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气溶胶灭火技术

文章来源:admin   文章发布时间:2018-06-29 15:18   文章点击次数:

第一章   气溶胶灭火技术的发展过程  
    气溶胶灭火剂是近四十年发展起来的一种新型灭火剂。它是一种由氧化剂、还原剂、燃烧速度控制剂和粘合剂组成的固体混合物。热气溶胶灭火剂的释放经过了燃烧反应,产物中既有固体又有气体。其中大部分为N2、CO2和水蒸气等灭火气体,固体颗粒是钾和锶的氧化物。释放产物冷却、凝聚时生成极为细小的微粒,微粒的直径一般小于0.45微米。这些极为细小的微粒可以高效吸收与中和火焰中的燃烧自由基,从而达到化学抑制灭火作用。而灭火气体中包裹着固体颗粒形成的气溶胶,可以长时间悬浮,并能绕过障碍物,散布到各个角落,以一种全淹没的方式高效灭火。简单地说,气溶胶灭火剂是一种可悬浮于空气中的微纳米级干粉微粒,它是烟火技术和纳米技术发展的结晶。  
    从严格意义上讲,气溶胶到目前为止已经过三代发展。  
    第一代气溶胶灭火产品,早在上世纪60年代就已诞生。我国公安部天津消防研究所的刘孟焕等科研人员,对气溶胶灭火装置进行了研究,提出用烟火药剂燃烧、释放的产物进行灭火。当时称为“烟雾灭火系统”,主要用于石油化工产品储罐灭火装置上。 
    第一代气溶胶灭火产品,早在上世纪六十年代就已诞生。当时天津消防研究所的科研人员,对气溶胶灭火剂及其装置进行了大量的研究,首先提出“以火攻火”的理论,自主研制出烟雾自动灭火系统,主要用于扑灭甲、乙、丙类液体储罐火灾。这是一项不同于以往的全新的灭火技术既有烟又有雾,既有细小的固体颗粒,又有水蒸气和N2、CO2灭火气体形成的气溶胶物质用于灭火。  
    在当时中苏关系融洽的时代背景下,前苏联科学家跟随这一理论的指引,率先研制出可用于普通场所的气溶胶灭火剂。而我国由于当时的环境所限,并未对这一理论进行深入的应用性研究,产品仅停留在油罐系列。致使到了80年代,我国在气溶胶灭火技术领域的应用已远远落后于前苏联。但是,气溶胶灭火这一理论,是由我们中国人首先提出的,这已由各种文献、记录所证实,无可争辩!  
    第一代气溶胶虽然在60年代初就已出现,但由于当时人们更习惯于使用哈龙灭火剂,使气溶胶灭火产品推广运用迟缓。进入二十世纪80年代后,人们逐渐认识到哈龙灭火剂对大气臭氧层的破坏作用,气溶胶灭火剂作为绿色环保的哈龙替代品逐渐得到人们的重视。各国研究并开发出的多种类型气溶胶灭火设备,使气溶胶的应用技术得到了迅速发展。这项技术在俄罗斯已形成系列产品。美国、英国、德国、日本、加拿大等国家也相继开发出各自的气溶胶灭火产品并推广应用。  
    在我国,90年代中期,北京理工大学在学习国外经验的基础上,研发出第二代气溶胶灭火产品。国内先后有多家企业涉足该产品的生产。但由于设计中未充分考虑到箱体温度,在喷放时有高温和喷焰缺陷,导致了一些重大责任事故。  
    第二代产品出现的问题,是由于研发人员对市场使用环境不甚了解,而生产人员又未对技术加以深入研究造成的。问题的解决方式非常简单,通过加大箱体隔垫,增加一些金属隔热片等简单的物理方式就可以解决。经过改进后的第二代气溶胶产品,很好地克服了箱体温度过高的缺陷,逐步得到市场认可。但由于其配方基本为北京理工大学的钾盐类配方,以硝酸钾作为气溶胶发生剂的主要氧化剂,所以喷发后的产物极易与空气中的水结合形成一种粘稠状的导电物质。这种物质对电子设备有很大的损坏性。由于误喷造成对电子设备的损坏,也给第二代气溶胶造成了极坏的影响。为此,中国移动、中国网通、中国电信等国家大型企业,都曾明令禁止气溶胶灭火装置在其精密电子设备间的使用。气溶胶能否用于保护有精密电子设备的场所?其喷射后的产物对电子设备是否有影响?这些问题,摆在了众多消防专家的面前,也在业内引起了广泛的争议。 
