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谈洁净药剂灭火系统的安全性(上)

编辑:深圳市瑞泰来科技有限公司    添加时间:2019-07-16

1991年通过了《蒙特利尔议定书(修正案)》,各发达国家已全面停止使用卤代烷。我国政府于1989及1991年分别签署了《关于保护臭氧层的维也纳公约》、《关于破坏臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,并决定于2005年停产1211,2010年停产1301。这标志着淘汰哈龙,开发新型灭火剂已成为大势所趋。

开发不污染被保护对象、不破坏大气臭氧层、温室效应小、对人体无害的灭火剂,即“洁净气体”灭火剂和相应的灭火系统,这是当前发展的主流。主要有烟烙尽(IG541)、七氟丙烷(HFC-227ea)、Novec1230等。

烟烙尽(IG541)灭火剂由52%氮(N2)、40%氩(Ar)、8%二氧化碳(CO2)三种气体组成,比空气略重,属于惰性气体灭火剂,以气态储存,其储存压力为15MPa、20MPa。

烟烙尽(IG541)气体灭火机理属于物理灭火方式。气体释放后把氧气浓度降低到它不能支持燃烧来扑灭火灾。通常防护区空气中含有21%的氧气和小于1%的二氧化碳。当防护区中氧气降至15%以下时,大部分可燃物将停止燃烧。烟烙尽(IG541)气体能把防护区氧气降至12.5%,同时又把二氧化碳升至4%。二氧化碳比例的提高,加快人的呼吸速率和吸收氧气的能力,从而来补偿环境气氛中氧气的较低浓度。

惰性气体

洁净灭火剂

A历史上的人体试验

与卤烃灭火剂形成鲜明对比的是,惰性气体洁净灭火剂人体试验早已广泛进行。事实上,20世纪40年代以来,人们已经获得了大量完整的数据(详见烟烙尽洁净灭火剂人体安全实验白皮书)。这是因为惰性气体灭火系统产生的条件与海底或高空飞行环境相同。从潜水艇到航天飞机,人们对志愿者进行严格控制、记录完整的实验,以广泛测试低氧(缺氧)环境对人体产生的影响。

而且,实施的试验不仅测量呼吸量、血液及大脑充氧系数等生理数值,也包括认知和运动技能,以确定人员撤离危险区域的能力。

此类试验、生理测量和行为表现测量的程序和结果在C部分和D部分讨论。我们还分析了两种惰性气体——即INERGEN灭火剂(含二氧化碳)以及所有其它惰性气体灭火剂(不含二氧化碳)——以表明在添加了少量二氧化碳的INERGEN灭火剂产生的巨大有益作用。在讨论人体试验结果之前,说明缺氧环境产生的生理影响以及INERGEN灭火剂中二氧化碳在缺氧环境中对人体安全产生积极影响的机制是非常重要的。

B二氧化碳效应

即使吸入空气中所含氧气浓度降低(缺氧),将氧气输送至大脑主要也还是受到若干普通的、与动脉血中二氧化碳水平和氧分压有关的生理控制机制的影响。为补偿呼吸空气中降低的氧气水平,身体首先会增加呼吸次数,以限制动脉血氧分压的降低。其次,降低的动脉血氧分压往往会导致脑部血管轻微膨胀。尽管如此,对于缺氧状态的每一种正常反应在某种程度上均受到同时出现的动脉血二氧化碳分压(PCO2)降低的抵消和限制,这导致随着呼吸的增加,呼出的二氧化碳也更多。

正常量的二氧化碳对呼吸、动脉血充氧和大脑血流量这些反应均有有利影响,某种程度上这是额外碳酸使得血液酸度增加产生的作用。此外,动脉血二氧化碳分压的改善能使血红蛋白解离曲线发生变化,增加血红蛋白对脑组织的氧气输送。二氧化碳会对呼吸产生若干影响,其中之一就是充当脑及其它组织正常充氧和酸度的微调参数。

因此在INERGEN灭火剂中加入二氧化碳能使这些自然机制发挥作用,并导致血氧量增加、大脑血流量增加,向脑组织输送氧气的效率也更高。这些机制在人体内原本就预先存在,因此不可能产生不利影响。由于这一“二氧化碳作用”,相比任何不含二氧化碳的惰性气体,INERGEN灭火剂能使人更长时间地承受较低的吸入氧气水平。

C人体测试结果-生理测量

在过去60年内,添加及不添加二氧化碳的低氧空气环境人体影响测试以广泛进行。我们将集中关注最近进行的系列测试。这些测试中控制状态及影响的测量大部分以逐秒、逐次心跳的方式进行。下列七张曲线图是三种不同空气环境下同一组对象的平均值:正常空气(21%氧气-正常含氧量控制指定)、未添加二氧化碳的10%氧气(缺氧-其它惰性气体灭火系统产生的空气环境)、添加4%二氧化碳的10%氧气(低氧/二氧化碳-INERGEN空气环境)。中等运动强度(50瓦-相当于每小时步行3英里的强度)以及静止状态均进行估算。

呼气末氧分压针对呼吸即将结束时从每位对象口中获得的气体取样,测量肺部深处气体氧分压。请注意本曲线表中(图1),在呼吸几次10%氧气的空气后,由于吸入空气的含氧量较低,潮气氧分压迅速降低。这一降低由于二氧化碳的存在而马上减缓,这是因为体内二氧化碳对呼吸产生快速而有益的生理影响。

在这一图表中,反应肺部深处气体及动脉血二氧化碳分压的呼气末二氧化碳分压在单纯的缺氧条件下也显示了明显的下降,这是因为缺氧导致呼吸增加。但是,由于INERGEN含有二氧化碳,实际上该数值显示增加。图2显示了对呼吸及脑充氧有促进作用且极其快速的反应。我们记得血液中的二氧化碳能控制若干机制,使得呼入的氧气能更有效地在人体内传输,因此从呼吸、动脉充氧和大脑血流量的快速改善来看,一分钟后44mmHg与39mmHg之间的差异显然非常显著。未添加二氧化碳的缺氧空气环境会导致血液失去二氧化碳,因而会对重要人体器官的充氧产生相应的负面影响。

D人体测试-智力表现

除了如上所述反复测量到达大脑的氧气含量和氧分压,了解这一充氧水平是否能使处于INERGEN空气环境内的个人发挥正常智力功能也是至关重要的,这些功能对于撤离危险区域必不可少。确切地说,做出决定以及处理单词和数字的能力S是可以测量的重要因素。

再次实施人体试验[16]。在普通室内氧气水平下进行标准认知能力测试,随后在吸入10%不含二氧化碳的氧气(不含二氧化碳的惰性气体产生的缺氧空气环境)时测试,最后在呼吸添加4%二氧化碳的10%氧气(INERGEN空气环境)时测试。

图8的结果清晰地显示呼吸10%氧气的空气导致表现大幅度下降,在转而呼吸INERGN空气时又回到高分区域。表现的恢复恰好对应INERGEN空气环境内大脑获得更多氧气这一事实。

同一系列的测试也表明,只有当吸入的氧气水平低于14%时才会观察到认知能力降低。尽管如此,惰性气体灭火剂通常采用设计浓度,及将氧气浓度降至10-12%的范围。在此缺氧程度下,“二氧化碳效应”对于保持认知和精神运动功能而言至关重要。

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