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S型熱氣溶膠和七氟丙烷氣體滅火的探索研究

編輯:成都消防公司 人氣:發表時間:2018-05-12
【關鍵詞】氣體滅火系統;滅火機理;滅火裝置 
  S型熱氣溶膠氣體、七氟丙烷氣體,屬同一類氣體滅火系統,又有著各自不同的特性。本文將從兩者發展歷程、滅火機理、應用環境、滅火效果、日常維護等多方面進行闡述,幫助企業更清晰地認識、合理地選擇氣體滅火裝置。此外,針對氣體滅火裝置的產品現狀,簡單對比分析了兩種氣體滅火裝置的優缺點,以供參考。 
  1 氣體滅火系統發展簡介 
  1.1熱氣溶膠氣體滅火系統 
  該技術在我國出現于20世紀六十年代早期。最初,由天津公消所自主研發,針對甲、乙、丙三類液體儲罐火災進行實踐改良。當時,熱氣溶膠系統是一種全新的滅火理念,由于在進行滅火操作時會出現煙霧和細小的固體顆粒,因此又被稱為煙霧滅火技術。因當時該技術局限性,僅在少數的特定火災場所使用。隨著熱氣溶膠滅火裝置的研究不斷深入,第二代K型熱氣溶膠逐漸被研制成功,最后通過北京理工大學研究人員進行技術改進和完善,K型熱氣溶膠技術逐漸被應用。其主要物質便是鉀鹽,鉀鹽在吸收大量熱量后會發生氣化,從而形成大量的鉀離子,然后同空氣中的水分進行結合,形成具有較強導電性的物質。這些物質附著在電子設備上后,極易造成電子設備出現短路、故障等現象,在應用范圍上仍存在一定的局限性。為了更好地解決二代S型熱氣溶膠系統存在的問題,陜西堅瑞消防股份有限公司在原有技術上不斷進行創新,最終開發了三代S型氣溶膠滅火裝置,用鍶鹽取代了鉀鹽,其電阻值遠遠大于鉀鹽形成的導電物質,因此,能夠很好地避免對電子設備的損壞。當前,國內熱氣溶膠滅火裝置主要采用第三代S型熱氣溶膠。 
  1.2 七氟丙烷氣體滅火系統 
  七氟丙烷氣體,由美國大湖化學公司最先研發完成,其商品名稱FM-200,化學名稱HFC-227ea,直到2008年引入國內。起初,工程應用中多采用管網式系統。隨著國內多家企業不斷地從事技術研究和生產創新,預制式七氟丙烷滅火裝置以其自身優勢,也已占有很大一部分市場份額。在一些小型防護區內,預制式儼然有一種取代管網式的趨勢。 
  2 滅火裝置原理和特點 
  對于火災事故,其發生原因可從燃燒四要素進行分析,主要是可燃物、氧化劑、溫度和未受抑制的鏈式反應。只有同時滿足上述四個條件,才會出現燃燒反應??傮w來講,滅火機理就是想方設法將這四個條件中的一個或多個消除殆盡,從而終止燃燒反應。 
  2.1 S型熱氣溶膠滅火裝置 
  S型熱氣溶膠,主要以常壓下固體形式儲存。滅火裝置動作時,需通過電爆管式啟動器對儲存的固體物質進行引燃,隨之固態物質進行自身氧化還原反應,從而形成大量S型熱氣溶膠煙氣。其煙氣輕微低毒,主要是N2和一些CO2等,在滅火時,亦不會產生有害物質。但由于滅火物質的形態為氣、固兩相流,因此無法進行組合分配系統(管網式系統)。S型熱氣溶膠滅火裝置原理圖如圖1所示。 
  S型熱氣溶膠滅火機理:初期,金屬鹽微粒會在高溫環境下發生熱熔等物理現象,從而吸收大量熱量,降低周圍環境溫度,使可燃物質因無法獲得足夠熱量支撐燃燒反應持續進行,抑制新燃燒自由基的生成;隨之,由于金屬鹽微粒體積較小,具有較大表面積,能夠和燃燒物進行更加全面接觸,而金屬鹽熱熔后能產生氣化,形成更多金屬離子,其組成元素與燃燒自由基發生化學反應,使燃燒自由基變為不可燃燒物質;另外,滅火物質中含有大量氮氣等不易燃物質,能夠稀釋空氣中氧氣濃度,抑制可燃物的燃燒反應,最終達到滅火的效果。 
  預制式S型熱氣溶膠滅火裝置,屬于常壓噴放系統。在滅火時,不會出現氣流沖擊現象,對保護對象幾乎沒有破壞效果。然而,由于其噴放狀態為常壓,擴散速度較慢,噴放后出現一定的向上擴散趨勢,因此可以應用在非封閉空間防護區。 
  由于S型熱氣溶膠滅火裝置無需外部動力直接進行滅火操作,因此在制造時所需成本較少。其內部物質會在化學反應產生的擠壓力作用下噴放,由于壓力較低,噴放時間會相對較長,一般持續90~120 min。噴放狀態時,其噴口溫度大約在80~169 ℃ 之間,屬于高溫氣體,應避免因高溫煙氣傷人事故。滅火操作完成后,室內氣體無污染、無毒害,可直接進行空氣交換,處理方便快捷。 
