一、前言
超細干粉滅火劑是一種性能良好、應用廣泛的新型滅火劑，超細滅火粒子由于比表面積大，活性高，受熱分解速度快，捕獲自由基能力強，故滅火效能急劇提高，粉體能在空氣中懸浮數分鐘，形成相對穩定的冷氣溶膠，所以，不僅滅火效能很高，且使用方法也完全不同于一般傳統干粉滅火劑，超細干粉滅火劑可以長時間懸浮，它能類似氣體釋放并能繞過障礙物，散布到各個角落，在相對封閉的空間實現全淹沒式滅火。并因滅火時粉體沉降后的物理覆蓋特點，又能實現大空間內(或開放場所)局部淹沒方式滅火。使干粉滅火得到技術拓寬應用。廣泛應用于各種場所撲救A、B、C、E、F類火災。D類超細干粉滅火劑可用于撲救D類火災。
超細干粉滅火技術已成為我國消防行業的一枝奇葩，自2001年由武漢綠色消防器材有限公司首家開發成功后，經過十多年的發展，已經在全國范圍內廣泛推廣應用，超細干粉滅火設備主要以無管網滅火裝置為主，近兩年，以武漢綠色消防器材有限公司為代表的部分企業研制出超細干粉有管網滅火系統，并已在多個行業投入使用，在實際應用中，我們發現超細干粉有管網滅火系統的設計施工缺少規范可依，雖然國內大多數省份都有超細干粉滅火方面的標準或規范，如湖北省的《超細干粉無管網滅火系統設計、施工及驗收標準》、江蘇省的《超細干粉滅火系統設計、安裝及驗收規程》、陜西省的《固定式燃氣型超音速干粉滅火系統設計、施工及驗收規范》等，以及即將頒布的中國工程建設標準化協會標準《干粉滅火裝置技術規程》均為超細干粉無管網滅火系統的標準，目前僅山東省頒布的《超細干粉滅火系統設計、施工及驗收規范》中對有管網系統加入了部分要求和計算方法，為眾多的超細干粉生產企業及設計部門提供了設計參考，但因為超細干粉是新產品，很多數據需要經過實踐進行驗證，從一定意義上講，該規范對有管網部分的條文基本上是復制GB50347《干粉滅火系統設計規范》中的相關內容，還不能完全適用于超細干粉滅火系統，據悉，GB50347《干粉滅火系統設計規范》在修訂中，其中準備加入超細干粉滅火的內容，但標準的正式頒布還有待時日，本文在總結實踐工作中的經驗及遇到過的問題和困惑的基礎上，將具有代表性的一些問題和處理方法進行探討，謹供各位參考。
二、防護區圍護結構的泄壓口和允許壓強問題
目前，超細干粉滅火系統是套用GB50347《干粉滅火系統設計規范》，雖然超細干粉和普通干粉都屬于固體滅火劑，但由于超細干粉的特點更接近氣體滅火劑(超細干粉稱為冷氣溶膠，熱氣溶膠執行的是氣體滅火標準)，山東DB37/T1317-2009《超細干粉滅火系統設計、施工及驗收規范》是目前唯一對超細干粉管網滅火系統有詳細要求的地方標準，這兩個在用的國家標準和地方規范中，對于防護區圍護結構的允許壓強和泄壓口給出了簡單且嚴格的規定(DB37/T1317-2009)：“全淹沒滅火系統的防護區，應符合下列規定：a)噴放超細干粉滅火劑時防護區不能自動關閉的開口，其總面積不應大于該防護區總內表面積的15%，且開口不應設在底面。防護區的圍護結構及門、窗的耐火極限不應低于0.50h。吊頂的耐火極限不應低于0.25h。圍護圍護結構及門、窗的允許壓強不宜小于1200Pa。d)防護區的通風機，在噴放超細干粉滅火劑前應自動關閉。
防護區應設置泄壓口，并宜設在外墻上，其高度應大于防護區凈高的2/3。當防護區設有防爆泄壓孔時，可不單獨設置泄壓口。
泄壓口的面積，可按下列公式計算：
