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超细干粉灭火剂与S型气溶胶的优势对比

发布时间:2011-11-14 17:34   点击次数:次  标签:灭火剂
一、引言 气溶胶的介质是气体,气溶胶是微细的固体颗粒,或微细的液体颗粒和惰性气体在气体介质中悬

一、引言

    气溶胶的介质是气体,气溶胶是微细的固体颗粒,或微细的液体颗粒和惰性气体在气体介质中悬浮、弥散形成的溶胶状态。气溶胶灭火技术近年来发展较快,国内外的研究人员对各类气溶胶及其应用技术进行了大量的有成效的研究、开发,并取得了一些成果。

    气溶胶,按形成的方式可分为:“高温技术气溶胶”(通常称“热气溶胶”如国内K型气溶胶、S型气溶胶)和“非高温技术气溶胶”(通常称“冷气溶胶”如超细干粉灭火剂)。热气溶胶灭火技术,是将固体燃料混合剂通过自身燃烧反应,产生足够浓度的悬浮固体颗粒和惰性气体,释放于着火空间,抑制火焰燃烧,并且使火焰熄灭。烟雾灭火技术就属于热气溶胶技术范畴。而冷气溶胶灭火技术通过压力使容器内的超细干粉经喷头喷出,使其悬浮于着火空间,使火焰熄灭。在现实中人们把热气溶胶归类为气体灭火剂,冷气溶胶超细干粉则按传统干粉灭火剂的特性归类为固体灭火剂,总结两种产品的性能,的确存在较大的区别,特别的在灭火效果及应用方式方面值得探讨。

    二、S型气溶胶和超细干粉灭火剂的灭火技术介绍

    2.1S型气溶胶

    气溶胶灭火剂为前苏联最先研制。该灭火剂中含有35%—50%的氧化剂,15%—40%的燃料(含氮有机物),约22%—35%的铵、钠、钾、钙、镁的碳酸盐,以及3%的艾杜糖醇,其中氧化剂为KClO3,KNO3,NaNO或NH4NO3,燃料为二氰胺,硝基胍和尿素。俄罗斯研制的一种热气溶胶灭火剂,是由固体燃料混合剂燃烧时产生的气体与微粒的混合物,这种固体燃料混合剂称TTK药柱,是由含钾的无机氧化剂(如氯酸盐和硝酸钾)和有机还原剂(包括各种树脂、增塑剂和硬化剂等)构成。

    国内热气溶胶灭火技术研究开发比较早(80年代,天津所开发出烟雾灭火剂),经吸收国外技术,并进一步研究改进,在技术上有新的改进,如降低了热气溶胶灭火装置的出口温度,由原来的300℃降到现在的80℃等,其产品已达到国外同类产品的先进水平。由于此类气溶胶发生剂中主要采用钾的硝酸盐作为主氧化剂,其喷放物灭火效率高,但因为其中含有大量的钾离子,易吸湿,形成一种发黄发黏的强碱性导电液膜,这种物质对电子设备有很大的损坏性,故K型气溶胶自动灭火装置不能使用于电子设备、精密仪器和文物档案场所。但目前在市场仍然有一定数量的使用。

    S型气溶胶被业界称为第三代气溶胶技术,是K型气溶胶的改良产品,主要由锶盐作主氧化剂,据称和K型气溶胶不同,锶离子不吸湿,不会形成导电溶液,不会对电器设备造成损坏,S型气溶胶自动灭火产品最早于21世纪初研发成功。目前,S型气溶胶产品已在国内一些工程项目中应用,对其灭火效果褒贬不一。

    2.2超细干粉灭火剂

    传统干粉灭火剂是一种干燥、流动性好的固体粉末,主要由一种或多种具有灭火能力的无机盐组分和疏水组分、惰性填料组成。  

灭火组分是干粉灭火剂的核心,疏水组分主要有硅油和疏水白炭黑,惰性填料种类繁多,主要起防振实、结块,改善干粉运动性能,催化硅油聚合等作用。主要应用于扑灭固体、液体、气体及电器设备火灾等。

