气体灭火系统是传统的四大固定式灭火系统(水、 气体、泡沫、干粉)之一,广泛应用在工业和民用建筑中,主要用于扑灭通信设施、贵重及精密设备、电气线路、变配电设施、发电机组等火灾。20世纪80年代初至90年代中期,我国使用的气体灭火系统产品主要是哈龙(卤代1211,1301)灭火系统及高压二氧化碳灭火系统。随着《中国消防行业哈龙整体淘汰计划》的实施,哈龙替代品和替代技术迅速发展,目前除了极少数必要场所外,七氟丙烷(HIFC-227ea)灭火系统、高压惰性混合气体(IG-541)灭火系统、低压二氧化碳灭火系统等已成为现阶段气体灭火系统应用的主要产品尽管气体灭火系统在实际使用过程中有不少成功扑灭火灾的案例,但误喷、泄漏等事故时有发生,特别是近年来发生的数起储存容器爆炸事件及人身伤害事件,不但造成了巨大损失,而且社会影响极坏。发生这些事故的原因是多方面的,而设计、制造、安装和维护等过程中存在的有关问题造成了相当一部分气体灭火系统存在着安全性、可靠性方面的隐患,随着系统运行周期的不断增加,暴露的问题及各类隐患也越来越多。

因此,尽快对已投入使用的气体灭火系统开展安全性、可靠性等方面的工况评估工作已刻不容缓。

安全评估又称为“风险评估”或“安全评价”,是以保障安全为目的,按照科学的程序和方法,系统地对工程项目、设施设备、工业生产等领域潜在的危险源进行预先的识别、分析和评估,为制定基本的防灾措施和管理决策提供依据。涉及到已投入使用的气体灭火系统这种评估应以保障设备、设施安全及应用可靠性为终目的,通过识别、检查或检测、分析及数据汇总等方式,对可能存在的各类问题及隐惠以及可能产生的危害性后果进行综合评价和预测,并根据可能导致的事故风险的大小提出相应的安全对策与措施。气体灭火系统安全性、可靠性的工况评估至少应涉及检查范围、检查(检测)方法、隐患界定及处置措施等基本内容,从有效识别系统的风险源入手,定性或定量表征其危险(害)性,采取控制措施使其小化,使气体灭火系统在规定的范围内满足安全性及可靠性要求笔者对影响气体灭火系统安全可靠性因素进行分析,采用安全评估方法对气体灭火系统的故障类型及安全性影响进行初步评估,并提出有关处置原则。

影响系统安全性能的主要因素

对已投入使用的气体灭火系统开展基于风险分析的安全评估,首先应确认影响系统安全可靠性的危险因素及有害因素

 1.1设备及主要材料的质量缺陷

气体灭火系统主要由储存容器(气瓶)、压力管道关键零部件(管件、阀门、法兰、安全保护装置)等构成,属于《特种设备安全监察条例》管理范畴的特种设备。

我国对特种设备的生产(含设计、制造、安装、改造、维修)、使用、检验检测及其监督检查有严格的规定:压力容器的设计单位应当经过国务院特种设备安全监督管理部门许可,方可从事压力容器的设计气瓶的设计文件应当经国务院特种设备安全监督管理部门核准的检验检测机构鉴定,方可用于制造。压力容器的制造、安装、改造单位,以及压力管道用管子、管件、阀门、法兰安全保护装置等的制造单位,应当经国务院特种设备安全监督管理部门许可,方可从事相应的生产。但由于各种原因,长期以来,这些规定并没有在气体灭火系统的制造、检验、验收和使用过程中严格执行,相当一部分已投入使用的储存容器及压力管道、管件、阀门、法兰、安全保护装置由不具备法定资质的单位设计、制造,是设备及系统制造缺陷中为突出、安全隐患大的问题之一。国内接连发生的在管道试压过程中管件飞出导致人身伤亡的重大安全责任事故,直接原因就是施工单位现场违规加工、安装;由于产品存在明显缺陷从而导致事故或严重质量问题的情况屡有发生,如:20世纪90年代末出现的“柜式低压二氧化碳系统” 于相当一部分制造商的技术不过关,投人使用后普遍出现系统误喷、二氧化碳泄漏及制冷系统故障。某品牌的高压惰性气体灭火系统,某一生产周期内储存容器的瓶口螺纹及容器阀的瓶阀螺纹均出现严重缺陷,导致使用此产品的众多用户不得不全部更换产品。另外,受市场因素的影响,随意更改、降低关键原材料、关键零部件的品质、制造标准及工艺要求,导致产品一致性发生重大变化的情况十分严重。

