统)

应设

气体等

7

燃气-蒸汽联合循环发电系统(CCPP)的罩内

宜设

气体等

8

彩涂车间涂料库、涂层室、涂料预混间

应设

气体、泡沫等

9

激光焊机室等特殊贵重的设备室

宜设

气体、S型气溶胶等

      通过第2节的对比可以看出,在上表的12项等场所,由于电气设备本身比较精密贵重,且有人员常驻,对气体灭火系统的要求首先要保证人身安全,其次在实施灭火后不能对电气设备产生腐蚀,所以七氟丙烷、超细水雾和烟烙尽是比较好的选择,如果经济条件允许,应该选择烟烙尽。但目前多数钢铁厂从节约成本出发,都采用了七氟丙烷系统。
      对于345项,一般空间都比较大,没有人员在现场,使用低成本的灭火剂比较合适,从灭火效果来看水喷雾或细水雾是比较好的选择,如果这些场合都在室内,也可以考虑采用没有腐蚀性的灭火剂如超细干粉,需要注意的是4中的某些大型的油浸电力变压器露天安置,此时使用水喷雾才能达效。
      对于6789项的机组,由于火灾发生都比较突然,需要迅速灭火,设备又处于敞开空间,此时采用能够进行局部应用的气体灭火系统比较有效,二氧化碳系统是最常用的设计。
      在某些场合,如12的建筑距离电缆层比较近,而电缆层又设计了超细水雾灭火系统的话,直接将超细水雾系统引入也是个不错的选择。
      值得注意的是,近期对氮气灭火系统的设计也突破了以往高压存储的界限,钢铁厂充足的氮气资源提供了足够的灭火剂量,氮气本身无毒、无副作用的优点也预示着它很有可能成为钢铁行业继卤代烷灭火剂的理想替代品,但究竟如何设计才能达到最好的灭火效率仍然值得拭目以待。
结论
      在我国,钢铁冶金行业长期以来以安全适用、技术先进和经济合理作为消防系统设计原则。但在12111301气体灭火剂在我国的使用受限后,以细水雾为代表的新型灭火系统层出不穷,钢铁行业自动灭火系统设计显然没有跟得上灭火系统研制开发的步伐,如某些地区仍然沿用在电缆隧道中使用二氧化碳作为灭火剂的做法,既不安全又不经济。本文根据新的《钢铁冶金企业设计防火规范》中对钢铁冶金行业应用气体灭火剂的场所的要求,结合自身的实践经验,简要地分析了各种常见气体灭火剂的特点,并给出了符合规范要求的设计思路。希望能为从事钢铁冶金行业消防系统设计的人员提供一点借鉴。
文章来源:网络                              作者:佚名
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