    干粉的优点主要有:灭火效率高、速度快。按照扑灭单位面积的可燃液体火灾的灭火剂用量来比较,干粉具有最高的灭火效率,干粉能够迅速地控制火势和扑灭火灾,灭火时间往往在几秒钟或十几秒钟内,而且不易受火场地形、温度等环境条件的影响。对人畜无毒或低毒,对环境的影响甚微;因而在淘汰哈龙灭火剂后,干粉灭火剂成为我国灭火产品的主力军。

    干粉灭火剂的干粉粒度对其灭火性能有显著的影响。单位灭火剂灭火效能与灭火剂粒子粒径密切相关,每种灭火粒子都存在上限临界粒径,小于临界粒径的粒子全部起灭火作用,大于临界粒径的粒子灭火效能急剧降低,小于临界粒径的灭火粒子分数愈大,则灭火效果愈好。

    常用干粉灭火剂粒度在20µm-75µm之间,这种粒子弥散性相对较差,比表面积也相对较低。因而,定量的粉体所具有的总比表面积较小,每个粒子的质量较大,沉降速度较快,且其受热分解的速度较慢,所以其捕获自由基或活性基团的能力有限,灭火能力也就很有限;再就是普通的ABC干粉主成份为磷酸铵盐,易吸潮结块,且有一定的腐蚀性,进而限制了干粉灭火剂的使用范围。

    所以,制备在着火空间可以均匀分散、悬浮的超细灭火粉体,保证灭火组分粒子活性,降低单位空间灭火剂使用量是提高干粉灭火剂灭火效能的一种很有效的手段;但由于普通磷酸铵盐类干粉灭火剂必须采用硅油包裹工艺进行防潮、防结块处理,无法将其加工到10µm以下,故而干粉生产技术在很长一段时间没有新的突破。

    超细干粉技术是当代粉体工程技术的新发展,是各高新技术的基础,其应用正在不断扩大。超细粉体技术是当今世界上很重要的科学技术之一,英国KIDD公司采用喷雾干燥技术研制出粒径<5µm的碳酸氢钾超细高效干粉灭火剂,经全淹没式灭火实验表明:灭火效能是一般灭火剂的10倍;由于所需设备和工艺要求复杂,至今未能推广应用。

    应该说,超细干粉灭火剂同S型气溶胶的研发背景相似,它是在传统干粉灭火剂的基础上改良的新品种,国内超细干粉灭火剂由武汉绿色消防器材有限公司于2001年率先开发成功,并通过国家型式检验合格,它采用一种自然防潮的矿物质为主份,不需要采用硅油包裹工艺进行防潮、防结块处理,灭火效率是传统干粉灭火剂的10倍以上,由于超细干粉灭火剂可以在大气中悬浮一定时间,并能绕过障碍物,散布到各个角落,以一种全淹没的方式或局部应用方式灭火,使干粉灭火技术在自动灭火的效果方面有了飞跃式提升,它是干粉灭火技术和纳米技术发展的结晶,代表了目前干粉灭火的最高水平和发展方向。

    目前,超细干粉灭火产品在电力、冶金、石油石化、烟草、档案库房等行业得到了大量应用,号称“灭火效率最高、灭火速度最快、灭火浓度最低”,发展速度居所有灭火产品之首。

    三、S型气溶胶和超细干粉灭火剂的灭火机理介绍

    3.1S型灭火气溶胶灭火机理

    3.1.1吸热降温灭火机理

    金属盐微粒在高温下吸收大量的热,发生热熔、气化等物理吸热过程,火焰温度被降低,进而辐射到可燃烧物燃烧面用于气化可燃物分子和将已气化的可燃烧分子裂解成自由基的热量就会减少,燃烧反应速度得到一定抑制。

