替代哈龙的新型气体灭火系统

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替代哈龙的新型气体灭火系统 的优缺点比较与应用选择
摘要:本文对几种替代哈龙的新型灭火剂及 其灭火系统进行讨论,对已经投入使用和正 在研制而尚未投入使用的哈龙替代品进行比 较、分析,通过对每种产品的优缺点、性能 的分析,提出哈龙替代系统(品)的研究方 向和在推广应用过程中的选择。
一、前言

卤代烷 ( 哈龙 ) 灭火剂,即非环型饱和烃类化合物的使用已有 百年的历史。早在1900年之前,哈龙104(四氯化碳)就已作为 灭火剂被用于扑救易燃液体火灾,上世纪20年代后期又研制 出了哈龙1001、1011。1937年,前苏联研制出了哈龙2402用 于保护军事设施。这些早期的哈龙灭火剂由于灭火时产生毒 性气体,能引起人员伤亡,人们开始寻找更安全可靠的卤代 烷灭火剂。1947年,美国首先试制成功了两种高效低毒的卤 代烷1301(三氟一溴甲烷)及1211(二氟一氯一溴甲烷), 由于这两种灭火剂不导电、挥发快、无残留物、清洁安全, 在 60 年代末和 70 年代初,美国航空业开始采用哈龙 1211 和 1301保护高新电子设备、重要的地面作业设施和飞机扶梯区 域。随着60年代初计算机及其它电子设备的普及,卤代烷灭 火剂得以广泛应用,为人类同火灾的斗争提供了强有力的武 器。
度小于 NOAEL 时,可以认为适用于有人区域 或工作场所。
LOAEL:是可以观察到有害作用的最低浓 度,在此浓度下,动物实验时,被实验动物出现 可以观察到毒性反应。 通过FM200与哈龙1301的毒性比较,说明了 FM200比哈龙1301具有更好的安全性能,其毒性 也比较低。
2)大量的实验证明


H2O(↑)+MO---- MOH· +OH· MOH· +H· ---- H2O(↑↑)+M M+OH· ----MOH· MOH· +OH· ---- H2O(↑↑)+OM 在灭火现场进行的化学反应:化学反应快 速循环重复进行,不断切断火焰燃烧链,产生 化学灭火作用,从而提高灭火效率,加快灭火 速度,减少灭火剂用量
然而,近年来的研究表明,包括卤代烷灭火剂在 内的氯氟烃类物质在大气中的排放,是导致地球大气 臭氧层破坏的重要、主要原因,将严重危害人类生存 的环境。为了保护大气臭氧层,自1985年以来世界多 数国家相继签署了《关于保护臭氧层维也纳公约》 《关于破坏臭氧层物质的蒙特利尔议定书》以及伦敦、 哥本哈根修订案等国际公约。我国于1991年6月加入 了《蒙特利尔议定书》(修正案)缔约国行列。根据 《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》,我国将 于2005年停止生产哈龙1211灭火剂,2010年停止生产 哈龙1301灭火剂。随着《中国消防行业哈龙整体淘汰 计划》的实施,哈龙生产和消费量大幅度削减,哈龙 替代品和替代技术迅速发展,卤代烷灭火剂的淘汰已 是大势所趋。
2.2七氟丙烷(FLeabharlann Baidu200)灭火系统

FM200的基本情况:七氟丙烷HFC-227ea的化学 分子式为CF3CHFCF3。FM200是一种较为理想的 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。在我国的诸多行业, 如中国电信集团、中国移动集团、中国网通集团、 中国铁路等行业已经得到了广泛的应用
实验条件和结果 灭火剂名称
火灾规 模(KW)
喷放时 间(s)
灭火时 间(s)
最大HF含 量(ppm)
Halon1301
FM200
0.8 1.9 4.0 0.8 1.9 4.0 0.8 1.9 4.0 0.8 1.9 4.0
5.0 4.8 5.0 3.0 3.3 2.8 8.5 7.7 8.7 5.3 5.0 5.0
SDE产品灭火机理 :

