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S型热气溶胶和七氟丙烷气体灭火的探索研究

编辑:杭州消防公司      发布日期:2018-04-24        浏览次数:
【关键词】气体灭火系统;灭火机理;灭火装置 
  S型热气溶胶气体、七氟丙烷气体,属同一类气体灭火系统,又有着各自不同的特性。本文将从两者发展历程、灭火机理、应用环境、灭火效果、日常维护等多方面进行阐述,帮助企业更清晰地认识、合理地选择气体灭火装置。此外,针对气体灭火装置的产品现状,简单对比分析了两种气体灭火装置的优缺点,以供参考。 
  1 气体灭火系统发展简介 
  1.1热气溶胶气体灭火系统 
  该技术在我国出现于20世纪六十年代早期。最初,由天津公消所自主研发,针对甲、乙、丙三类液体储罐火灾进行实践改良。当时,热气溶胶系统是一种全新的灭火理念,由于在进行灭火操作时会出现烟雾和细小的固体颗粒,因此又被称为烟雾灭火技术。因当时该技术局限性,仅在少数的特定火灾场所使用。随着热气溶胶灭火装置的研究不断深入,第二代K型热气溶胶逐渐被研制成功,最后通过北京理工大学研究人员进行技术改进和完善,K型热气溶胶技术逐渐被应用。其主要物质便是钾盐,钾盐在吸收大量热量后会发生气化,从而形成大量的钾离子,然后同空气中的水分进行结合,形成具有较强导电性的物质。这些物质附着在电子设备上后,极易造成电子设备出现短路、故障等现象,在应用范围上仍存在一定的局限性。为了更好地解决二代S型热气溶胶系统存在的问题,陕西坚瑞消防股份有限公司在原有技术上不断进行创新,最终开发了三代S型气溶胶灭火装置,用锶盐取代了钾盐,其电阻值远远大于钾盐形成的导电物质,因此,能够很好地避免对电子设备的损坏。当前,国内热气溶胶灭火装置主要采用第三代S型热气溶胶。 
  1.2 七氟丙烷气体灭火系统 
  七氟丙烷气体,由美国大湖化学公司最先研发完成,其商品名称FM-200,化学名称HFC-227ea,直到2008年引入国内。起初,工程应用中多采用管网式系统。随着国内多家企业不断地从事技术研究和生产创新,预制式七氟丙烷灭火装置以其自身优势,也已占有很大一部分市场份额。在一些小型防护区内,预制式俨然有一种取代管网式的趋势。 
  2 灭火装置原理和特点 
  对于火灾事故,其发生原因可从燃烧四要素进行分析,主要是可燃物、氧化剂、温度和未受抑制的链式反应。只有同时满足上述四个条件,才会出现燃烧反应。总体来讲,灭火机理就是想方设法将这四个条件中的一个或多个消除殆尽,从而终止燃烧反应。 
  2.1 S型热气溶胶灭火装置 
  S型热气溶胶,主要以常压下固体形式储存。灭火装置动作时,需通过电爆管式启动器对储存的固体物质进行引燃,随之固态物质进行自身氧化还原反应,从而形成大量S型热气溶胶烟气。其烟气轻微低毒,主要是N2和一些CO2等,在灭火时,亦不会产生有害物质。但由于灭火物质的形态为气、固两相流,因此无法进行组合分配系统(管网式系统)。S型热气溶胶灭火装置原理图如图1所示。 
  S型热气溶胶灭火机理:初期,金属盐微粒会在高温环境下发生热熔等物理现象,从而吸收大量热量,降低周围环境温度,使可燃物质因无法获得足够热量支撑燃烧反应持续进行,抑制新燃烧自由基的生成;随之,由于金属盐微粒体积较小,具有较大表面积,能够和燃烧物进行更加全面接触,而金属盐热熔后能产生气化,形成更多金属离子,其组成元素与燃烧自由基发生化学反应,使燃烧自由基变为不可燃烧物质;另外,灭火物质中含有大量氮气等不易燃物质,能够稀释空气中氧气浓度,抑制可燃物的燃烧反应,最终达到灭火的效果。 
  预制式S型热气溶胶灭火装置,属于常压喷放系统。在灭火时,不会出现气流冲击现象,对保护对象几乎没有破坏效果。然而,由于其喷放状态为常压,扩散速度较慢,喷放后出现一定的向上扩散趋势,因此可以应用在非封闭空间防护区。 
  由于S型热气溶胶灭火装置无需外部动力直接进行灭火操作,因此在制造时所需成本较少。其内部物质会在化学反应产生的挤压力作用下喷放,由于压力较低,喷放时间会相对较长,一般持续90~120 min。喷放状态时,其喷口温度大约在80~169 ℃ 之间,属于高温气体,应避免因高温烟气伤人事故。灭火操作完成后,室内气体无污染、无毒害,可直接进行空气交换,处理方便快捷。 