3.1.2化学抑制灭火机理。

    a、气相化学抑制:在热作用下,灭火气溶胶中分解的气化金属离子或失去电子的阳离子可以与燃烧中的活性基团发生亲和反应,反复大量消耗活性基团,减少燃烧自由基。

    b、固相化学抑制:灭火气溶胶中的微粒粒径很小(10-9~10-6m),具有很大的表面积和表面能,可吸附燃烧中的活性基团,并发生化学作用,大量消耗活性基团,减少燃烧自由基。

    c、降低氧浓度:灭火气溶胶中的N2、CO2可降低燃烧中氧浓度,但其速度是缓慢的,灭火作用远远小于吸热降温、化学抑制。

    3.2超细干粉灭火机理

    在灭火过程中,超细干粉灭火剂既具有化学灭火剂的作用,同时又具有物理抑制剂的特点,其灭火机理如下:

    (1)化学抑制作用:燃烧过程是一连锁反应过程,OH和H自由基是维持燃烧连锁反应的关键自由基,它们具有很高的能量,非常活泼,而寿命却很短,一经生成,立即引发下一步反应,生成更多的自由基,使燃烧过程得以延续且不断扩大。干粉灭火剂的灭火组分是燃烧的非活性物质,当把干粉灭火剂加入到燃烧区与火焰混合后,干粉粉末与火焰中的自由基接触时,自由基被瞬时吸附在粉末表面,通过上述反应,借助粉末的作用,消耗了燃烧反应中的自由基OH和H。当大量的粉末以雾状形式喷向火焰时,火焰中的自由基被大量吸附和转化,使自由基数量急剧减少,致使燃烧的链反应中断,最终使火焰熄灭。

    (2)隔离作用:喷出的固体粉末覆盖在燃烧物表面,构成阻碍燃烧的隔离层。特别当粉末覆盖达到一定厚度时,还可以起到防止复燃的作用。

    (3)冷却与窒息作用:粉末在高温下会放出结晶水或发生分解,这些都属于吸热反应,而分解生成的不活泼气体又可稀释燃烧区域的氧气浓度,从而起到冷却与窒息作用。

    四、两种灭火产品优劣势比较

    所有灭火产品都有相同点和不同点,针对不同保护场所,各种灭火产品表现出不同的灭火效果,而S型气溶胶与超细干粉灭火剂,虽然在标准中不是同一类型产品,但其灭火机理及产品特征极其相似,而其灭火效果和应用方式有较大区别。其优劣势主要表现在几个方面:

    4.1灭火设备不同,对保护对象适合性有差异

    4.1.1S型气溶胶灭火装置

    气溶胶运用的灭火器具是特别装置,一般为小型装置,标准规定最大规格为10kg。

    按灭火装置安装方式可分为;

    a)落地式灭火装置;b)悬挂式灭火装置。

    按灭火装置喷口温度高低可分为:

    a)限温性灭火装置;b)非限温性灭火装置。

    按灭火装置产生热气溶胶灭火剂的种类可分为:

    a)S型气溶胶灭火装置;b)K型气溶胶灭火装置。

关于气溶胶灭火装置的保护对象,公安部公消[2001]217号文件定义为:“气溶胶与卤代烷类和惰性气体类哈龙替代技术不同,灭火后有残留物,属非洁净灭火剂。各企业采取的药剂配方不同,残留物的性质也不相同。气溶胶灭火装置不能用于保护经常有人场所,不能用于保护易燃易爆场所。气溶胶属于气固混合物,在技术没有突破且通过国家质检中心型式检验之前,不能用于管网输送系统,气溶胶灭火后的残留物对精密仪器、设备会有一定影响,技术上没有解决该问题且通过检验的固定装置,不能用于保护此类场所。多机联用气溶胶系统及其控制装置未通过型式检验合格的,不能用于保护较大空间场所”。

