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七氟丙烷、气溶胶等灭火系统之分析

 

FM200的基本情况:七氟丙烷HFC227ea的化学分子式为CF3CHFCF3。FM200一种较为理想的哈龙替代物,对大气的臭氧层没有破坏作用,消耗大气臭氧层的潜能值ODP为零,但有很大的温室效应,其潜能值GWP高达2050。FM200有很好的灭火效果,并被美国环境保护署推荐,得到美国NFPA2001及ISO的认可。

    FM200的灭火机理:FM200的灭火机理与卤代烷系列灭火剂的灭火机理相似,属于化学灭火的范畴,通过灭火剂的热分解产生含氟的自由基,与燃烧反应过程中产生支链反应的H、OH-、O2-活性自由基发生气相作用,从而抑制燃烧过程中化学反应来实施灭火。

    FM200灭火系统的优点:FM200具有良好的灭火效率,灭火速度较快、效果好,灭火浓度(8-10%)也较低,基本接近哈龙1301灭火系统的灭火浓度(5-8%)。

    FM200灭火系统的缺点:作为哈龙替代物,除了要考虑替代物本身的环保效应,也要考虑替代物自身的急性毒性和灭火时产生的其他物质对保护对象的破坏作用。

    1)大量的实验证明,含氟卤代烷灭火剂在灭火现场的高温下,会产生大量的氟化氢(HF)气体,经与气态水结合,形成氢氟酸(白雾状),氢氟酸是一种腐蚀性很强的酸,对皮肤、皮革、纸张、玻璃、精密仪器有强烈的酸蚀作用。美国海军实验室和美国航天航空局对FM200做了的大量研究,对不同规模和喷放时间的火灾进行了实验,测定出哈龙1301与FM200的灭火时间和灭火时所产生的HF的浓度。以下数据是美国航天航空局用FM200、哈龙1301灭火剂在1.2m3的分隔空间里进行试验的试验结果。(灭火剂的浓度是杯式燃烧法浓度的1.2倍)从试验结果分析:FM200灭火系统随着火灾规模和喷放时间的越长,产生的HF浓度越高,对精密仪器和设备的酸蚀作用越强,对人的皮肤腐蚀作用随之增强。同时,因FM200在喷放时产生“白雾”,具有腐蚀性,在气体疏散的过程中具有更大的危害性。

    2)FM200自身的设计要求:因FM200的储存压力为2.5Mpa/4.2Mpa,要求喷嘴的工作压力为不小于0.8Mpa,所以在输送距离上受到很大的限制,尤其应用于组合分配系统,则较为困难,在消防实践上不主张使用组合分配系统,特别是当保护区多、输送距离要求长的工程,更要引起注意。可见,FM200在有人场所、精密仪器场所和远距离输送场所和使用必须加以注意,对高温裂解的产物HF给与重视,以免造成损失。

    2、气溶胶灭火系统(装置)

    气溶胶的基本情况:气溶胶用作灭火剂是在近30年才被人们认识、发现和重视,可分为冷气溶胶和热气溶胶二种。目前,国内广泛使用的气溶胶为热气溶胶,它是通过含能灭火剂的燃烧,产生大量的固体微粒和部分气体,均匀分布在空间内,形成气溶胶,达到快速高效地抑制火灾的目的。目前,国内开发的气溶胶均为热气溶胶(包括EBM、DKL、气龙、ZQ、S型、华神等)。气溶胶的灭火机理:

    1)利用固体微粒在高温下产生金属阳离子与燃烧反应过程中产生活性自由基团发生反应,以切断化学反应的燃烧链,抑制燃烧反应的进行,达到化学灭火的效果。

    2)利用固体微粒(主要为钾盐)分解过程中产生的水来吸热降温。

    灭火方式物理窒息、降低火场温度灭火为主,化学灭火为辅化学灭火为主,物理降温灭火为辅,灭火后残留物3mg/cm²启动方式通过电流激活催化剂启动通过电爆管式启动器引燃出口温度80℃至160℃左右保护对象范围:可扑救A、B、C类表面火灾综合造价:150m³以内小空间有优势气溶胶灭火装置的优点:气溶胶灭火剂由于粒度小,可以绕过障碍物并在火灾现场较长时间的停留,且比表面积大,有很好的灭火效果,既可用于相对密闭空间,又可用于开放空间。尤其因为气溶胶灭火剂为含能材料,其本身不需要动力驱动,在制造成本上相对于其他灭火系统有优势,但目前市场上广泛使用的气溶胶灭火剂的稳定性还很差,必须经过完善,方能被更好地推广。

    气溶胶灭火装置的缺点:产物为气、固两相流,无法进行组合分配的有管网系统设计,对气体保护区域、空间大的场所综合造价将远远高于其他系统,同时必须联动启动,需要很大的启动电流,所占空间过大:因其产物中的金属阳离子容易于水结合生成碱性氧化物,并发生电离,导致电气设备受到污染和破坏。

    3、超细干粉灭火装置

    因热气溶胶在推广应用中存在“高温、有毒、微粒悬浮时间长”的缺陷问题,英国KIDDE公司的研究人员改变现有的热气溶胶形成和制备同步进行的方式,将气溶胶微粒的制备与形成气溶胶分步进行,即:先将灭火剂干粉溶于水,形成水溶液,通过喷雾干燥使其产生1-3μm的超细粉末,再罐装密封储存,然后加压外喷形成气溶胶而快速灭火。这就是目前国外气溶胶研究的“非高温气溶胶灭火技术”,也就是超细干粉灭火剂的最初研究。超细干粉灭火剂是近年来我国替代“哈龙”研究的新产品,其干粉颗粒比普通干粉细,是一种无毒、无害,对人体皮肤无刺激,对保护物无腐蚀;在常态下不分解、不吸湿、不结块,具有良好的流动性、弥散性和电绝缘性的新型灭火剂,平均粒径小于10微米,是普通干粉灭火效率的6-10倍。超细干粉灭火装置采用氮气驱动,有温控、电控和超导启动三种方式,双重保险,快速反应,全淹没效果好,其灭火效率是目前世界上所查明的灭火剂中:灭火速度最快、灭火效率最高的一种灭火方式。

    灭火有效性以灭火浓度和灭火速度两个指标来衡量;根据燃烧理论,灭火方式分为窒息、冷却、隔离和化学抑制等四种,上述三种灭火剂中:都是以化学灭火方式为主,化学抑制灭火是通过化学催化作用和净化作用,大量消耗火焰中的自由基,抑制燃烧链式反应,它具有浓度低、速度快的优点。气溶胶由于是通过燃烧释放灭火剂,要使灭火剂达到灭火浓度,需要一定的时间(灭火装置数量与保护容积成正比),这个时间直接影响了灭火的速度,而七氟丙烷的灭火浓度比超细干粉和气溶胶要大,灭火速度也慢得多。

    由此可见,灭火有效性最好的当属超细干粉,气溶胶次之,七氟丙烷最差;而产品的性价比也是超细干粉最高,气溶胶次之,七氟丙烷最低。

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