肖楠
深圳市地铁集团有限公司运营总部 广东深圳 518055
摘要：探讨气体灭火系统应用于地铁中，在保护重要财物和设备上发挥着重要的作用，并可以用于贵重物品的灭火保护，如计算机、档案、精密电子仪等不宜用水进行灭火的物品。本文并将从灭火气体的种类、灭火系统的组成及分类、灭火系统的工作原理和灭火系统的设计流程以及相关计算方法等几个方面进行介绍。最后将结合北京地铁10号线和南京地铁1号线的实例进行分析。
关键词：气体灭火系统；灭火警报；灭火气体种类；系统设计及相关计算
引言
地铁作为作为一种快捷、安全、绿色、环保的交通方式，目前，已经被广泛地被人们所接受。截止到目前为止，中国内地的地铁轨道已经超过44条运营路线，总里程超过一千公里，另外仍有将近两千公里的地铁轨道正在规划筹建中。其中，北京的10号线的地铁线路总长约24.55公里，一共设置了22座车站，跨越海淀、朝阳、丰台三个行政区，全部为地下线路；南京的1号线路设置了8个车站，并且都装有气体自动灭火系统。地铁一般都是建于地下，属于地下建筑，因此，其消防工作就更应该引起重视。
一、气体灭火报警系统及控制系统的组成
气体灭火系统具有不同的种类，按照结构差异，可以将气体灭火系统分为以下几类：无管网灭火系统、管网灭火系统和组合灭火系统、全淹没式系统和局部应用系统，目前使用最多就是管网灭火系统，其结构是由两部分组成，即管网系统和报警控制系统。每个保护区都是一个独立封闭的空间，并且都是由管网和报警系统组成，两系统又各自独立，每个独立的系统的功能包括对防火阀、电磁阀和警铃等设备的操纵和控制。管网系统的组成部分包括气体钢瓶、阀门、气体输送管道和喷头等。两个系统虽然相互独立，但是在工作运行时又相互协同，共同完成灭火任务。气体灭火系统的自动报警及控制装置的结构下图所示：
二、气体灭火系统中的气体分类及灭火原理
2.1灭火气体分类
气体灭火系统中使用气体的原则是不能危害臭氧层，比如卤代烷灭火剂1301和1211都会对臭氧层产生伤害，因此这两种灭火剂已经被淘汰。在选择气体时，要从绿色环保和高效的角度考虑。目前比较常用的灭火气体主要有二氧化碳、氮气、惰性气体、七氟甲烷、三氟甲烷和惰性混合气体。
（1）三氟甲烷，又称为三氟甲，是一种无色无味，且不导电的卤代烷替代物。其灭火浓度不低于15.6%，不产生生理毒性的最高浓度为50%，产生生理毒性的的最低浓度为90%。
（2）七氟丙烷，是无色无味，不导电，无二次污染的气体，具有清洁安全，电绝缘性优良和灭火效率高等特点，并且对臭氧层无破坏，残留于空气中的时间短。灭火浓度为7.5%-10%，产生生理毒性的最低浓度为10.5%，不产生生理毒性的最高浓度为9%。
（3）惰性混合气体，是由体积百分比为52%的氮气（N2）、40%的氩气（Ar）和8%的二氧化碳（CO2）混合配制而成。其产生生理毒性的最低的浓度为52%，不产生生理毒性的最高浓度为43%。但是使用这种气体灭火时，由于储存压力比较高，因此在设计管网系统时会增加复杂程度。
2.2灭火工作原理
气体灭火系统是通过降低燃烧物体周围的氧气浓度，进而抑制燃烧的继续进行，最终引起火焰窒息，而起到灭火的作用。气体灭火系统的工作原理主要3种操作方式有三种：自动操作、手动操作和紧急机械手动操作。
2.2.1自动操作方式
控制系统处于自动工作状态时，将会通过火灾探测器对保护区域进行实时监控，一旦发现有火灾发生，火灾探测器将发出信号，与此同时启动气体灭火系统开关。自动完成探测、报警、联动控制及灭火整个过程。自动系统的完成灭火的过程分为三步：
第一，防护区内的火灾探测器能够只能感应烟雾，并通过火灾探测器通知防护区内的人员撤离，同时向FAS提供火灾预报警信号。
第二，同一个防护区域内的气体灭火控制器，收到防护区内的火警报警器的报警信号时，将会启动防护区内外蜂鸣器和闪灯，同时发送给FAS火灾确认信号，并进入延时状态，延时状态将会持续30s左右。在这期间如果发现是系统发生错误操作，或者火情较小，使用提式灭火器即可将其扑灭，现场操作人员可以及时长时间持续按下防护区内外的紧急暂停开关，阻止系统释放药剂灭火，松开时开关可以开启灭火气体释放。