    S型气溶胶在配方调整后,技术上有所突破,但标准规定灭火装置只能控制在小于10kg的小型装置,并不得多机联用,因而限制其保护对象只能是小空间灭火,“气溶胶属于全淹没系统,适用于变配电间、发电机房、电缆井、电缆沟等无人、相对封闭、空间较小的场所”,

    所以S型气溶胶跟K型气溶胶一样,保护对象受到极大限制,大一点的电缆夹层、电缆隧道都无法采用S型气溶胶进行保护。

    4.1.2超细干粉灭火装置(系统)

    超细干粉灭火产品经过十多年的发展,已经成功开发出无管网灭火装置和管网灭火系统。

    按安装方式可分为:

    a)悬挂式超细干粉灭火装置。b)壁装式超细干粉灭火装置。

    c)柜式超细干粉灭火装置。d)管网式超细干粉灭火系统。

    按驱动方式可分为:

    a)贮压式超细干粉灭火装置。b)非贮压超细干粉灭火装置。

    c)贮气瓶式超细干粉灭火系统d)贮压式超细干粉灭火系统。

    按灭火剂属性可分为:

    a)ABC超细干粉灭火装置(系统)b)BC超细干粉火装置(系统)

    c)D类超细干粉灭火装置(系统)

    超细干粉灭火产品由最初单一的贮压悬挂式灭火装置,已经发展成为贮压式、非贮压式及超细干粉灭火系统等多样化产品,其灭火装置(系统)是厂家根据各种保护对象开发出的各类灭火设备,设计人员完全可以按保护对象不同而选择适用的灭火装置(系统),比如无管网类悬挂式或壁装式灭火装置,即可单具安装使用,也可以与火灾报警系统实现联动,按湖北省地方标准《超细干粉无管网灭火系统设计、施工及验收标准》规定,超细干粉灭火装置在全淹没设计时,防护区最大保护空间为2000立方米,局部应用灭火方式时,最大保护面积为500平方米。由于超细干粉的粉雾喷射后为云雾状态,在设计时可以按假想罩方式对保护对象进行局部淹没时设计,在超过标准规定的空间或面积时,可以分片或分组启动超细干粉灭火装置,实现大空间灭火。

    在需要高浓度大面积灭火时,还可以设计为管网灭火系统,如化工场所的灭火,有些场所需要大量灭火剂进行掩埋式扑救,超细干粉灭火系统目前已经开发出3000kg规格,如果量还不足够,可采用多台系统同时对一个区域进行保护,或以一套系统按组合分配方式,保护8个以下区域,这些是气溶胶类产品是无法实现的。

因此,两种产品在灭火装置方面,S型气溶胶只能保护小空间,而超细干粉灭火设备可以适用所有空间,小到不足1立方米的空间(如配电柜),大到几千平方的大型仓库或逾万米长的电缆隧道。

    4.2释放方式不同,灭火速度和灭火效率有差异

    我们可以通过了解森林用风力灭火机的灭火原理来联想所有灭火剂的灭火方式,可以说所有灭火剂在进入火场灭火时,需要动能和速度,当灭火剂穿透火焰时,灭火效率会大大提高,S型气溶胶和超细干粉也不例外,特别是这两类灭火剂都是属于固体微粒,更需要气流带动灭火组分穿透炊火焰,实现与火焰充分接触,达到快速灭火的目的。

    4.2.1S型气溶胶释放方式

    热气溶胶类灭火产品是一种常压状态储存,火灾时靠燃烧方式产生大量溶胶(烟雾)进入火场灭火,这种释放方式的动能很小,要完全淹没一个空间并达到一定的浓度,释放时间与保护空间的大小成正比,在灭火剂释放过程中没有冲击力的情况下,需要一定时间来满足灭火条件,由于技术原因,标准规定热气溶胶类灭火产品不能采用多机联用,这样,除了不能保护大空间灭火外,S型气溶胶的灭火速度也是相当缓慢的,可以这样认为:在灭火剂的灭火速率相同的情况下,S型气溶胶与其它所有灭火剂相比,要加上让灭火剂燃烧反应过程的时间才能达到同样的灭火效果。