Ax=Q0[T/(mmpx)][31.17mg/(Tρf)+6.42×10μ]
式中：
Ax——泄壓口面積(㎡);
Q0——干管的超細干粉輸送速率(kg/s);
T——防護區常態下環境的絕對溫度(K);
mm——驅動氣體的摩爾質量(g/mol);
mg——驅動氣體設計用量(kg);
px——防護區圍護結構的允許壓力(Pa),按1200Pa取值;
ρ——超細干粉滅火劑松密度(kg/L)，按0.5㎏/L取值;”
根據上述規定，我們認為存在以下問題：
1、泄壓口面積的計算方法
在圍護結構的耐壓強度和泄壓口問題上，我們考慮所設置的泄壓口必須正好滿足在滅火劑噴放時的最大內壓不超過圍護結構中最薄弱構件的承壓能力，但圍護結構中最薄弱環節的承壓能力和超細干粉滅火劑噴放時的最大內壓在實際應用中都是很難確定或判斷的，為了確保圍護結構在超細干粉滅火劑噴放時的安全，我們需要按照較小的允許壓強標準來計算泄壓口面積，或設置能夠按照內壓自動調節泄壓面積的泄壓口，或在圍護結構上設置承壓能力低于原整個圍護結構中最薄弱構件的預制薄弱構件。
這里需要提醒的是，很多超細干粉滅火系統地方標準中都沒有涉及泄壓口的問題，如湖北省DB42/294-2004《超細干粉無管網滅火系統設計、施工及驗收標準》中就沒有規定泄壓口的設置，其條文說明中解釋：“本款關于防護區的門窗及圍護構件的允許壓強的規定，等效采用了國內氣體滅火系統設計規范的數據。超細干粉全淹沒自動滅火系統內的滅火劑用氮氣驅動噴射，根據氣固比和實際使用情況的計算，滅火劑完全釋放后，防護區內的壓強增加值一般低于320Pa，壓強遠遠低于國家氣體滅火系統設計規范的數據要求，因此本標準沒有要求對封閉空間設泄壓口的規定。”事實上，在后來我們所做的多次滅火試驗中，發生過窗戶玻璃被整塊推出或破碎的情況(主要是在柜式超細干粉滅火裝置的噴射試驗時發生)，這說明，無管網超細干粉滅火裝置需要設置泄壓口，管網超細干粉滅火系統更加需要，并證實了前面所提到的需要按照較小的允許壓強標準來計算泄壓口面積的說法。
從GB50347及DB37/T1317-2009兩個標準的泄壓口計算公式可見，泄壓口的計算面積在圍護結構的允許壓強給定的情況下已經考慮了溫度等因素。從我們平時所做的試驗中可以看到，我們在有燃燒與沒有燃燒、燃燒火勢強與火勢弱的不同條件下噴放超細干粉滅火劑時，封閉空間的內壓是完全不同的。這說明防護區在噴放超細干粉滅火劑時的內壓，不僅與超細干粉滅火劑噴放速率有關，還與噴放超細干粉滅火劑時內部的溫度有很大關系，因此，在泄壓口的計算中考慮溫度的因素是必要的。但是，決定防護區內部溫度的因素是很多的，至少包括：防護區內可燃物質的性質、數量和形狀、防護區的容積、火災燃燒的時間等，我們給出溫度與泄壓口面積的關系并不難，但要準確計算出防護區內部溫度卻是不可能的。因此，我們需要在規范中給出對于不同場合或情況下的溫度修正系數。
2、關于圍護結構允許壓強大于1200Pa標準的認定。