是以物理窒息和低温气态水冷却火场温度 的物理灭火为主,抑制燃烧反应的化学灭火为 辅的物理、化学二种灭火方式相结合,实现全 淹没、全方位灭火。
1)灭火原理:
在惰性气体发生器内的化学反应式: SDE---- CO2 +N2 +H2O(↑)+MO(Cr2O3) 实施灭火的第一步,是气体产物对保护区 内氧气含量的稀释作用,在设计的灭火浓度范 围内可以将氧气含量稀释到17-18%左右 ,这一 作用是以CO2 、N2、H2O(↑)物理“窒息”灭火 为主方式;为了提高灭火效率,加快灭火速率, 让MO起作用 。
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,还要考虑系统设计 的一些特殊要求。
1) FM200与哈龙1301的毒性比较
项目
符号 代码
名称
杯式燃烧 法浓度 (%V/V)
设计浓 度 (%V/ V)
11.0 3.0 6.5 2.9 2.5 3.2 5.8 7.0 6.7 3.2 3.5 4.3
195 161 434 88 161 322 572 1001 2520 408 762 1962
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”,有 具有腐蚀性,在气体疏散的过程中具有更 大的危害性。
3)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;同时,喷嘴的最大喷射距离不大于 3.7 米,对于保护区高度大于该高度时建议分层排 列布置喷嘴。应用于组合分配系统时,较为困难, NFPA 标准中不建议使用,在我国的消防实践上原 来也不主张使用组合分配系统,但是由于对标准的 认识不同以及生产厂家的坚持,国内使用组合分配 的FM200系统也很多。特别是当保护区多、输送距 离要求长的工程,更要引起设计人员的注意,尽可 能避免需要灭火时系统无法喷放的情形发生。
近年来,科学家研究发现,国际、国内发生的许多自然灾 害,如:沙尘暴、洪涝灾害、干旱、雪灾、海啸等均为大气 温室效应所致,而二氧化碳的大量应用,无疑是罪魁祸首。 有人认为二氧化碳本身就是大气的组成部分,不会对大气造 成二次污染,其实,这是相当错误的想法,所有现有的二氧 化碳气体的制备方法都包含了对大气温室效应的影响因素。 二氧化碳排放对大气造成污染的结论已为世人所接受,并专 门制定了《京都议定书》,今年的日本在现在如此炎热的夏 季限制汽车使用空调就是因为使用空调不能保证汽车动力系 统使用的汽油彻底燃烧,从而导致温室气体排放在大气中。 因此,尽管二氧化碳作为灭火剂已经在消防行业使用了几十 年,但在注重环境保护,尤其是对人的生命价值更为注重的 今天,其广泛推广也应受到限制,应用选择时要予以慎重、 全面地考虑。

