各种灭火系统的优缺点对比

1、替代哈龙的新型气体灭火系统的优缺点比较与应用选择作者：墨迹天崖 提交日期：2007-7-15 10:59:00 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：本文对替代哈龙的几种新型气体灭火系统(剂)进行讨论，对已经投入使用和正在研制而尚未投入使用的替代哈龙品进行比较、分析，并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。 关键词：替代哈龙 新型气体灭火系统 优缺点比较 应用选择  1、前言 目前，国内外比较常见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惰性气体灭火

2、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”、（超）细水雾灭火系统等。 最早作为灭火剂的介质是水，人类在最早的应用中发现：水作为灭火剂有其显著的优点，即廉价、可再生使用，对扑救A、B类火灾、局部火灾和炼油区火灾效果明显，但在扑救某些带有厌水基团的可燃物质和水与之润湿性较差的可燃物时，则灭火效果明显降低，人们在研究中发现，当水与上述物质接触时，因水与可燃物的相亲效应差，灭火时在可燃物的表面停留时间短，对降低可燃物温度的冷却作用降低，对其灭火效能产生很大影响。于是人们开始研究能够替代水所无法扑救的可燃物火灾

3、的新型灭火新产品，随之诞生了泡沫灭火剂、干粉灭火剂和卤代烷1211、1301灭火剂 ，这些产品在扑救其适合的可燃物火灾方面都起到了很好的作用。但随着科学技术的进步，和环保意识的增强，一些高精尖精密仪器、仪表、通讯机房（站）、计算机房等场所用这些灭火剂则受到了越来越多的限制。 泡沫灭火剂属于水成沫灭火剂，其本身是一些化学物质的混合浓缩液体，它通过与水的不同比例的混合、稀释后，通够与空气混合而产生泡沫来实施扑救油类火灾。其灭火机理是水的冷却和泡沫的窒息；干粉灭火剂则是借助易于流动的超细固体粉末，通过灭火器或灭火设备给予的动力来实施灭火，适用于全淹没灭火和局部灭火，可扑救A、B、C、D类火灾，干粉灭

4、火剂灭火效率高、速度快，但是，由于干粉灭火剂没有冷却作用，不具备覆盖和防止燃烧蒸发的作用，在扑救火灾后，还是容易引起复燃，同时干粉灭火剂对人、畜具有强烈的窒息作用，对人类的生命产生危害，所以干粉灭火剂的应用场所受到其自身性能的限制。由于卤代烷1211、1301是通过氟、氯等卤族元素取代低级烷烃的烃基而合成的有机化合物，尽管它具有良好的灭火效能和很快的灭火速度、用量低、不导电、不会在储存时变质等优良性能，但它对大气臭氧层有较大的破坏作用，近年来，人类的环境保护意识有了增强，对人类耐以生存的大气层臭氧空洞引起的全球气候的变化有了进一步的研究，对卤代烷1211、1301的限制生产和使用有了全球性的法

5、规文献并签订了蒙特利尔国际公约，西方发达国家已经率先限制卤代烷1211和1301的使用和生产，我国也已加入了蒙特利尔国际公约，并承诺在2010年停止生产和使用卤代烷1211和1301灭火剂和灭火系统。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，本文就目前已经使用和正在研制尚未推广使用的几种新型灭火剂和灭火系统进行比较和分析，找出各种产品的优缺点，提出哈龙替代品的研制方向和应用选择。   2、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  21二氧化碳灭火剂和灭火系统  二氧化碳的灭火原理：气体二氧

6、化碳在高压或低温下被液化，喷放时，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，达到窒息灭火的效果。 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，在制造技术上的难度小，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。 二氧化碳灭火剂及灭火系统的缺点：因二氧化碳灭火剂扑救火灾时需要34%-75%的灭火浓度，所以，二氧化碳灭火系统必须要使之

7、液化才便于储存、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至-20才能实现液化，

8、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，二氧化碳灭火系统对经常有人停留或工作的场所，不可设计、使用。 近年来，科学家研究发现，国际、国内发生的许多自然灾害，如：洪涝灾害、干旱、雪灾、海