在一般情況下，我們總是注重究竟什么樣的圍護結構材料能夠滿足允許壓強大于1200Pa的標準，或已被使用的某種材料究竟能否滿足允許壓強大于1200Pa的標準。也就是說，此項規定使我們更多地從材料的角度去考慮圍護結構的耐壓強度問題，而事實上，任何防護區的圍護結構都是由若干種材料、性能不相同的構件(如墻裙、玻璃窗、門等)組合而成的。某一構件從材料上講，或許能夠達到1200Pa以上的耐壓強度標準，但對于該構件整體而言，卻可能無法承受在1200Pa下的總載荷，而且構件的面積越大，其單位面積能夠承受的載荷就越低。以平板玻璃為例，在小面積下，即使只有1mm的厚度，其單位面積承受壓力的能力也會遠大于1200Pa，但如果是大面積的玻璃，恐怕再厚的玻璃也達不到同樣的能力。同時，整個玻璃構件的固定、連接方式能否確保其整體的承載能力仍然是未知數(在我們的滅火試驗中，就發生過整個窗戶被推倒的情況，查其原因，是因為玻璃窗四周固定不牢固)。
因此，圍護結構的耐壓性能不僅僅是指單位面積圍護結構材料的承壓能力，更重要的是指整個圍護結構中性能相同或相近的構件整體(如包含門框在內的整扇門、包含窗框在內的整扇窗、包含龍骨架和玻璃在內的整幅隔斷等)在內壓下承受總載荷的能力。這種能力不僅與組成構件的各種材料的允許壓強有關，更與構件的整體面積、構件中各種材料的連接方式、構件與圍護結構主體的連接強度等因素有關。在多數情況下，后者才是圍護結構耐壓性能的決定因素。
三、防護區圍護結構的密封性要求與保護容積的計算關系
在工程實踐中，有些設計出于對圍護結構要求的誤解，把本不滿足圍護結構要求的構件或構造當作圍護結構的一部分，或把原本不該分開的兩個區域分成了兩個防護區，比如，在計算防護區容積時，有的設計不去計算防護區吊頂以上的部分;有些區域在吊頂以上或地板下的部分是完全貫通的，甚至，有些空間之間的隔斷固定不牢固，經受不起超細干粉滅火劑噴射時產生的壓力而倒塌(兩個防護區瞬間變為一個區了)，而設計者僅憑中間部分有隔斷，就把它們劃作為不同的防護區。這里出現的問題就是對于防護區圍護結構密封性要求認識錯誤或認識不清。
事實上，防護區圍護結構的密封性是保證在實施噴放超細干粉滅火劑滅火時，防護區內的滅火劑必須達到和維持必要的濃度，實現有效滅火的必要條件。對于任何防護區來講，完全的密封有時是不可能做到的，為了避免內部超壓，適當的開口泄漏也是必要的。但我們需要避免的是過大的開口和把一些無法確保密封的結構作為圍護結構使用(雖然在DB37/T1317-2009標準中列出了不密封度的補償系數)。例如：常用的輕質或不加固定的吊頂在超細干粉滅火劑噴放時會很容易被掀動，因此，不能作為圍護結構使用。需要時，就應該將其上部空間計為同一個防護區的容積。
因此，防護區的圍護結構應確保防護區的密封性，在無法防止超細干粉滅火劑在噴放時過量擴散流失以至于影響滅火效果的的結構不應作為防護區的圍護結構，實在無法避免時，應采用加大滅火劑噴放量的方法(直接計算該部分空間的容積，而不是采用補償方法)，以達到彌補滅火劑流失的效果。
四、根據防護區內可能發生火災的強度及其可能的發展速度規定防護區的耐火極限
在GB50347及DB37/T1317-2009兩個現有的國家規范或地方標準中，關于超細干粉滅火防護區的耐火極限要求過于簡單：“防護區的圍護結構及門、窗的耐火極限不應低于0.50h。吊頂的耐火極限不應低于0.25h”。
在實際應用中，我們所針對的情況卻遠不是這兩句話所能夠概括的。這是一個帶有普遍性的問題;在我們設計安裝的所有滅火系統中(包括其它滅火系統)，真正完全符合這條標準的防護區是少數。我們常遇到的具體問題是：
1.用什么樣的材料作為防護區隔斷?
2.什么樣的隔斷能否滿足防護區的要求?
3.是否要采用防火防爆玻璃?
4.是否所有的門要換成防火門?