    4.2.2超细干粉灭火剂的释放方式

    超细干粉灭火剂是一种平均粒径小于5微米的粉体,贮存在容器中需要气体进行驱动释放,隋性气体驱动式的灭火装置(系统)一般为低压或中压驱动(灭火装置1.2Mpa,管网系统1.4Mpa),灭火装置的喷射时间根据装置的规格大小有所区别,通常为1~5秒,超细干粉灭火系统的喷射时间按相关标准设置,一般为全淹没灭火小于30秒,局部应用时小于60秒。燃气驱动方式的非贮压灭火装置喷射速度更快,如脉冲式灭火装置的喷射时间小于一秒,在巨大的动能作用下,通常是声响火灭。

    超细干粉灭火剂灭火时,靠气体压力驱动,强力穿透火焰,灭火剂充分与火焰接触不仅灭火速度快,灭火效率也大大提高,同时标准规定在2000立方米以下空间采用无管网灭火装置全淹没保护时,可以多具联动,保证了灭火剂能瞬间达到灭火浓度,实现高效率灭火的目的。

    因此,两种灭火产品比较,S型气溶胶的灭火速度和效率远远不如超细干粉灭火产品。

    4.3灭火剂释放后形态不同,灭火应用方式有差异

    相关标准规定,热气溶胶类灭火产品只能全淹没方式灭火,S型气溶胶的配方虽然不同于K型气溶胶产品,但其释放后微粒平均粒径仍然为小于1微米,弥漫效果好,能绕过障碍物灭火,基本上能达到气体释放的效果,因而国家标准把气溶胶类灭火产品归类为气体灭火剂。

    4.3.1S型气溶胶释放后的形态及灭火应用方式

    但因气体的比重关系,S型气溶胶沉降速度非常慢,飘浮状态又使其不能象二氧化碳、六氟丙烷等气体灭火剂那样进行局部应用方式灭火。

其全淹没方式灭火时,对空间的封闭程度有严格限制,排泄口过大,会直接影响其灭火效果,因而在设计时,对关闭见机系统和设置的泄压口等要求严格。

    4.3.2超细干粉灭火剂释放后的形态及灭火应用方式

    超细干粉灭火剂的平均粒径小于5微米,释放时以浓云般的粉雾笼罩保护物,它既有类似于气体的释放形式,但粉雾不散开,随着气流动力,还可以绕过障碍物灭火,设置喷头的形式,可以让粉雾笼罩具体保护物,这样,超细干粉即可全淹没保护,又可以局部应用方式灭火,灭火应用方式十分灵活。

    因此,S型气溶胶和超细干粉灭火剂在应用方式方面所存在的差异,优劣势非常明显。

    4.4灭火剂微粒沉降速度不同,灭火方式有差异

    热气溶胶类灭火产品与超细干粉的灭火机理基本相同,同属于化学灭火范畴,由于微粒的质量不一样,S型气溶胶灭火后虽然也有沉降物,但需要很长时间才能沉降,沉降物不仅难以清除,对灭火没有任何作用。而超细干粉灭火剂为被分散体,释放后形成气粉混合的雾状形态进行灭火,灭火机理以化学灭火为主,沉降的粉尘又以物理覆盖方式灭火,特别是针对固体深位火灾(阴燃)超越了任何气体灭火剂,超细干粉灭火剂不仅能有效扑灭有焰燃烧,而且还可以扑灭一般固体物质的表面燃烧。超细干粉晶体粉粒与灼烧的燃烧物表面接触时,发生一系列化学反应,并在固体表面的高温作用下被熔化并形成一个玻璃状覆盖层,将固体表面与周围空气的氧隔开,使燃烧窒息,这也是其独特的一种灭火功能,再加上粉尘的覆盖,能有效防止火灾复燃。