9、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，近期，引起各国广泛关注的美国宣称退出的京都协定，就是对温室气体排放要求的国际协定。可见，广泛使用二氧化碳灭火系统对保护生态环境极为不利，广泛推广不具备条件，在应用选择上要予以慎重、全面地考虑。   22七氟丙烷（FM200）灭火系统  FM200的基本情况：七氟丙烷HFC227ea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

10、护署推荐，得到美国NFPA2001及ISO的认可。 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%）。 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。

11、 1）毒性指标可以用下列几个指标来衡量，即：NOAEL、LOAEL、LC50。 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。 表1 FM200与哈龙1301的毒性比较 项 目 名 称 符号代码 杯式燃烧法浓度（%V/V） 设计浓度（%V/V） NOAEL（%V/V） LOAEL（%V/V） 哈龙1301 Halon1301 3.0 5.0 5.0 9.5 FM2

12、00 HFC-227ea 5.8 8-10 9.0 10.5 2）大量的实验证明，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，经与气态水结合，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） 实验条件和结果 

13、; 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 0.8 5.0 11.0 195 Halon1301 1.9 4.8 3.0 161 Halon1301 4.0 5.0 6.5 434 Halon1301 0.8 3.0 2.9 88 Halon1301 1.9 3.3 2.5 161 Halon1301 4.0 2.8 3.2 322 FM200 0.8 8.5 5.8 572 FM200 1.9 7.7 7.0 1001 FM200 4.0 8.7 6.7 2520 FM200 0.8 5.3 3.2 408 FM200 1.9 5.

14、0 3.5 762 FM200 4.0 5.0 4.3 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”，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，尤其应用于组合分配系统，则较为困难，在消防实践上不主张使用组合分配系统，特别是当保护区多、输送距离要求长的工程，更要引起注意。可见，FM200在有

15、人场所、精密仪器场所和远距离输送场所和使用必须加以注意，对高温裂解的产物HF给与重视，以免造成损失。  23 SDE惰性气体灭火系统  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%，雾化金属氧化物占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GWP0.35。是目前国内唯一拥有自主知识产权的一个气体灭火新

16、产品，尚未得到广泛的推广和应用。 SDE灭火剂及灭火系统的优点：SDE灭火剂灭火迅速、在被保护物上不留残留物。毒性指标中，可观察到有害作用的最低浓度LOAEL=17.5(%)，未观察到有害作用的最高浓度NOAEL=15(%),均在SDE有效灭火浓度8-14.16%以上，产品经中国预防医学科学院毒理学家王淑洁教授分析后认为：SDE气体产物特性明显，可以认为“SDE综合气体是低毒的安全的产品。” SDE的电气绝缘性试验：将SDE惰性气体喷入设有电动机、计算机、收音机线路板、配电盘的密闭空间内，设备的工作电压为220V-240V。试验结果为：在喷放SDE气体的过程中，电阻的读数明显下降，但设备仍能正

17、常工作；当将气体通过排烟系统排出后，随着设备变得干燥，电阻值又逐渐恢复正常值。在电视机的高压包没有卸压（20KV）时，重复上述试验，电视机同样能正常工作。 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： SDECO2 N2 H2O（） MO 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 MO H2O（）MOH OH MOH HH2O（） M M OHMOH MOH OHH2O（） M0 在

18、灭火现场进行的化学反应：化学反应重复进行，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。 惰性气体发生器内产生的H2O（气态）与MO火焰燃烧反应产生的二次H2O（气态），由于其化学反应产生的动能推动与其他气体发生碰撞产生水微粒，而水微粒的粒径小，经表面积增大，在吸收火场热量的同时（火场温度为600-800，在此温度下，一次生成物中的气态水约有50%发生再气化），冷却燃烧反应，吸热后的水微粒又容易气化，体积能够增大近1500倍，由于水蒸汽的循环产生（在灭火现场，最初：CO2 N2 H2O（）将氧气含量降低至19.4-18.3%），即稀释了防护区内的氧气的浓

