摘  要 主要介绍了气体灭火在地铁站设计中的应用，分别从气体灭火系统分类、气体种类、设计计算方法等几方面进行了介绍，对气体灭火设计流程进行了梳理，并对运营维护提出了几点建议。

关键词 地铁车站 气体种类 气体灭火 设计计算

 

      城市轨道交通作为一种绿色、环保、节能、便捷的出行方式，已被人们广泛接受。截止到 2010 年，中国内地城市轨道交通已有 44 条运营线路、总里程1 063 km; 另有 73 条、1 700 余 km 的线路处于建设阶段; 全部规划线路达到 317 条、12 440 km。地铁站房多位于地下，属于地下建筑，消防安全显得尤为重要。在地铁站的消防设计中，根据《地铁设计规范》( GB 50157 －2003) 中的相关要求，“地下车站的车站控制室、通信及信号机房、地下变电所应设置气体自动灭火装置”。

 

      气体灭火系统最早应用于军事系统，后被推广到民用领域，灭火机理为化学反应，消耗火焰中的自由基，抑制燃烧的链式反应，速度快，灭火彻底，适用于水灭火系统不能进行的场所和物质的灭火。

      目前，气体灭火系统主要分为全淹没式系统，局部应用系统，有管网系统，组合分配式系统，独立单元系统( 仅限于保护一个防护区域) 和无管网灭火系统( 又称预置灭火系统) 等几类。

      根据全国民用建筑工程设计技术措施( 给水排水) 中的相关规定，从绿色环保角度考虑，高灭火效率的卤代烷灭火剂 1301 和 1211 由于对大气臭氧层有很强的破坏作用，故已将其淘汰; 而二氧化碳气体虽能有效阻燃，但是当含量超过 10% 时，对人体会产生致命伤害，因此在民用建筑设计中不宜使用。目前主要推荐使用洁净气体。所谓洁净气体即不破坏臭氧层而且温室效应较小且对人体没有伤害的可替代哈龙用的气体灭火介质。目前国内使用的主要有以下三种: 三氟甲烷( HFC － 23) ，七氟丙烷( HFC －227ea) 和惰性气体( IG541) 。

      ( 1) 三氟甲烷( HFC －23) ，又称三氟甲，是一种无色、微味，不导电的气体，是理想的卤代烷替代物。HFC － 23，NOAEL 为 50% ，LOAEL 为 90% ，设计时灭火浓度为不低于 15． 6%。其储存压力为4．7 MPa，输送距离不宜超过 60 m。( NOAEL 指未观察到生理或毒性反应上产生影响的最高浓度; LOAEL 指可观察到生理或毒性反应上产生影响的最低浓度。)

      ( 2) 七氟丙烷( HFC － 227ea) 是无色、无味、不导电、无二次污染的气体，具有清洁、低毒、电绝缘性好，灭火效率高的特点，特别是它对臭氧层无破坏，在大气中的残留时间比较短，其环保性能明显优于卤代烷，是目前为止研究开发比较成功的一种洁净气体灭火剂，被认为是替代卤代烷 1301、1211的最理想的产品之一。NOAEL 为 9%，LOAEL 为10． 5% ，设计灭火浓度为 7． 5% ～ 10% ，其储存压力为 2． 4 MPa，4． 2 MPa 和 5． 6 MPa，储存压力为4． 2 MPa和 5． 6 MPa 时输送距离可为 200 m。

      ( 3) 惰性气体( IG541) ，由体积百分比为 52%的氮气( N₂) ，40% 的氩气( Ar) 、8% 的二氧化碳( CO₂) 配置而成，NOAEL 为 43%，LOAEL 为 52%，其储存压力为 15 MPa 和 20 MPa，最大输送距离不宜超过 150 m。目前这种气体的储存压力较高，因此系统管网设计较为复杂化。

 