  2.2 七氟丙烷灭火系统 
  七氟丙烷主要以高压液态形式储存,系统形式分为预制式和管网式两种类型。灭火装置动作时,需利用自身高压喷射而出。七氟丙烷是一种有较强绝缘性质的气体,无色无味。在一定压力下呈现液态,便于运输和储存,同时还具有洁净和安全的特性。如图2所示 
  七氟丙烷灭火机理:火灾发生后,喷头喷出的液态物质会迅速气化为气态,同时吸收大量热量,降低燃烧物质周围的温度,消弱燃烧的必备条件;随后,七氟丙烷气体中大量大分子物质,在高温环境下出现分子链断裂现象,断裂过程会吸收大量热量,继续消耗防护区热量;然后,灭火物质通过热分解产生大量自由基,与空气中可燃自由基快速组合,降低空气中燃烧自由基含量,抑制火灾的持续发生;另外,灭火物质中含氧量非常少,喷射充满防护空间后,会大大降低燃烧物周围的氧浓度,阻断燃烧反应链。 
  七氟丙烷气体在进行灭火时,具有速度快和效果好的特点,是一种比较优质的灭火药剂。然而使用时需注意其在空气中的含量,当浓度大于10.5%时,会出现一定的毒性,会对人体会造成损伤。同时七氟丙烷气体在高温作用下,可产生大量氟化氢,与空气中水分结合形成强酸性物质。因此灭火完成后,气体排放应特别注意安全问题。 
  七氟丙烷气体生产和储存的成本较高,管网式灭火系统在操作时较为复杂,占用空间较大,后期维护费用高,因此市场推广方面受到较大阻碍。   3 S型热气溶胶与七氟丙烷特性分析及对比 
  3.1 灭火机理 
  S型热气溶胶灭火机理是以化学抑制为主、物理方式为辅;七氟丙烷灭火机理是以物理方式为主、化学抑制为辅。但核心机理都是:吸热降温、抑制燃烧自由基、稀释氧含量。 
  3.2 应用环境 
  两者其灭火物质都是绝缘物质,对环境无危害,从可防护场所的功能来讲基本一致。但S型热气溶胶灭火装置属常压喷放,可用于非密闭防护区;七氟丙烷灭火装置属高压喷放,对防护区的密闭性要求较高。 
  3.3 灭火时两者区别 
  1)两者从灭火效果来讲,相差无几。同属气态物质,灭火完成后无现场残留物,但灭火完成后排空防护区气体时,应注意七氟丙烷系统有可能会产生大量氟化氢; 
  2)七氟丙烷属高压喷放,速度较S型热气溶胶快,灭火及时性更强。但高压喷放对环境、及设备会有破坏影响,且高压储存本身就属危险源,存在一定安全隐患; 
  3)相对S型热气溶胶来说,七氟丙烷生产、运输、安装成本较高,但相对较大防护区,具有组合分配式的优势; 
  4)七氟丙烷管网式灭火系统,在多个防护区应用时,可减少气体储备总量,但需设置独立气瓶间,系统复杂等原因,选用时应作综合比较分析。 
  3.4 日常维护 
  1)预制式S型热气溶胶灭火装置:灭火剂常压固态贮存,装置部件少,易检修,维护率很低,后期费用较三者中最低。后期主要费用,为更换过期的灭火剂,S型热气溶胶有效期一般为6年。 
  2)预制式七氟丙烷灭火装置:灭火剂为高压(一般为2.5MPa)液态贮存,装置部件少,易检修,维护率较低,维护费用较三者中居中。后期主要费用,为补充漏失的灭火剂及部件更换。钢瓶有效期为30年。 
  3)管网式七氟丙烷灭火系统:灭火剂为高压(一般为4.2MPa)液态贮存,装置部件多,检查较复杂,维护率较高,维护费用较三者中最高。后期主要费用,为补充漏失的灭火剂、增压氮气及部件更换。钢瓶有效期为30年。 
  4 总结 
  作为两种市场上,高度认可的两种灭火气体,都有其一定的实用性和优缺点。无法直接对比出绝对的高下之分,如何根据实际需要去正确分析、合理选择,才是我们相关设计人员、企业人员专业素质的体现。我们要通过不断学习研究、工程实践,探索和推动气体灭火系统的创新发展。 
  当然,选择气体灭火系统时,绝不仅限于以上两种气体。例如,最近市场上出现的超细干粉灭火装置,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,灭火速度快,灭火效率高。所有好产品和创新,都应成为我们学习和思考的对象,并应为更好的产品创新,作不懈地努力。