    问题不断地出现,技术也在不断地提高。这时第三代气溶胶灭火产品横空出世。第三代气溶胶主要由锶盐作主氧化剂,和第二代钾盐类气溶胶不同,它从根本上解决了该类产品喷射生成物对电器设备的损坏作用。2001年,中国移动通信集团公司经过严格的考察和验证,最终选择锶盐类气溶胶用于保护其通信基站等配备有精密电子设备的场所。目前,锶盐类气溶胶产品已在几千个工程项目中应用,其中也出现过误喷,但至今未发生一起损坏电子设备的事故。值得一提的是,2004年8月,在湖南长沙的一个通信机房中,因电线老化而引起电源失火,锶盐类气溶胶灭火剂成功地扑灭了火情,其间通信设备照常运行。这是国内唯一一起气溶胶灭火,并且没有损坏电子设备的“案例”。第三代气溶胶已越来越为广大用户所接受。  
    2004年6月4日,公安部颁布了GA499.1《热气溶胶灭火装置》行业标准。该标准将气溶胶灭火装置分成两类。第一类是K型气溶胶,指充装含有30%以上硝酸钾的气溶胶发生剂的灭火装置。即上述钾盐类气溶胶,也即第二代气溶胶。第二类是S型气溶胶,指充装含有35%~50%硝酸锶,同时含有10%~20%硝酸钾的气溶胶发生剂的灭火装置。即上述锶盐类气溶胶,也即第三代气溶胶。  
    关于S型和K型气溶胶的区别,在本行业标准中明确规定,“ K型灭火装置沉降物绝缘水平不得低于1兆欧,S型灭火装置沉降物绝缘水平不得低于20兆欧”。电阻为1兆欧的物质,从严格意义上讲是导体,水的导电性也即如此。而电阻为20兆欧的物质是绝缘体,相当于干木材的导电性。本行业标准在世界范围内,第一个将气溶胶按配方分为S型和K型,也是首次以“气溶胶沉降物绝缘水平”这一科学的指标,来说明为什么S型可用于保护有精密电子设备的场所,而K型不能的原因。  
    此次行业标准颁布的重要意义在于,从实际指标上把气溶胶分成了两类,即S类和K类,为今后相关规范的制定与广大用户的使用提供了指导。《热气溶胶灭火装置》行业标准的颁布,受到了业内专家的高度赞扬。在专家审查会上,被专家誉为“国际先进”,这在中国标准编写史上是少有的。它的颁布必将对气溶胶行业产生强有力的规范作用。三、冷气溶胶灭火技术 
  热气溶胶灭火技术具有灭火效率高,电绝缘性好,不破坏大气臭氧层等优点。也存在缺陷如:有“热连带反应”、不能进行局部保护应用、灭火速度慢等问题。如何发挥气溶胶应用灭火的长处,克服其固有的缺陷,国内外进行了大量的卓有成效的研究。近几年,冷气溶胶灭火技术的研究和应用,就是哈龙替代技术研究的新成果。 
  1、超细干粉灭火技术
  超细干粉灭火剂是国内最新研制的一种“非高温气溶胶灭火技术”,也称“冷气溶胶”。灭火剂以氮气(N2)、等惰性气体为驱动体,超细干粉为被分散体,释放后形成气粉混合的雾状气溶胶进行灭火,灭火机理以化学灭火为主,物理灭火为辅,可全淹没灭火应用,也可局部保护灭火应用。 
  超细干粉灭火剂按基料成分可分为:磷酸铵盐超细干粉、碳酸氢钠超细干粉、还有其它灭火材料组成的超细干粉。以磷酸铵盐为基料的超细干粉粒径为10—20μm,由于粒子细化,灭火时能充分反应,灭火效果显著增加。原料磷酸铵盐在制备过程中需硅化,粒子质量较大,经氮气驱动喷射后,大部分粉粒很快落于地面,没有形成气溶胶参与灭火反应,因而用于全淹没灭火效果不很理想。 
