毕设论文

前言

随着近五十年的经济迅速发展，各种现代化的设备、仪器的经济含量越来越高，俗知的水扑救火灾已无法满足现代化的大楼、设备、仪器的保护，气体灭火系统应运而生。基于近几年全球二氧化碳温室效应的威胁，不破坏大气臭氧层的气体灭火剂被重视起来，相应出现了CO2、七氟丙烷等哈龙灭火剂的替代物。

CO2是最为普遍的高压气体灭火系统，但不能用于人员较多的场所，就通讯楼主机房等场所，更为理想的是使用七氟丙烷灭火剂，在哈龙替代物中七氟丙烷的ODP（破坏臭氧潜能）指数为零，且现在国内以具有一定的生产能力，故本系统采用七氟丙烷根据《七氟丙烷（HFC-227ea）洁净气体灭火系统设计规范（建议草案）》进行设计。

第一章七氟丙烷（FM-200）灭火系统简介

1.1 七氟丙烷灭火剂的性质和灭火机理

七氟丙烷（HFC227ea，美国商标名称为FM-200）灭火剂是一种无色、几乎无味、不导电的气体，其化学分子式为CF3CHFCF3，分子量为170，密度大约为空气的6倍，采用高压液化储存。

表1-1 七氟丙烷主要物理性能表

七氟丙烷灭火机理为抑制化学链反应,对于A类和B类火灾均能起到良好的灭火作用。

1.2 七氟丙烷气体灭火系统适用范围

（1）七氟丙烷灭火剂可以扑救的火灾：

a)可燃气体火灾，如甲烷、乙烯、煤气、天然气等；

b)甲、乙、丙类液体火灾，如烃类、醇类、有机溶剂类等；

c)可燃固体表面火灾；

d)电气火灾。

防护区内一般含不致发展成固体深位火灾的固体燃料、电气设备或存在少量可燃液体。其典型燃料为：

a)PC板；

b)绝缘电线电缆；

c)散布于各处的纸张、档案等；

d)少量无盖或翻覆的可燃液体（如酒精、油脂、油漆等）。

（2）七氟丙烷灭火剂不适用于如下材料所发生的火灾：

a)无空气仍能迅速氧化的化学物质的火灾，如硝酸纤维、火药等火灾；

b)活泼金属的火灾，如钠、钾、镁等；

c)金属氢化物、强氧化剂、能自燃的物质的火灾；

d)能自行分解的化学物质的火灾，如有机氧化合物和联胺。

（3）人员暴露限制：

a)9%体积浓度以下，人员暴露无限制；

b)大于9%至10.5%，限制人员暴露至1min；

c)10.5%以上的体积浓度避免暴露。

1.3 七氟丙烷对环境的影响

七氟丙烷灭火剂不会破坏大气臭氧层，在大气中的残留时间也比较短，其环保性能明显优于卤代烷（Halon）“1301”。

七氟丙烷的毒性较低，对人体产生不良影响的体积浓度临界值为9%，并允许在浓度为10.5%的情况下使用1min。七氟丙烷的设计灭火浓度为7%，因此，正常情况下对人体不会产生不良的影响，可用于经常有人活动的场所。关于七氟丙烷灭火剂的毒性及致癌问题，目前国际学术界仍有争议。另外，七氟丙烷在灭火过程中会分解出微量的氢氟酸的有害气体

（HF），HF是一种对人体有高度腐蚀性的气体，对皮肤有强烈的刺激作用。HF的形成与着火的温度、分隔的空间和灭火时间的长短有关，而灭火时间则与灭火剂的设计浓度和施放时间有着直接的关系。火灾规模大，施放时间长，所产生的HF浓度高。它的浓度比哈龙1301灭火剂所产生的浓度要高2－10倍。

1.4七氟丙烷的毒性试验

通常，在评价替代物时主要考虑其急性毒性。七氟丙烷的毒性指标可以用NOAEL、LOAEL和LC50来表示。

NOAEL是未观察到不良反应的浓度，在这个浓度下被试验动物未出现可观察到的不良反应。LOAEL为可观察到不良反应的最低浓度，它是出现不良反应的最低试验浓度。对于卤化烃类灭火剂，通常是根据心脏对药剂的敏感度来确定这一浓度。任何灭火剂的设计灭火浓度若低于它的NOAEL值，认为是适合用于有人场所的。据国内资料报道，七氟丙烷与哈龙1301的灭火浓度和毒性的比较如表3.2。

表3.2 七氟丙烷与哈龙1301毒性比较

LC50是半数致死浓度，即导致半数试验动物死亡的浓度值。我们采用小鼠急性吸入FM-200气体进行毒性试验，结果当浓度达到80%时，雌性、雄性小鼠均无死亡发生，急性LC50吸入均大于80%。