SDE的基本情况:SDE气体灭火剂及灭火系统由昆 山宁华公司于1991年开始研制,并于1997年研制 成功的一种新型气体灭火产品,灭火剂在常温常 压下以固体形态储存,工作时经电子气化启动器 激活催化剂启动灭火剂,并立即气化,气态组分 约为CO2 占35%、N2 占25%、气态水占39%,雾化 Cr2O3占1~2%。因不含F、Cl、Br、I等卤族元素, 故对臭氧层破坏指数ODP=0,且温室效应潜能值 GWP≤0.35。是目前国内唯一拥有自主知识产权 的一个气体灭火新产品。
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 快、效果好,灭火浓度(8-10%)低,基 本接近哈龙1301灭火系统的灭火浓度 (5-8%)。
NOAE L (%V/ V) 5.0
LOAE L (%V/ V)
哈龙 1301 FM200
Halon 1301 HFC227ea
3.0 5.8
5.0 8--10
9.5 10.5
9.0
毒性指标可以用下列 2 个指标来衡量,即: NOAEL、LOAEL。 NOAEL:是未观察到不良反应的最高浓度 ,在此浓度下,动物实验时,被实验动物未出现 可以观察到的不良反应。 任何灭火剂的设计浓
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,经与大气中水结 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)
二氧化碳灭火剂及灭火系统的缺点
二氧化碳灭火系统必须液化储存、运输。通常采用高压液化储存的高 压系统和低温储存的低压系统。高压储存,在实际的应用中,需要的瓶组 数多,储瓶间占地面积大,同时压力过高,对储存环境的温度要求比较严 格,在夏季,尤其需要注意其因储存环境温度升高而导致的钢瓶爆炸的危 险,所以,在设计时,一般要求储瓶间不可被阳光直接照射。另外,二氧 化碳高压灭火系统还需要高压氮气驱动方能实现系统的自动启动,系统的 附属配件多,一方面投资费用提高,另一方面,由于附属配件多,系统发 生故障的机率增加,为维护带来了困难。同时,由于高压储存,年泄漏率 达到5%左右,在每年的补压上也存在着相当的困难。应用低压系统则需要 将温度降低到-18℃~-20℃才能实现液化,所以需要外设制冷设备,造价相 对高压钢瓶来说增加,同时,由于低压系统的本身CO2 从液态气化的过程 中容易形成“干冰”,而干冰又能直接升华成气体,在升华的过程中,气 体体积成千上万倍的剧烈膨胀,对输送管道带来严重的破坏,使管道发生 冷脆而断裂,对人员和保护区形成伤害和破坏,这在上海大众汽车厂、上 海宝山钢铁厂的应用中已得到验证。加之气体在膨胀过程中还能产生静电, 有可能引起着火;另外,使用CO2的设计浓度太高,还有可能使未能从防护 区安全撤离的人员发生窒息死亡。所以,二氧化碳灭火系统不可设计、使 用于经常有人停留或工作的场所。
二氧化碳灭火剂及灭火系统的优点

由于二氧化碳容易被液化,所以容易罐 装、储存,制造、储存难度小,同时其 价格较为便宜,灭火时不污染火场环境, 对保护区内的被保护物不产生腐蚀和破 坏作用,不仅可以扑救A、B、C类火灾, 在高浓度下还能扑救固态深位火灾,所 以在扑救水和泡沫灭火剂无法保护的场 所,显示了较好的功能。
随着各国对国际公约的执行和实施,替代哈龙 品的研制成为各国科学家和消防精英企业的热门研 究课题。目前,国内外已经使用和正在研制尚为推 广使用的替代哈龙的气体灭火系统(剂)有:高低 压二氧化碳灭火系统、七氟丙烷(FM200)灭火系 统、SDE固态成气类气体灭火系统、烟烙烬 (Inergen)灭火系统、气溶胶EBM灭火系统(装置) 等,正在研制开发的有卤代烷13001(CF3I)灭火系 统即“取代”、三氟甲烷灭火系统、(超)细水雾 灭火系统(注:可视为气体灭火系统)等。本文就 上述灭火剂和灭火系统进行比较和分析,提出各种 产品的优缺点,探讨哈龙替代品的研制方向和应用 选择。
结论
在有人场所、精密仪器场所和需要远距离 输送场所的选用FM200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。设计 单位应该根据FM200的特点, 在设计时注意对 灭火浓度的设计计算和毒性浓度的要求,不 能一味注重业主的一些要求,片面夸大FM200 的要求而给保护设备带来危害。
2.3、SDE固态成气类气体灭火系统
二、二氧化碳灭火系统及几种新型灭 火剂和灭火系统的介绍和比较
2.1二氧化碳灭火剂和灭火系统

二氧化碳的灭火原理:气体二氧化碳在高压或 低温下被液化,喷放时,由于压力的骤降,气 体体积急剧膨胀,同时吸收大量的热,可降低 灭火现场或保护区内的温度,并通过高浓度的 CO2气体稀释被保护空间的氧气含量,使保护 区内氧气浓度不足以支持火焰的燃烧,达到窒 息灭火的效果。
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