19、度（水蒸汽的含量升高，又可将氧气含量的比例降低4.5%），降低了火场温度，窒息了燃烧反应，又有效地控制了热量的辐射，起到阻止火灾蔓延的效果，对扑救A类深位火的作用明显，这也就是SDE之所以能以较低的灭火浓度实施灭火的主要原因所在，这与细水雾的灭火机理极为相似。在保护区内，假设SDE的设计浓度为10%，则灭火后，各种气体的大致体积含量百分比为CO2占3.1-3.5%, N2占70.9-72.8%,O2占14.9%以下, H2O（）占3.9-7%,其余为燃烧产物. 控制MO的总量:MO量多,灭火效果显著,但MO的质量比超过5%,惰性气体中的气溶胶比例增加,灭火现场出现固态残留物,并影响惰性气体在系

20、统管道内的流动状态及喷嘴的喷射特性,SDE产品增加气化催化剂,控制MO的排出量占质量比的1.2%以下. 2)气化速度的控制: SDE灭火剂在反应时,为放热反应,灭火剂组方中的气化反应稳定剂,降低气化反应温度,将气化速率控制在0.03-0.09g/cm2.S的范围之内，使惰性气体发生器内气化反应分层、平稳地进行。 3）工作压力的控制： 惰性气体发生器是SDE灭火系统的关键部件，它的设计、制造水平直接影响整个系统的性能与造价。SDE生产厂家通过对惰性气体发生器的径高比的合理设计，确定其最佳容积和最佳充装率，以产生最佳的气化速率，并将系统压力控制在1.6Mpa以下。在此工作压力下，混合的惰性气体中的

21、气化水蒸汽通过管道到达喷嘴时对火焰的喷射强度最佳，在火场，产生的二次气态水更易蒸发，从而让水雾产生灭火的效果最好。 4）SDE灭火剂用量控制： SDE灭火剂的设计用量为100-150g/m3,气体转化率为0.7515m3/kg基础灭火浓度为6%，设计浓度为8-10%，对重点保护对象的防护区，设计用量可以增加到195g/m3,设计浓度可增大到14.6%。作为哈龙的替代物，SDE自身毒性如下表： 表2 SDE与哈龙1301的毒性比较 项 目 名 称 符号代码 杯式燃烧法浓度（%V/V） 设计浓度（%V/V） NOAEL（%V/V） LOAEL（%V/V） 哈龙1301 Halon1301 3.0

22、5.0 5.0 9.5 深得益 SDE01 6.0 8-10 15.0 17.5 SDE灭火系统的缺点:因SDE灭火系统的最大工作压力为1.6Mpa，喷嘴的要求压力为0.1Mpa，所以其主管道的内径相对比其他系统要粗重，DN个别要求达到150mm，末端管径DN要达到50mm。由于SDE灭火剂产生灭火作用是固态气化的原理，当其催化剂接到750A-1A的电流后即可被激活，一旦报警系统发生误报，控制系统给出1A的电流，在规定的延滞时间30S内未能启动紧急停止装置，则一旦化学反应开始，就无法再予停止，在保护空间内因无二次作用，灭火机理中的化学反应没有进行，故要求一旦此类情形出现，应立即予以排气、通风；

23、同时，要求注意的是启动电流不得大于1.25A，因为当电流超过此极限时，催化剂可能有部分未来得及激活，灭火药剂就会有部分未完全反应，而使灭火效能降低。所以，SDE特别要求报警系统要定期检查，确保不发生误动作，同时，启动电流不能超标。另外，SDE喷放后，能见度较差，一定程度上影响人员的疏散。  2.4气溶胶灭火系统（装置）  气溶胶的基本情况：气溶胶用作灭火剂是在近30年才被人们认识、发现和重视，可分为冷气溶胶和热气溶胶二种。目前，国内广泛使用的气溶胶为热气溶胶，它是通过含能灭火剂的燃烧，产生大量的固体微粒和部分气体，均匀分布在空间内，形成气溶胶，达到快速高效地抑制火灾的目的。