1.2安全检查和维护保养缺陷

 对气体灭火系统实施安全检查和维护保养是使用单位及产品制造商的法定职责,如每年一次的年度检查,根据安全等级确定的全面检验,每两个检验周期进行一次的耐压试验等。标准《气体灭火系统设计规范》、《气体灭火系统施工及验收规范》中对气体灭火系统的安全检查和维护保养工作均有明确的要求,但从目前统计的情况看,几乎半数以上气体灭火系统的安全检查和维护保养工作都流于形式,尤其是对储存容器的定期检验,或是根本没有开展或是未严格按时限、规程实施,系统“带病”工作或功能已基本失效等问题相当严重。此外,未能适时开展对配套使用的火灾报警及联动控制系统的功能性检查、检验及维护保养工作,尤其是缺乏对实现联动功能的保障性措施,联动设备完好率极低甚至根本不能使用,也是相关缺陷中较为突出的问题。

1.3系统设计缺陷

正确的系统设计是保障气体灭火系统产品满足使用要求不可或缺的要素,这一点已为该领域的产品研究、开发及工程应用实践所证实。

 (1)管网与喷嘴设计中的典型性问题。以七氟丙烷灭火系统为例:七氟丙烷是通过压缩气体在管道中输送的,由于液体和气体在管道中摩擦阻力不同,必须采取有效的措施防止出现管路中气体窜流和气液分层流动的情况,相同压力下管径越大或相同管径时压力越低,这种情况越有可能出现。因此,GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》规定了七氟丙烷灭火系统输送用镀锌钢管的大管径及喷嘴低工作压力值,这是经过多次试验验证后得出的结果。但实际工程设计中,随意放大灭火剂输送管道管径及根本未对喷嘴低入口压力值做有效校核的情况较为普遍;其次,对同防护区内的不同喷嘴,不按同一灭火设计体积分数,同一喷放时间进行设计,造成防护区实际灭火体积分数在规定的喷放时间内不能达到有效灭火体积分数的情况也时有发生;再者,喷嘴流量特性参数(如实际孔口面积),灭火系统各类阀门、管道及相关附件的当量长度,是设计计算必不可少的参数,主要通过试验测试得到。由于各方面因素的影响,目前国内的相当一部分生产单位,均未对所提供的喷嘴特性参数及主要部件的当量长度值出具有效的验证证据,这样做出的设计结论很难具备科学性及可靠性

 (2)钢瓶设置场所的安全问题。

气体灭火系统使用的钢瓶有以下特征:一是储存压力高,七氟丙烷钢瓶的储存压力为2.4~5.6MPa,而高压二氧化碳和IG541混合气体钢瓶的储存压力更高达12~20MPa;二是使用数量大,根据其灭火剂性质和保护对象的大小,所使用的储存钢瓶数量不同,但多数都有十数瓶至数十瓶之多,多的甚至达到数百瓶;三是安装密度大,每套气体灭火系统的钢瓶一般每平方米两个集中安装在一起;四是储存场所与保护对象接近,受气体灭火系统工作要求的影响,灭火剂储存钢瓶一般都安装在邻近保护对象的部位,大多是在同一座建筑物内,造成了在大量的重要建筑物和重要设备的内部或附近集中安装有大量高压钢瓶的现象。许多系统设计均未明确提出对这些钢瓶以及储存场所本身的安全性要求。

1.5灭火剂缺陷

由于对系统使用灭火剂质量情况缺乏有效的监控手段,灭火剂存在严重质量问题的现象较为普遍,典型例证有:七氟内烧灭火剂的纯度、水含量等主要技术性能不符合标准要求,情性混合气体灭火剂的纯度、混合 比例、水含量等主要技术性能不符合标准要求,驱动气体的纯度、水含量不符合标准要求等

1.6防护装置和设施缺陷

系统或使用区域缺乏有效防范雷电、静电、超高压电场及其他电危害的措施,也是影响气体灭火系统安全可靠性的重要隐患。据不完全统计,1995-2005年, 全国各地因雷电或电危害造成气体灭火系统误动作的事故近百起,各类财产损失惨重,有的还直接导致了人身伤害事故。再如,防护区结构的承压能力、泄压口不符合规范要求,极有可能导致构件破碎而影响防护区 的密闭效果,甚至伤人;电缆桥架穿过防护区隔墙的孔洞不作封闭,防护区达不到密闭要求,等等。