烟烙尽气体灭火系统设计依据的规范和标准

烟烙尽气体灭火系统设计依据的规范和标准
第二篇系统设计
▓烟烙尽气体灭火系统设计依据的规范和标准是什么
烟烙尽气体灭火系统虽然已经在世界范围内大量使用，在中国国内也已经有了数百个工程项目的应用实例，但它进入中国市场的时间应该仍不算长，所以目前国内还未能正式颁布有关烟烙尽气体灭火系统的设计和验收规范。

当然，这个问题也并不是烟烙尽气体灭火系统独有的，其他任何一种卤代烷灭火系统的替代产品目前都面临这这一问题。

在国际上，最目前完整的烟烙尽气体灭火系统设计和验收标准，就是美国国家消防协会制定的NFPA2001标准（洁净药剂灭火系统标准），其最新修订的版本是2000版。

而其他使用烟烙尽气体灭火系统的国家，要么是直接借用了NFPA2001标准，要么是在灭火剂的用量等关键内容上直接借用了NFPA2001标准中的内容、而其他内容则大多参照本国其他气体灭火系统的要求。

例如日本就是采取了后一种方法。

随着烟烙尽气体灭火系统等卤代烷灭火系统的替代产品在中国的进一步推广使用，国家也开始考虑制定相应的规范和标准。

《清洁气体灭火系统设计规范》编制组已编制完成了《清洁气体灭火系统设计规范》，不久将被批准后颁布。

这本《清洁气体灭火系统设计规范》中规定的几种清洁气体，就是美国NFPA2001标准中规定的洁净药剂，其中当然包括了烟烙尽气体灭火系统。

另外，在国家正式颁布有关的规范和标准之前，各地根据各自的实际情况，也在积极准备编制相应的地方标准和规定。

由上海市消防局和上海化工设计院主编的《惰性气体IG-541灭火系统技术规程》内容详尽，包括了烟烙尽气体灭火系统的设计、施工、调试、验收和维护等内容，已经通过专家评审，不久也将作为上海市的地方标准执行。

因此，目前在实际进行烟烙尽气体灭火系统的设计时，建议采取这样的原则：即以NFPA2001标准为基础，结合国内的已有的消防法规和国家及各地正在编制的相关气体灭火系统的内容，并参照消防主管部门提出的具体要求，根据实际情况适当加以补充和修改。

不过，这样的局面即将会得到改观。

▓烟烙尽气体灭火系统是否只能采用全淹没的灭火方式
所谓全淹没的灭火方式，就是在灭火时，向保护区域中喷放一定浓度的灭火剂，并使灭火剂能均匀地充满整个保护区域的空间。

同大多数的气体灭火系统一样，烟烙尽气体灭火系统只能采用全淹没的灭火方式。

因此，在喷放烟烙尽气体时，要求是向整个保护区域的空间均匀地喷放，使整个空间都能充满规定浓度的烟烙尽气体，而不是仅仅对着需要保护的物体喷放。

保护区域的周围也必须有规定的并满足一定耐火和耐压强度要求的围护结构。

▓什么是单元独立系统和组合分配系统
单元独立系统是指用一套气体灭火系统，单独的保护一个保护区域，即“一对一”的系统。

在这种情况下，如果保护区域的数量超过一个，就需要同时设置一套以上的气体灭火系统。

组合分配系统是指用一套气体灭火系统的储存装置（即钢瓶、高压软管、固定支架等），通过不同的管道和控制设备，分别（不在同一时间内）保护一个以上的保护区域，即“一对几”的系统。

因此，烟烙尽气体灭火系统可以根据各个具体工程的需要，灵活地采用单元独立系统和组合分配系统。

而在采用组合分配系统时，还可以比其他气体灭火系统输送更长的距离，也就有可能保护更多的保护区域。

▓烟烙尽气体灭火系统的设计浓度是多少
一般来说，对于烟烙尽气体灭火系统能够扑灭的火灾类型，其最小设计浓度是37.5%，而最高设计浓度是42.8%。

这个设计浓度范围值实际上是针对有人工作的场所，因为在这个设计灭火浓度范围值之内，可以保证在喷放烟烙尽气体时，对仍停留在保护区域中的人员无任何伤害。

但对于无人工作的场合，根据需要，烟烙尽气体灭火系统的设计浓度实际上是可以超出上述的数值。

一般划分有人工作的场所和无人工作的场所，除了要考虑这个场所中平时是否经常有人工作外，最主要的是要考虑在发生火灾时，其中的人员是否能保证在30秒之内撤离。

如果能保证在30秒之内撤离，则这样的场所仍可以作为无人工作的场所。

另外，少部分的B类火灾或C类火灾的最小设计浓度大于37.5%，对于这部分火灾应该将其实际的设计浓度作为最小设计浓度。

最小设计浓度是针对保护区域的预期最低环境温度而定的，一般经计算选定了烟烙尽灭火剂的实际用量后，要求复核其在保护区域预期最高环境温度条件下的实际浓度是否超出42.8%。