面對此類問題，如果嚴格按照規范要求，現實中有可能無法做到，這就是個尺度把握問題，如果放寬的話，應該放寬到什么程度，標準過于籠統;最終的結果往往是因人而異、因地而異，全憑建設單位的具體負責人、設計院的設計人員、當地消防監督管理部門的審查人員掌握尺度而定;給建設單位、設計單位、施工單位、監理單位、甚至消防監督管理部門帶來了很大的困惑。
出現這樣問題的根本原因是，規范在這一點上制定得過于籠統簡單，也過于嚴格，無法適應實際使用中各種可能的變化。筆者認為，在遇到這種情況時，可以根據防護區內的不同情況對此作靈活處理;比如：防護區圍護結構的耐火性能可根據防護區內可能發生火災的強度及其可能的發展速度決定，對于在短時間內容易發展至轟燃程度的火災場所，其防護區圍護結構的耐火極限采用不低于0.5h的標準。并依據置于其內部的易燃可燃物質的數量和性質決定，如這些物質即使被引燃，在實施超細干粉滅火前可預見的時間內不可能迅猛發展，也不可能危及圍護結構整體強度和穩定性的防護區，對其圍護結構中的局部構件(如門、窗、玻璃隔斷等)可適當放寬耐火性能要求，比如該防護區能夠確保處于人員不中斷監控之下，或保護物與另一可能燃燒物之間的距離達到規定以上的距離等(當然，這些需要我們在新的規范中作出詳細的規定)。
事實上，我們設計人員平時大多數情況都是這么處理的，但苦于沒有規范可依，不便于操作和掌握。
五、超細干粉滅火系統分類的界定
根據GB16668-2010標準，干粉滅火系統按干粉的驅動方式可分為：a)貯氣瓶型干粉滅火系統、b)貯壓型干粉滅火系統、c)燃氣驅動型干粉滅火系統，而GB50347-2004及DB37/T1317-2009兩個標準中，只有：全淹沒滅火系統、局部應用滅火系統、預制滅火裝置三種界定，標準中對預制滅火系統的規定過于簡單，如GB50347-2004中規定：預制滅火系統應符合下列規定：
滅火劑存儲量不得大于150kg。
管道長度不得大于20m。
工作壓力不得大于2.5Mpa
DB37/T1317-2009標準規定：預制滅火系統應符合下列規定：
滅火劑存儲量不得大于150kg。
管道長度不得大于50m。
工作壓力不得大于2.5Mpa
兩個標準只是在管道長度上有所區別，并未列出預制滅火系統的型式，DB37/T1317-2009標準在條文解釋中注明為：“預制滅火裝置即在生產廠家按規定的型號預制的滅火裝置，如柜式超細干粉滅火裝置，該類滅火裝置與管網滅火系統相比，充裝的滅火劑量相對少，滅火劑輸送的管道相對短，保護范圍相也對小，因此本規范對該類滅火裝置規格及應用范圍作了規定。”
按上述內容，預制滅火系統的界定只是滅火劑量有了明確規定，如果按管道的長度來分析，貯壓型滅火系統應該在預制滅火系統的范圍，因為貯壓型滅火系統沒有后續的驅動壓力，滅火劑輸送管道不能太長，但由于GB16668-2010標準中并未對貯壓型滅火系統的超細干粉滅火劑充裝量作任何規定，據筆者所知，目前，市場上已經存在有貯壓型干粉系統充裝量超過150kg的規格，并且，如果單純以貯壓型來定論為預制滅火裝置，也是不確切的，柜式超細干粉滅火裝置雖然滅火劑充裝量小，標準把其定為預制滅火裝置，但柜式超細干粉滅火裝置也有貯壓型和貯氣瓶型兩個類別，這樣一來，讓設計人員很難判定到底哪種形式的滅火系統為預制滅火裝置。
依筆者之見，貯壓型干粉滅火系統由于驅動氣體和超細干粉滅火劑貯存在同一容器內，不可能制作成龐大體積，雖然按照管網計算方式，其輸送管道可能超過50米，滅火劑量也能達到500kg(甚至更大)，但由于其后續噴射力不夠，應該規定為滅火劑量充裝小于300kg,并直接界定為預制滅火系統，這樣有利于設計人員選型。
六、超細干粉滅火系統管網剩余量的計算問題
GB16668-2010《干粉滅火系統及部件通用技術條件》中規定：干粉剩余率不應大于10%，
DB37/T1317-2009標準在條文說明中解釋：理論上講，滅火貯罐內超細干粉剩余量為:
ms=Vc(10p0+1)ρq0/μ
式中Vc——超細干粉貯罐容積(m3)。