  英国科技工作者采用喷雾造粒技术,用小型喷雾干燥器制造出粒径在5μm以下的超细粉体,经加压喷射形成冷气溶胶灭火,全淹没灭火使用效率可达哈龙灭火剂的3—5倍。由于所需设备和工艺要求复杂,产品生产能耗巨大,至今未能推广应用。武汉绿色消防器材有限公司科研人员应用国内外最新技术,采用新型的灭火材料,研制成功一种新型的超细干粉高效灭火剂。  超细干粉灭火剂灭火机理以化学灭火为主,物理灭火为辅。 
  A、对有焰燃烧的抑制作用。有焰燃烧是一种链式反应过程。燃烧分子在燃烧的高温下或其它形成的能量下被活化,在氧的存在下产生燃烧自由基或活性基团,并靠这些具有很高能量的自由基传播反应,维持燃烧持续进行。燃烧自由基具有很高的能量,非常活泼,它们一旦生成,就立即发生下一步的反应,生成更多的自由基。超细干粉中的灭火组分是对燃烧反应的不活性物质,当它们的粒子进入燃烧区与火焰结合时,可以同时捕获燃烧自由基,其结果使火焰中的自由基被消耗速度大于生产的速度,燃烧自由基很快耗尽,链式反应的历程终止,火焰即熄灭。以上作用被称为对燃烧的化学抑制作用和负催化作用。 
  B、对表面燃烧的熄灭作用。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 
  C、对热的遮隔作用。使用超细干粉灭火时,浓云般的粉雾(气溶胶)与火焰相混合,可以降低火焰对燃烧物表面的辐射热,使火焰的温度降低,使燃烧过程变得缓慢。 
  D、对燃烧区氧气的稀释作用。超细干粉灭火剂灭火时,在火焰的高温作用下会发生一系列的分解反应,这些反应一般为吸热反应,可吸收火焰的部分热量,并产生一些不活性体如二氧化碳(CO2)等,对燃烧区的氧浓度进行稀释,使燃烧变得缓慢,同时用作驱动喷放超细干粉的压力气体氮气随着超细干粉一起释放于燃烧区,也进一步稀释燃烧区的氧气,抑制燃烧,使燃烧熄灭。 
  超细干粉灭火剂的特点: 
  (1)、绿色环保。超细干粉灭火剂对大气臭氧层耗减潜能值(ODP)为零,温室效应潜能值(GWP)为零,无毒无害,对人体无刺激,对保护物无腐蚀。 
  (2)、灭火效率高。超细干粉灭火剂的灭火速率是水的40倍,是热气溶胶灭火剂的20倍,是混合气体灭火剂的6倍。灭火效率是水的30倍,是热气溶胶灭火剂的2倍,是哈龙灭火剂的2—3倍,是七氟丙烷灭火剂的4—8倍,是混合气体灭火剂的12—16倍,是普通干粉灭火剂的6—10倍。 
  (3)、应用范围广。超细干粉灭火剂可在封闭的空间全淹没灭火,也可在开放的场所大面积局部应用灭火,具有全淹没全方位灭火的优点。灭火剂的流动性、电绝缘性等指标优良,可充装通常使用的手提式灭火器、固定灭火装置(无管网灭火系统)、有管网灭火系统、森林灭火弹等,广泛应用于国防军事和民用设施,用以扑救A类、B类、C类火灾和带电设备火灾。 
  众所周知,作为化学灭火剂,其粒径与其灭火效率成反比关系,即粒度越小,灭火效率越高。超细干粉灭火剂,由于受加工技术及成本的制约,目前平均粒径已可做到≤5μm,其灭火速率,灭火效率已很优良。如果将超细干粉的粒径加工至更细,以至于达到纳米级,并解决在运用过程中的一系列技术性问题,其灭火效率将急剧提高几十甚至上百倍。  2、细水雾灭火技术 
  细水雾技术首先是由芬兰、美国、加拿大等少数发达国家开发的灭火技术。由于哈龙灭火剂即将被淘汰,在各国纷纷研究开发哈龙替代物的大背景下,细水雾灭火技术得到重视。上世纪九十年代,细水雾灭火技术得到飞跃发展。1997年,由美国开发和工程部门、细水雾灭火系统制造商、保险公司、法律机构及客户代表组成了细水雾灭火系统NFPA技术委员会,提出了设计、安装及标准化的相关文件,并正式出版了《细水雾系统标准》(NFPA750)。我国90年代末开始进行细水雾灭火技术的研究开发和试验工作,并列为国家“九五”科技攻关项目。目前已相继开发出各类型细水雾灭火系统产品问世。 