▓烟烙尽气体灭火系统的喷放时间为多少
在计算烟烙尽管道系统及保护区域泄压口面积时，会用到烟烙尽气体灭火系统的喷放时间这个概念。

严格地说，喷放时间只是用于系统计算的一个概念，并不是实际意义上的喷放时间。

以往有个说法，即烟烙尽气体灭火系统的喷放时间为1分钟，看来也是不确切的。

实际上烟烙尽气体灭火系统的喷放时间并没有规定一个固定的或确定的值。

在美国的NFPA2001标准中就提出了这样一个要求：喷放时间应该保证在不超过60秒的时间内达到设计浓度的95%。

这里的设计浓度，就是保护区域预期最低环境温度下的最低设计浓度，一般就是37.5%。

一般情况下，如果能在60秒内达到设计浓度的95%，火灾也会在这个时间扑灭。

由于烟烙尽气体喷放时，储存容器中的压力是随着时间推移而逐渐降低。

在喷放的最初阶段，大部分的烟烙尽气体会被喷放掉，并在保护区域中形成一定的浓度。

之后，剩余的烟烙尽气体将在相对较长的时间后才会完全喷放完。

实际真正能够起到灭火效果的也就是最初喷放的这大部分烟烙尽气体。

总的喷放时间反而无任何实际意义。

具体的喷放时间由生产厂商根据试验提出，用于管路系统的流体计算，保证管路系统能在初期就喷放出大部分的烟烙尽气体，并满足在60秒内就达到设计浓度的95%计的具体要求。

不同的生产厂商，可能会有不同的喷放时间。

▓烟烙尽气体灭火系统的灭火时间是否比其他灭火系统长
烟烙尽气体灭火系统要求在60秒内达到设计浓度的95%，而在这个时间内，火灾也会随之扑灭。

因此，将这个60秒理解为烟烙尽气体灭火系统的最大灭火时间也是可以的。

这样的最大灭火时间，和二氧化碳灭火系统在扑灭表面火灾时的设计灭火时间是相同的。

但二氧化碳灭火系统在扑灭深位火灾时，要求灭火时间延长至7分钟。

由此看出烟烙尽气体灭火系统的灭火时间并不算长。

卤代烷灭火系统和另外一些采用化学合成药剂作为灭火剂的卤代烷灭火系统的替代品，如果不能在短时间内将火灾扑灭，所使用的灭火药剂在高温的作用下，会分解产生大量的有毒化学分解物，会对人员和财产造成伤害。

所以，在有关的规范和规定中明确了这些灭火系统必须采用较短的设计灭火时间，一般都要求在10秒之内。

另外，并不是说烟烙尽气体灭火系统实际扑灭火灾的时间确实要花费那么多，在按照UL标准所做的烟烙尽气体灭火系统的灭火实验中，烟烙尽气体灭火系统平均都在24秒钟内就将火灾扑灭，而且快于其他气体灭火系统。

▓烟烙尽气体灭火系统中包括有哪些基本设备
烟烙尽气体灭火系统的设备可以分成两大部分，即药剂储存和喷放设备、报警和控制设备。

药剂储存和喷放设备主要包括有烟烙尽气体钢瓶、钢瓶固定支架、瓶头阀电磁启动器、瓶头阀手动启动器、高压软管、气动软管、止回阀、泄气螺塞、减压孔板、区域选择阀、喷嘴、喷嘴挡流罩等。