      气体灭火的控制系统主要分为以下几种: 自动控制系统，电气手动控制系统，机械应急手动系统。

      灭火系统处于自动控制状态，通过火灾探测器在保护区域内进行实时监测，当发生火灾时，火灾探测器发出信号，同时启动气体控制开关，进行灭火。其流程如图 1 所示。

      即将控制方式置于手动位置，当保护区域内发生火灾时，通过手动控制器，启动气体通过管道打开相应的选择阀和容器阀( 瓶头阀) ，释放灭火气体，实施灭火。

      此项操作实际上是机械方式的操作，仅在自动控制和手动控制都失灵时才采取的应急操作，相关工作人员以手动方式启动气体灭火装置，在释放气体前应该先通知有关人员撤离现场，打开或关闭联动设备，然后拔出相应电磁阀上的安全卡片，压下手柄打开电磁阀，释放启动气体，即可打开选择阀，瓶头阀，释放灭火剂，实施灭火。如果恰好遇到设备检修时，可打开相应的选择阀手柄，敞开压臂门，打开选择阀，然后用手动手柄打开瓶头阀，释放灭火剂，实施灭火。

 

      对于一般的地下地铁车站而言，七氟丙烷灭火系统与 IG541 以及高压细水雾等相比较，具有气瓶储存的压力相对较低，瓶子数量相对较少，造价相对较低等优点，同时，七氟丙烷在气体消防领域具有较为广泛的应用前景，本文选取七氟丙烷为例进行设计分析。

      在气体灭火系统中，首先应根据相关规定划分防护区，根据设计技术措施( 给水排水) 中的相关规定，当采用管网系统时，一个防护区的面积不宜大于 800 m²，容积不宜大于 3 600 m³; 同时，防护区域内温度、压力等都要符合规范要求。另外，防护区灭火时应保持封闭状态。防护区泄压口面积可按下式进行计算:

      式中，F_f为泄压口面积( m²) ; K 为泄压口面积系数，不同的灭火剂其系数选取可参照技术措施;Q_x为洁净气体在防护区的喷放速率; P_f为围护结构承受内压的允许压强( Pa)。

      当灭火气体选用七氟甲烷时，防护区灭火剂设计用量计算:

      式中，W 为防护区七氟丙烷灭火( 惰化) 设计用量( kg) ; k 为海拔高度修正系数; V 为防护区的净容量( m³) ; C 为七氟丙烷灭火设计浓度或惰化设计浓度( %) ; S 为七氟甲烷过热蒸汽在 101 kPa 和防护区最低环境温度下的比容( m³/ kg) ; T 为防护区最低环境温度( ℃) 。

      根据工程情况选择合适的灭火系统，根据灭火剂释放范围可以分为全淹没系统和局部应用系统两种，根据管网是否水力计算可以分为预制灭火系统和管网灭火系统。由于预制系统是依据权威部门发布的数据进行设置的，一般灭火剂的用量、保护面积和管网均不可变更。而管网系统依据实际工程进行计算，对于单个工程适用性更强。

      对于采用七氟丙烷作为灭火剂时，主要依靠 N2增压灭火，储存力有 2． 4 MPa，4． 2 MPa 和5． 6 MPa三种，充装率不应大于 1 150 kg / m³，在设计过程中，喷嘴的数量和口径应满足喷嘴的最大保护半径和灭火剂喷放量的要求，同时，喷嘴安装的最大高度不宜超过 5． 0 m，超过后需要另外加设喷嘴。管网设计为均衡设计，应该满足各喷头设计流量相等，从第一分流点到各喷头的管道阻力损失，其相互间的最大差值应符合不应大于 20% 的相关规定，同时，在设计过程中，应采用三通管件进行水平分流，其侧向出口必须为两路分流中较小部分; 其最大输送距离不宜大于 200 m。最后，灭火剂的喷放和浸渍时间应根据房间类型按规范选取。

      本文以某地铁车站( 地下站) 大端电器房间为例进行设计说明，房间布置如图 2 所示。

      首先计算灭火剂用量，根据《气体灭火系统设计规范》( GB 50370 － 2005) ，专用电器房间的浓度C 按 9% 选取，根据建筑图确定防护区的净容积; 又拟采用七氟丙烷作为灭火气体，根据式( 2) 计算可得灭火剂用量，见表 1。