第三，延时30S结束后，气体灭火系统将启动气体释放，依次打开相关的选择阀、瓶头阀，灭火气体通过管道和喷嘴喷射到相应的防护区内。气体释放信号同时传入FAS系统，控制盘将会启动防护区外面的指示灯，指示灯警告区外人员禁止进入，直到系统确认火灾已经被扑灭。
2.2.2手动操作方式
手动操作方式是在电气控制的基础上进行操作的，即是在发现火灾发生时，现场人员按下紧急启动按钮，灭火控制器就会发出光、声报警信号，同时输出联动信号指令，也会经过一段时间的延时，然后启动灭火气体释放的程序进行灭火。北京10号线地铁的手动灭火方式有两种，一是在防护区门外安装有紧急启动开关，现场人员按下开关可以紧急灭火；而是在车站控制室内装有紧急启动开关，车站工作人员在确认火灾发生时，可以按下开关，及时释放灭火气体，进行实时灭火。
2.2.3紧急机械操作
紧急机械操作方式是在自动和手动方式失效时的应急操作，是一种机械方式的操作，需要工作人员以手动的方式启动气体灭火系统。这种操作方式是通过设置在钢瓶间的灭火气体钢瓶瓶头的阀门和区域选择阀上的紧急机械启动装置，启动气体灭火系统。在释放气体之前要通知所有人员撤离，打开或者关闭两栋联动设备，在将电磁阀上的安全卡片拔出，通过压下手柄打开电磁阀，释放灭火气体：依次打开选择阀和瓶头阀，释放灭火剂，进行灭火。如果正好遇到设备检修，可以打开相应的选择阀的手柄，敞开压臂门，打开选择阀，然后用手柄打开瓶头阀，释放灭火气体，实施灭火。
三、气体灭火系统的设计流程和相关计算方法
地铁车站一般建于地下，给灭火的运输和储存都带来一定的不便，因此在选择灭火气体时，要选择具有储存压力低、气体易压缩、造价低廉等特点，这样在压缩后，同等体积的气体需要的瓶子较少，储存起来更加方便。相比较而言，七氟甲烷的优越性要高于惰性混合气体和高压细水雾。下面的相关计算和设计流程就以七氟甲烷为例进行分析。
3.1气体灭火的设计流程
依据相关规定，设计系统使用管网系统时，一个防护区的容积不应该大于3600m3，面积应该小于或等于800m2，除此之外，防护区内的温度和压力等参数都要符合相关规定。其中，防护区内的泄压口面积按照以下公式进行计算：
公式中为泄压口的面积，单位为m2；K为泄压口面积系数，不同的灭火剂系数的选取可以参考技术措施；Qx是洁净气体在防护区的释放速率；Pf是围护结构能够承受的压强。
3.2灭火气体用量的计算方法
当灭火气体采用七氟甲烷时，防护区灭火剂设计用量的计算采用以下公式：
S = 0.1269 + 0.000513T
上述公式中，W为防护区七氟甲烷的灭火设计时的用量（Kg）；V是防护区的净容量（m3）；k是海拔高度的修正系数；C是七氟甲烷灭火设计浓度或多花设计浓度（%）；S是七氟甲烷过热蒸汽在101KPa和防护区最低环境温度下的比容（m3/Kg）；T是防护区的最低环境温度（℃）。
按照以上公式进行计算，可以算出专用电器房间的灭火气体浓度，按9%选取，在根据具体的防护区域面积确定防护区的净容积，下面是采用七氟甲烷作为灭火气体时的灭火剂用量：
四、结语
在气体灭火系统的设计过程中，不仅要注意设计灭火系统的类别、灭火气体的种类、灭火剂的用量和火灾探测器的组装，还要在安装的方式上、结构的设计上、以及减少信号的干扰上加以重视，选用探测器时，应注意将防护区的地板层和顶板层合成一个保护区。同时，在系统的运行的过程中，还要注意系统的维护和保养。另外，在系统的设计中难免会存在种种漏洞，这就需要设计人员不断的学习和沟通，逐渐解决系统中存在的问题，并及时关注设计中的新标准，使得系统的设计更加完善。
参考文献：
[1]于晓波.浅谈气体灭火在地铁站设计中的应用[J]，铁道建筑技术，2012-08-10.
[2]徐光银.南京地铁1号线南延线的气体消防设计[J]，城市轨道交通研究，2010-05-15.
[3]赵华伟.地铁气体灭火报警及控制系统设计{J}，都市快轨交通，209-02-18.
论文作者:肖楠
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/24
标签：气体论文; 灭火系统论文; 防护论文; 系统论文; 甲烷论文; 浓度论文; 操作论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;