报警和控制设备主要包括有火灾探测器、控制盘、手拉开关、紧急停止开关、手动/自动选择开关、警铃、蜂鸣器和闪灯、气体释放指示灯、主用/备用选择开关、压力开关等。

一般的烟烙尽气体灭火系统，根据需要会选择采用以上的部分或全部的系统基本设备。

▓烟烙尽气体灭火系统的设计过程大致可分为哪几步
烟烙尽气体灭火系统的设计，大致可分为以下几个步骤：
□划分和确定烟烙尽气体灭火系统的保护区域；
□在同一保护区域中根据情况划分和确定不同的保护空间；
□计算保护区域或保护空间的体积；
□确定保护区域或保护空间的预期最低环境温度和预期最高环境温度和正常工作环境温度；
□按预期最低环境温度和最小设计浓度确定设计淹没系数；
□根据保护区域或保护空间的体积、设计淹没系数计算需要最小的烟烙尽气体量；
□根据保护区域的海拔高度修正烟烙尽气体量；
□根据需要最小的气体量选择烟烙尽气体的钢瓶数并计算实际使用的气体量；
□根据实际使用的气体量复核在预期最高环境温度下的实际浓度；
□根据实际使用的气体量计算在正常工作环境温度下的设计浓度；
□根据正常工作环境温度下的设计浓度确定烟烙尽气体的喷放时间；
□根据喷放时间和实际使用的气体量，估算各管段中的设计流量；
□根据各管段中的流量和管径估算表，估算减压孔板的口径、各管段的管径；
□根据烟烙尽气体喷嘴的保护距离、保护高度、喷放的流量确定喷嘴的口径和数量；
□根据系统的情况确定区域选择阀、止回阀、泄气螺塞的口径和数量；
□确定钢瓶间的位置，布置钢瓶、管道和喷嘴；
□根据最终管道的布置情况，经详细水力计算后确定管道最后的管径、减压孔板和喷嘴的开孔孔径；
□根据要求的控制方式和保护区域大小、保护区域出入口数量，确定报警和控制设备的数量；
□根据钢瓶间中钢瓶的实际布置情况，确定钢瓶支架的形式和数量；
由于在具体进行烟烙尽气体灭火系统的系统设计和详细水力计算时，还将用到许多设计参数和资料，此处不可能一一列出。

有关这部分的详细内容，另外备有专题资料介绍，欢迎垂询。

▓如何来划分烟烙尽灭火系统的保护区域
由于烟烙尽气体灭火系统必须采用全淹没的灭火方式，所以作为保护区域的房间必须是四周用固定的、有一定强度和密封的建筑材料围住的封闭空间，应能保证烟烙尽气体在喷放时不会向相邻区域泄漏。

因此，一般要求保护区域的围护结构及门、窗的耐火极限不低于0.5h，吊顶的耐火极限不小于0.25h，围护结构及门、窗的允许压强不宜小于1200Pa。

烟烙尽气体灭火系统的保护区域一般是按独立的房间来划分，一个独立的房间就是一个保护区域。

如果在一个大房间中，又分隔出几个小房间，而其中的隔断不能完全阻止烟烙尽气体从一个小房间向另一个小房间扩散的，那么需将整个大房间仍作为一个保护区域。

相反，如果这些小房间之间能很好地隔绝，就可以将每一个小房间都作为一个单独的保护区域。

有些相邻的独立房间，有各自独立的出入口，但由于它们的架空地板或吊顶是相互连通，这样的情况只能将这些相邻的独立房间都作为一个保护区域。

烟烙尽气体灭火系统的保护区域也可以按照房间中的封闭空间来划分。

例如，在房间中有架空地板和吊顶，将房间分隔成三个不同的封闭空间（架空地板内、房间内、吊顶内），根据需要，也可以将这三个封闭空间作为三个不同的保护区域。

▓在采用组合分配系统方式时，最多可保护几个保护区域
在采用组合分配系统方式时，能保护的保护区域数越多，则系统的投资越节约。

而且由于烟烙尽气体灭火系统本身就比其他灭火系统能输送更长的距离，就更有条件接入更多的保护区域，尤其是还可以跨楼层接入不同的保护区域。

那么，烟烙尽气体灭火系统最多可保护几个保护区域呢？
在NFPA2001标准中，并没有限制一套烟烙尽气体灭火系统最多可保护几个保护区域。

而且在国外的许多应用实例中，都有用一套烟烙尽气体灭火系统保护数十个保护区域的。

因此，原则上可以根据实际情况，由设计人员自主决定组合分配系统中保护区域的数量。

▓当组合分配系统保护多少个保护区域时应考虑烟烙尽气体的备用量
同样，在NFPA2001标准中，也并未规定这个具体的保护区域数量，而是要求由用户、设计人员、消防当局根据具体情况决定。