第二章现阶段哈龙灭火系统替代品的发展

2.1气体灭火系统发展概况

在各种气体灭火剂中，卤代烷（HALON）“1211”和“1301”灭火剂以其灭火效率高、安全洁净、毒性低、腐蚀性小、储存时间长、适用性广等优点而得到了广泛和长期的应用。80年代初期，研究人员发现，卤代烷灭火剂以及氯氟烃（CFC）制冷剂、喷雾剂、发泡剂等对大气臭氧层造成了明显的耗损破坏，为了保护人类赖以生存的大气臭氧层，在世界环保组织的推动下，联合国环境规划署组织召开了多次国际会议，从1985年起，先后通过了多项关于保护臭氧层的国际条约。目前，卤代烷（1301）灭火剂已在美国和很多发达国家停止生产和使用；发展中国家（包括中国）也在相继制定停止生产和使用卤代烷灭火剂的计划。几年来，世界各国的科学家和工程技术人员都在积极寻找替代卤代烷的新型气体灭火剂，并在写列几个方面取得了一定的进展：

(1)积极开发新型环保灭火剂，如EBM气溶胶、烟烙尽(IG541美国商标名称INERGEN)灭火剂等。

(2)继续寻找符合环保要求的卤代烃类灭火剂，如七氟丙烷。

(3)继续发展和完善原由惰性气体灭火系统，改进原有系统之不足。如低压二氧化碳灭火系统。

2.2哈龙替代品的含义

哈龙替代趋势的含义应包含二个方面，即哈龙替代产品的趋势及非哈龙替代技术的趋势。哈龙替代品是指不破坏大气臭氧层能最大限度替代哈龙的气体灭火剂，主要用于替代已建成哈龙系统中的灭火剂；非哈龙替代技术则是指不破坏大气臭氧层，并在灭火机理上与哈龙不同，但仍能满足保护防护区安全要求的新的灭火技术，主要用于替代哈龙系统保护新建的防护区。

2.3哈龙替代品的进展

哈龙替代品是指不破坏大气臭氧层能最大限度替代哈龙的气体灭火剂，主要用于替代已建成哈龙系统中的灭火剂。作为哈龙替代品，首先要不破坏大气臭氧层，并与哈龙同样的灭火机理及相似的物理特性。目前主要气体灭火剂替代品有以下两种：

（1）EBM气溶胶灭火系统

EBM气溶胶灭火剂是液体或固体微粒，悬浮于气体介质中的一种物体。这些微粒的粒径大部分小于1μm，具有非常大的比表面积，因此其灭火效率接近于哈龙“1301”的4倍，无毒害、无污染、不损耗大气臭氧层。它是利用负催化原理，将灭火剂以气溶胶形态通过抑制火焰的燃烧反应实现全淹没、全方位、快速灭火。电气绝缘性良好。它的设计灭火剂量70－100g/m3，灭火时间小于180s，喷射时间小于40s，适用于在相对封闭空间，扑救电气线路、通讯机房火灾。但EBM气溶胶释放后能见度差，故不宜在有人场所、特别是在公共场所不宜使用。

（2）七氟丙烷(FM-200)灭火系统

七氟丙烷是一种化学灭火剂，在目前新开发的哈龙灭火剂替代物中，被认为是研究开发比较成功的一种产品，它是一种无色无味的气体，在一定的压强下呈液态储存，在火灾中具有抑制燃烧过程基本化学反应的能力，其分解物能够中断燃烧过程中化学连锁反应的链传递，因而灭火能力强、灭火速度快。此外，它还有不导电、不破坏大气臭氧层、毒性较低等优点。可适用于有人工作的场所，对电子仪器、设备、重要资料等不会造成损害。

九十年代初，国外各大公司投入巨资开展哈龙灭火剂替代品的研制工作。美国大湖化学公司于1993年推出了商品名为FM200替代哈龙的气体灭火剂。它的结构为CF3CHFCF3，化学名称为七氟丙烷；国外许多大公司和科研机构竞相对其灭火性能进行测试、研究；并相继开发了固定灭火系统。

1996年，浙江省化工研究院成功地研制出七氟丙烷。为了促进我国消防工业的发展，逐步将国产的七氟丙烷应用于哈龙灭火系统和灭火装置，替代哈龙灭火剂，公安部消防局1997年初下达任务：天津消防科学研究所与浙江省化工研究院，共同进行“哈龙替代物应用技术研究”。

2.4 非哈龙替代品的进展

非哈龙替代技术则是指不破坏大气臭氧层，并在灭火机理上与哈龙不同，但仍能满足保护防护区安全要求的新的灭火技术，主要用于替代哈龙系统保护新建的防护区。现阶段非哈龙替代物主要有以下两种：

（1）二氧化碳灭火系统

二氧化碳气体灭火系统自五十年代起开始在我国应用，至今仍在一些特定场所被大量使