  2.2 七氟丙烷滅火系統 
  七氟丙烷主要以高壓液態形式儲存,系統形式分為預制式和管網式兩種類型。滅火裝置動作時,需利用自身高壓噴射而出。七氟丙烷是一種有較強絕緣性質的氣體,無色無味。在一定壓力下呈現液態,便于運輸和儲存,同時還具有潔凈和安全的特性。如圖2所示 
  七氟丙烷滅火機理:火災發生后,噴頭噴出的液態物質會迅速氣化為氣態,同時吸收大量熱量,降低燃燒物質周圍的溫度,消弱燃燒的必備條件;隨后,七氟丙烷氣體中大量大分子物質,在高溫環境下出現分子鏈斷裂現象,斷裂過程會吸收大量熱量,繼續消耗防護區熱量;然后,滅火物質通過熱分解產生大量自由基,與空氣中可燃自由基快速組合,降低空氣中燃燒自由基含量,抑制火災的持續發生;另外,滅火物質中含氧量非常少,噴射充滿防護空間后,會大大降低燃燒物周圍的氧濃度,阻斷燃燒反應鏈。 
  七氟丙烷氣體在進行滅火時,具有速度快和效果好的特點,是一種比較優質的滅火藥劑。然而使用時需注意其在空氣中的含量,當濃度大于10.5%時,會出現一定的毒性,會對人體會造成損傷。同時七氟丙烷氣體在高溫作用下,可產生大量氟化氫,與空氣中水分結合形成強酸性物質。因此滅火完成后,氣體排放應特別注意安全問題。 
  七氟丙烷氣體生產和儲存的成本較高,管網式滅火系統在操作時較為復雜,占用空間較大,后期維護費用高,因此市場推廣方面受到較大阻礙。   3 S型熱氣溶膠與七氟丙烷特性分析及對比 
  3.1 滅火機理 
  S型熱氣溶膠滅火機理是以化學抑制為主、物理方式為輔;七氟丙烷滅火機理是以物理方式為主、化學抑制為輔。但核心機理都是:吸熱降溫、抑制燃燒自由基、稀釋氧含量。 
  3.2 應用環境 
  兩者其滅火物質都是絕緣物質,對環境無危害,從可防護場所的功能來講基本一致。但S型熱氣溶膠滅火裝置屬常壓噴放,可用于非密閉防護區;七氟丙烷滅火裝置屬高壓噴放,對防護區的密閉性要求較高。 
  3.3 滅火時兩者區別 
  1)兩者從滅火效果來講,相差無幾。同屬氣態物質,滅火完成后無現場殘留物,但滅火完成后排空防護區氣體時,應注意七氟丙烷系統有可能會產生大量氟化氫; 
  2)七氟丙烷屬高壓噴放,速度較S型熱氣溶膠快,滅火及時性更強。但高壓噴放對環境、及設備會有破壞影響,且高壓儲存本身就屬危險源,存在一定安全隱患; 
  3)相對S型熱氣溶膠來說,七氟丙烷生產、運輸、安裝成本較高,但相對較大防護區,具有組合分配式的優勢; 
  4)七氟丙烷管網式滅火系統,在多個防護區應用時,可減少氣體儲備總量,但需設置獨立氣瓶間,系統復雜等原因,選用時應作綜合比較分析。 
  3.4 日常維護 
  1)預制式S型熱氣溶膠滅火裝置:滅火劑常壓固態貯存,裝置部件少,易檢修,維護率很低,后期費用較三者中最低。后期主要費用,為更換過期的滅火劑,S型熱氣溶膠有效期一般為6年。 
  2)預制式七氟丙烷滅火裝置:滅火劑為高壓(一般為2.5MPa)液態貯存,裝置部件少,易檢修,維護率較低,維護費用較三者中居中。后期主要費用,為補充漏失的滅火劑及部件更換。鋼瓶有效期為30年。 
  3)管網式七氟丙烷滅火系統:滅火劑為高壓(一般為4.2MPa)液態貯存,裝置部件多,檢查較復雜,維護率較高,維護費用較三者中最高。后期主要費用,為補充漏失的滅火劑、增壓氮氣及部件更換。鋼瓶有效期為30年。 
  4 總結 
  作為兩種市場上,高度認可的兩種滅火氣體,都有其一定的實用性和優缺點。無法直接對比出絕對的高下之分,如何根據實際需要去正確分析、合理選擇,才是我們相關設計人員、企業人員專業素質的體現。我們要通過不斷學習研究、工程實踐,探索和推動氣體滅火系統的創新發展。 
  當然,選擇氣體滅火系統時,絕不僅限于以上兩種氣體。例如,最近市場上出現的超細干粉滅火裝置,采用氮氣驅動。有溫控、電控和超導啟動三種方式,雙重保險,快速反應,全淹沒效果好,滅火速度快,滅火效率高。所有好產品和創新,都應成為我們學習和思考的對象,并應為更好的產品創新,作不懈地努力。 

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