这里所说的具体情况，包括保护区域的重要性、保护区域是否需要处于不间断保护、保护区域是否还处在其他灭火系统的保护下（如水喷淋系统）、喷放后系统恢复的时间等。

而且，这些具体情况应该同样适用于单元独立系统。

因此，在国外也有要求单元独立系统也考虑备用量的，并且有些情况下备用量还超过100%。

国内的气体灭火系统规范中，对于组合分配系统大多提出了一个确定的保护区域数量，在超过这个数量时，就要求考虑有100%备用量。

如二氧化碳灭火系统设计规范规定，当组合分配系统的保护区域数在五个和五个以上时，应考虑气体备用量；卤代烷1301灭火系统设计规范规定，当组合分配系统的保护区域数超过八个时，应考虑气体的备用量。

目前编制完成的上海市地方标准《IG-541灭火系统技术规程》中，突破了国内以往的做法，规定应根据不同的情况由建设单位和设计单位确定是否需要备用量。

一旦确定了需要考虑烟烙尽气体的备用量，那么这个备用量就不应小于组合分配系统中最大一个保护区域所需要的气体量。

▓如何来计算保护区域的体积
对于几何形状简单的保护区域，可以很简单地根据保护区域的平面面积和净高度，计算出它的体积。

应该注意的是，当在一个大的保护区域中有几个小的封闭空间时（如分为架空地板内、房间内、吊顶内三个封闭空间），虽然是考虑烟烙尽气体灭火系统同时向这几个封闭空间喷放，也应该分别算出每一个小的封闭空间的体积，因为在以后计算烟烙尽气体的需要量时，每个封闭空间都需要单独计算。

对于形状比较特殊的保护区域，一个方法是先将其归纳成一个大的、比较有规则的保护区域，计算出总的体积，再扣去部分多余部分的体积。

另一个方法就是将不规则的大保护区域，划分成多个规则的小保护区域，分别计算出它们的体积，再相互叠加。

当一个大的保护区域被隔成几个小的区域，而这些小的保护区域之间的隔断并不能保证保护区域之间是完全隔绝的。

在这种情况下，烟烙尽气体灭火系统必然是向整个大的保护区域中喷放烟烙尽气体，此时就可以简单地算出大的保护区域的体积，而不必在具体算出每个小的保护区域的体积。

需要特别注意的是，在美国安素公司提供的计算方法中，大量使用的是英制的计量单位，其中在计算保护区域的体积时，使用的计量单位是立方英尺（ft3）。

▓保护区域中哪些物体的体积是可以扣除的
在计算保护区域中的体积时，首先可以扣除一些固定的、永久性结构物体的体积，如梁、柱、楼板等。

在每个保护区域中都会有许多可移动的物体，如办公家具、办公设备、工艺设备等，它们看起来也占用了房间中的体积。

那么在计算保护区域的净体积时是否需要扣除它们的体积呢？
这里就需要掌握两个原则，一是看这些物体是否是实心的，如果物体内部是有空隙的，喷放的烟烙尽气体会自然渗透进去，这些物体就不能扣除；二是看这些可以扣除的物体的体积是否超过房间总的净体积的25%，如果超出25%，则会对烟烙尽气体的喷放浓度有较大影响，就应该扣除。

▓当实际灭火浓度超过42.8%时如何解决
由于目前美国安素公司在中国国内使用的烟烙尽气体钢瓶的规格只有一种，即型号为435
号的。

在一些特别小的保护区域或保护空间中，有可能会出现实际使用的烟烙尽气体量超出需要的量，使得保护区域中的实际灭火浓度超过了42.8%，此时又应该如何解决呢？
这里有两个办法，可以解决这个问题。

如果这是一个无人工作的场所，那么可以不去考虑这个问题，可以允许实际灭火浓度超过42.8%，因为在无人工作的场所不会造成对人员的伤害。

如果这是一个有人工作的场所，那么必须保证实际灭火浓度在37.5%-42.8%之间，此时就可以在钢瓶间中增设一个小喷嘴，在这个保护区域中喷嘴喷放的同时，也释放部分烟烙尽气体，可维持保护区域中的实际灭火浓度不超过42.8%，而释放在钢瓶间中的烟烙尽气体对钢瓶间中可能有的操作人员也不会有影响。

▓每只烟烙尽气体喷嘴的保护范围是多少
单个烟烙尽气体喷嘴的最大保护范围为9.75×9.75米，烟烙尽气体喷嘴离开墙边的距离应该在0.15-4.88米之间。

当烟烙尽气体喷嘴是设置在保护区域的顶板处，而且在垂直方向上只设置了一排烟烙尽气体喷嘴时，则烟烙尽气体喷嘴离开保护区域地面不能超过6米，否则就必须在垂直方向上布置两排或多排烟烙尽气体喷嘴。