    4.5灭火剂冷热释放的区别,安全性有差异

    热气溶胶是燃烧方式释放灭火剂,其安全性能较差。1995年我国推出第一代EBM热气溶胶自动灭火装置,在使用过程中相继发生了一些事故。公安部消防产品行业管理办公室于1997年6月3日下发公消行(1997)040号《关于禁止使用第一代固定式全淹没EBM自动灭火装置的通知》。经过科研人员不断研究改进,1999年又推出第二代EBM热气溶胶,但热气溶胶灭火装置仍不时发生事故。S型气溶胶只是在配方上进行了改进,安全性能却没有得到明显的改进。

    热气溶胶灭火产品有“热连带反应”。第一代热气溶胶灭火装置灭火剂释放的出口温度超过300℃,这对于一般易燃固体已是可产生燃烧的温度。第二代热气溶胶灭火装置的出口温度降到80℃,但仍然很高,对保护区来不及撤离的人员和保护物均可能造成损害。

    热气溶胶灭火技术不适合用来抑暴和惰化,因其靠燃烧产生气溶胶灭火剂,本身就是点火源。对阴燃物的火灾,热气溶胶的灭火效果也较差。

    采用隋性气体驱动的超细干粉灭火产品,其驱动气体本身就是灭火剂,再加上是冷释放形式,安全可靠,虽然超细干粉灭火装置也有采用燃气驱动方式,但燃气产生是瞬间的,在释放前火焰已经熄灭,再加上超细干粉的良好吸热性能,出口温度极低,不足以形成隐患。

    4.6同是“气溶胶”学名,但工程造价有较大差异

    按超细干粉释放后的形态,我们在理论上称之为“冷气溶胶”,由于标准的归类,超细干粉归类为固体灭火剂,并将粉体命名为超细干粉;

S型气溶胶、K型气溶胶按标准归类为气体灭火剂,两种产品的化学灭火机理相似,又同样是悬浮在空中的微粒,但由于原料不同,价格区别也较大,以笔者在消防工程应用中对两种产品的了解,其造价差异在两个方面:一是灭火剂量,超细干粉通常用量为90~100g/立方米,S型气溶胶的用量为140g/立方米以上。二是产品单价,S型气溶胶每公斤单价是超细干粉灭火剂的3~5倍,综合核算,S型气溶胶在消防应用中比超细干粉灭火产品造价要高出近三倍以上,性价比远远不及超细干粉灭火装置(系统)。

    五、结束语

    可以说,任何灭火产品都有其优势和缺陷,S型气溶胶通过不断改进,其技术已经居世界领先水平,根据其特征,在小空间灭火有其一定优势,但与超细干粉灭火产品比较,从灭火速度、灭火效率、性价比等方面都远远不及;当然,超细干粉灭火剂也有其不可避免的缺陷,比如喷射时能见度低,灭火后需要清理现场等,但瑕不掩玉,超细干粉灭火剂作为国家重点推广的新型灭火产品,正在迅猛发展,其低价高效、应用广泛的良好品质正广为用户所接受,用户在使用过程中自然会对这两种产品进行比较,相信随着时间的推移,超细干粉灭火剂必将在各个行业的消防保护中独占熬头。

    参考文献:

    1、《气体灭火系统—物理性能及系统设计》ISO/CD/14520—9,第9部分HFC227ea灭火剂。

    2、西安坚端化工有限责任公司《固定式DKL自动灭火系统》。

    3、江西三星气龙新材料有限公司《气溶胶自动灭火装置》。

    4、《超细干粉无管网灭火系统设计、施工及验收标准》DB42/294—2004

 

 



文章名称:超细干粉灭火剂与S型气溶胶的优势对比
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文章来源:消防器材


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