但此時Vc是未知數;另外，驅動氣體系數μ是理論上的平均值，實際上對單元獨立系統和組合分配系統中超細干粉需要量最大的防護區或保護對象來說，到噴射時間終了時，氣固二相流中含粉量已很小，按計算公式(4.0.12-2)計算得到的管道內超細干粉剩余量已含一定裕度。因此，按m+mr之值初選一超細干粉貯存容器，用廠商提供的ms來計算mc值，應符合實際應用的需要。
在現實應用中，我們的設計人員通常是以防護區(組合分配系統中超細干粉需要量按其中最大的防護區)容積，乘以注冊滅火劑濃度來計算超細干粉滅火劑量，再加上超細干粉貯罐噴射剩余率，得出實際超細干粉滅火劑的用量，而忽略了干粉輸送管道中的超細干粉剩余量，這主要是因為國標和地方規范給出的計算公式過于復雜，無論是按從管網起點(干粉貯存容器輸出閥門)至管網末端，還是從管網末端至管網起點的計算順序，按管道節點壓力計算管網的長度和管徑等，中間還需要計算各個環節的壓力損失等，套用的公式及演算過程讓很多設計人員望而卻步，不得采取簡單的估算方式，一些設計人員根據超細干粉的特性，甚至認為超細干粉的粒徑小，可以形成冷氣溶膠形式，更接近氣體的釋放方式，因而認定：均衡管網和只含一個封閉空間的非均衡管網，其管網內的剩余量可以不計。
我們知道，超細干粉滅火劑屬于固體滅火劑，其驅動方式基本上是采用隋性氣體驅動，形成氣固二相流，因而我們可以得到如下概念：
1.所謂管網內的剩余量，其物理意義為：超細干粉滅火劑在容器內被認為是以固態存在，在增壓氣體進入后，攪動沉淀的粉體產生粉霧，經過虹吸裝置形成氣固二相流隨著容器內的增壓氣體進入管網內，經噴嘴噴射到防護區滅火。由于受管道長度的影響及管道彎曲、變徑及走向等因素的影響，氣固兩相會出現分離現象，在增壓氣體的后續驅動下，氣固相繼續混合經噴嘴噴出，在增壓氣體的壓力下降后，未噴出的固態滅火劑因失去推動力而無法繼續前進，這部分不能由增壓氣體推出的固相便是管網內的剩余量。
2.管網內剩余固態滅火劑的量，理論上是由各支管的長度決定的。最先噴出超細干粉滅火劑的支管一定是所有支管中幾何尺寸最短的一支(或者說是離起點最近的噴嘴)，其他支管長于該支管部分的管內容積量之和即為計算管網剩余量的幾何值。
3.幾何量完全對稱的均衡管網，理論上講是無須計算管網剩余量。
但現實中，管網內剩余的超細干粉存量多少還與驅動氣體的量有直接關系，參照日本標準，超細干粉滅火系統采用40L標準氮氣驅動1kg超細干粉滅火劑，這是在一定的條件下，如果管道延長，或改變驅動壓力，其超細干粉滅火劑剩余量隨之改變，以我們多次的噴射試驗，每次噴射后殘余在管道內的超細干粉滅火劑，均有不同量的存在，因而忽略輸送管道里的超細干粉剩余量是不科學的(也許在滅火劑量設計過量的情況下，不影響滅火效果，但如此設計計算，是一種不必要的浪費)，根據多次噴射試驗的經驗，筆者提供一個簡單的計算方法，即按管道的總容積的10%計算超細干粉滅火劑管網剩余量，其參考依據為干粉貯罐的剩余率，亦來源于平時多次噴射試驗測定的數據。
七、結束語
超細干粉滅火系統是消防企業近兩年開發出的新產品，其技術還在不斷完善中，所幸新頒布的《干粉滅火系統及零部件通用技術條件》GB16668-2010列入了超細干粉滅火系統，為超細干粉生產企業提出了技術要求，而GB50347-2004《干粉滅火系統設計規范》也在修訂中，據介紹，該標準中也將列入超細干粉滅火系統的具體條款，為超細干粉滅火系統的推廣應用提供法律依據，本文提出超細干粉滅火系統在應用中的一些問題，旨在與同行們探討，并希望相關標準能早日頒布，讓超細干粉生產企業、相關設計部門及消防監督管理部門有章可循，有利于超細干粉這一高性價比的滅火產品在我國的消防事業中發揮應有的功效。(王海燕：湖北省消防總隊，湖北武漢4300702、陳仕林：武漢綠色消防器材有限公司430074)
>>推薦閱讀<<
香港一村屋起火致1死3傷 火災原因很可疑
消防類產品型式認可實施規則
東莞公交車爆炸 原因疑似零件老舊
淺談細水霧系統部分部件設計
細水霧自動滅火系統的滅火機理