烟烙尽气体喷嘴离开保护区域地面的高度也不能小于17.8厘米，考虑到气体管道和气体喷嘴的具体安装，因此一般需设置烟烙尽气体喷嘴的区域最小净高度应不小于21厘米。

例如有些保护区域中的架空地板内需设置烟烙尽气体喷嘴，则应注意对架空地板的净空要求。

▓如何确定钢瓶间的位置
虽然烟烙尽气体灭火系统可以较其他灭火系统输送更远的距离（最远可达到150米左右），但在条件允许的情况下，烟烙尽气体灭火系统的钢瓶间也应尽量靠近保护区域和有人值守的房间，以免不必要地增加管道长度以及便于管理和操作。

但当条件不允许的情况下，也可以将钢瓶间设在离开保护区域较远的位置。

当保护区域所需的烟烙尽气体钢瓶数不多或钢瓶间离开保护区域的距离过长时（如100米以上）时，应该首先进行系统的水力计算再最终确定钢瓶间的位置。

同其他气体灭火系统的钢瓶间一样，烟烙尽气体灭火系统的钢瓶间应该是一个独立的房间，有可以封闭的门，出口应直接通往室外或疏散走道，而钢瓶间的耐火等级应该不低于二级，钢瓶间的净高度一般也不宜低于2.5米。

另外钢瓶间应该保持良好的通风，使室内温度能在0-49℃之间。

▓如何来确定钢瓶间的地面荷载
实际上在确定烟烙尽气体灭火系统钢瓶间位置时，还会受到钢瓶间地面荷载要求的限制。

因为有些房间希望能作为钢瓶间，但房间的地面允许荷载小于钢瓶间实际要求的荷载，而又无法另外采取加固措施的，就无法作为钢瓶间使用。

钢瓶间的地面荷载应该根据钢瓶的排列方式、钢瓶的数量、钢瓶的重量，由结构设计人员经计算确定。

烟烙尽气体钢瓶的排列方式有多种，既可以分单排排成一列，也可以分两排或四排排成一列。

在一列钢瓶中，钢瓶之间的中心距为31厘米。

每个烟烙尽气体钢瓶的直径为28.7厘米，高度（瓶底至瓶头阀中心）约为166.4厘米。

而每个烟烙尽气体钢瓶的总重量约为118公斤。

当然，在计算钢瓶间地面荷载时，还必须适当加上钢瓶间中其他设备的重量，如钢瓶固定支架、集流管、区域选择阀、管道等。

▓减压孔板的作用是什么
减压孔板是烟烙尽气体灭火系统中独有的设备，它主要起到减压和控制流量的作用。

前面已经谈到，烟烙尽气体是以纯气态的形式储存的，为了使气体钢瓶中能尽量多储存一些气体，就必须用较高的压力使气体尽量压缩。

而在实际喷放时，却并不需要这样高的压力值，而且过高的压力值会对管道提出更高的要求。

因此，减压孔板的第一个作用就是将系统中的压力，从储存所需的压力值降至实际喷放所需的压力值。

另外，由于通过控制减压孔板的开孔孔径大小，使减压孔板可以控制减压孔板之后管道中的压力值，使之维持在一定的范围之内，这样就可以与烟烙尽气体喷嘴一起，有效地控制每个喷嘴实际喷放出的烟烙尽气体量。

▓减压孔板上游和下游的管道中的工作压力分别是多少
减压孔板上游的管道，是指烟烙尽气体钢瓶至减压孔板之间的管道。

但如果系统中设有区域选择阀，而且区域选择阀是设在减压孔板之后，则这部分管道将延续至区域选择阀。

减压孔板下游的管道，是指减压孔板至烟烙尽气体喷嘴之间的管道。

同样的，如果系统中设有区域选择阀，而且区域选择阀是设在减压孔板之后，则这部分管道将从区域选择阀开始算起。

在烟烙尽气体灭火系统启动时，减压孔板上游管道中的工作压力，就是烟烙尽气体钢瓶的储存压力，在21℃时为15MPa。

而经过减压孔板的减压后，减压孔板下游管道中的工作压力减为7.0MPa。

在不同储存温度下，烟烙尽气体钢瓶中的储存压力也是不同的，其最高的储存压力应该是在储存温度为49℃时的工作压力。

▓保护区域中应如何设置火灾探测器
在保护区域中设置火灾探测器时，首先应该遵守国家的《火灾自动报警系统设计规范》（GB 工程50116-98）。