  目前国内外已有不少企业生产细水雾灭火系统。根据系统的压力、灭火剂在管道中的流相,应用方式、系统的形成及安装方式等。  细水雾灭火系统的灭火机理主要为物理灭火。 
  1)、气相冷却作用。细水雾的雾滴一般情况下DV0.90小于400μm,比表面积较一般水喷雾大,在火场中能完全蒸发,可吸收大量的热,使燃烧变得缓慢。

      2)、窒息作用。细水雾喷入火场后,迅速蒸发形成蒸汽,体积急剧膨胀,排除空气,在燃烧区或燃烧物周围形成屏障,阻止新鲜空气的进入,使燃烧区氧气浓度降低,使火焰窒熄。 
  3)、阻隔辐射热作用。细水雾蒸发后,蒸汽迅速将燃烧物火焰、烟羽流笼罩,对火焰的辐射具有良好的阻隔作用,能够有效抑制辐射热引燃周围其它物品,达到防止火焰蔓延的效果。 
  细水雾灭火系统的特点: 
  1)、细水雾灭火系统可以扑救A类、B类、C类火灾。如果雾滴直径大部分在40—200μm的范围内,细水雾还可以有效扑救电气火灾。 
  2)、细水雾灭火系统以易取价廉的水为灭火剂,资源利用率和环境保护方面的指标均优于其它灭火系统。细水雾灭火系统使水的利用率大大提高,和水喷雾灭火系统相比,水的利用率提高3倍以上;和水喷淋灭火系统相比,水的利用率提高6倍以上。 
  3)、细水雾灭火系统灭火机理为物理灭火,灭火速度比起化学灭火慢得多。 
  4)、细水雾灭火系统对水和环境温度要求严格。细水雾储水器应充装纯净水,一般应采用经过处理的可饮用水。储水器的水应定期更换,防止水存放时间长后滋生物堵住喷孔。细水雾灭火系统应设置在环境温度4-50℃的专用设备间内,因为温度过低会使水结冰,温度过高会使储罐内的水温升高,产生气化或热交换,并可能产生水垢或滋生物,影响水质。因为水易受到污染或其它环境影响,所以细水雾系统应设置在专用房间。 
  5)细水雾灭火系统应用于全淹没灭火,其灭火能力更多地依赖于喷头的技术参数的选择以及保护对象的形状和位置。就目前产品的技术水平,细水雾产品还达不到将水雾雾滴均匀分布到整个保护空间。细水雾系统灭遮挡火有很大难度,当喷头与火焰之间有障碍物时,火焰附近的温度不能很快地降下来,灭火时间将会延长,所以并不总能使其熄灭。这是由于障碍物的阻挡作用使细水雾在障碍物的表面沉积下来,减少了水雾的数量和动量。特别是预制型悬挂式灭火装置,由于其储水的数量和动量有限,还不能全淹没灭火应用,其局部保护应用的范围也很有限。在该项技术应用指标上,目前细水雾灭火系统比超细干粉灭火系统差得多,也比不上气体灭火系统。 
  6)、细水雾灭火系统的性能取决于两个能力。一个是生产足够小的水滴的能力,一个是将足够数量的水分布到整个空间的能力。这两种能力又受液滴的大小、速度、分布、冲量以及喷头几何特性等因素的影响,同时也受保护对象的几何形状和保护空间的形状、大小等其它客观因素的影响。如何提高上述的两个能力,将是细水雾灭火系统应用和发展的关键。 
  7)、细水雾灭火技术应用于手提式灭火器,目前已有一部分产品上市,但效果还不理想。原因是受喷头技术参数影响以及储水的数量和动能的影响,喷出的水雾较近,很难对火形成隔氧的效应。对B类火,主要是由喷射到油面上的覆盖层隔绝氧来灭火,细水雾喷射距离近,同时在油面形成覆盖膜也比直接用一般轻水膜灭火器慢得多。

 

 

责任编辑:织梦58
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