24、目前，国内开发的气溶胶均为热气溶胶（包括EBM、DKL、气龙、ZQ、华神等）。因热气溶胶在推广应用中存在“高温、有毒、微粒悬浮时间长”的缺陷问题，英国KIDDE公司的研究人员改变现有的热气溶胶形成和制备同步进行的方式，将气溶胶微粒的制备与形成气溶胶分步进行，即：先将灭火剂干粉溶于水，形成水溶液，通过喷雾干燥使其产生1-3m的超细粉末，再罐装密封储存，然后加压外喷形成气溶胶而快速灭火。这就是目前国外气溶胶研究的“非高温气溶胶灭火技术”，也称“冷气溶胶”。 气溶胶的灭火机理： 1）利用固体微粒在高温下产生金属阳离子与燃烧反应过程中产生活性自由基团发生反应，以切断化学反应的燃烧链，抑制燃烧反应的进行

25、，达到化学灭火的效果。 2）利用固体微粒（主要为钾盐）分解过程中产生的水来吸热降温。 气溶胶的灭火机理与SDE的灭火机理正好相反，下面就二种产品的异同点做一个比较分析，如表3： 产品类别 比较项目 SDE灭火系统 气溶胶灭火装置 （EBM、DKL等） 灭火剂类型 惰性气体灭火剂 气溶胶灭火剂 灭火方式 物理窒息、降低火场温度灭火为主，化学灭火为辅 化学灭火为主，物理降温灭火为辅 气化产物 CO2（35%） N2（25%） H2O（38%） MO（，1-2%） 90%的气溶胶，其中40%的MO微业，60%的气体（CO2 N2 CO O2 CXHY 盐类） 灭火后残留 无残留 灭火后残留物3mg/

26、cm2 启动方式 通过电流激活催化剂启动 通过电爆管式启动器引燃 出口温度 有管网：40，无管网80 160左右 器材类型 有管网组合分配系统、单元独立系统、无管装置 无管网装置 保护对象范围 适用于A、B、C类火灾扑救和电气火灾扑救，更可扑救固态深位火 可扑救A、B、C类表面火灾 综合造价 系统越大，综合造价越低，越节约成本。 150m3以内小空间有优势 气溶胶灭火装置的优点：气溶胶灭火剂由于粒度小，可以绕过障碍物并在火灾现场较长时间的停留，且比表面积大，有很好的灭火效果，既可用于相对密闭空间，又可用于开放空间。尤其因为气溶胶灭火剂为含能材料，其本身不需要动力驱动，在制造成本上相对于其他灭火

27、系统有优势，但目前市场上广泛使用的气溶胶灭火剂的稳定性还很差，必须经过完善，方能被更好地推广。 气溶胶灭火装置的缺点：产物为气、固两相流，无法进行组合分配的有管网系统设计，对气体保护区域、空间大的场所综合造价将远远高于其他系统，同时必须联动启动，需要很大的启动电流，所占空间过大：因其产物中的金属阳离子容易于水结合生成碱性氧化物，并发生电离，导致电气设备受到污染和破坏。  2.5烟烙烬（Inergen）灭火系统：  烟烙烬灭火剂及灭火系统的基本情况：Inergen最早应用是作为美国军方的战地急救气，20世纪80年代是由美国安素公司研制、开发，并作为灭火剂投放市场。Inerge

28、n是一种惰性气体灭火剂，代号为IG541，得到美国UL-1058标准的认可，可作为卤代烷灭火剂的替代产品，它由52%的氮气、40%的氩气和8%的二氧化碳组成。 烟烙烬的灭火机理：与二氧化碳及SDE灭火剂的灭火机理相似，主要通过降低防护区内的氧气浓度，达到窒息灭火的效果。 烟烙烬的优点：由于其成分均为大气中天燃成分，所以喷放后在火灾现场无任何残留，同时，其灭火速度快、不污染被保护物品，对大气臭氧层无破坏作用，在许多大型保护区和重点保护区被推广使用。 烟烙烬的缺点：因为烟烙烬是靠窒息作用灭火，其设计浓度为37.5-42.8%，工作压力高达15Mpa，而且，烟烙烬的系统造价在所有的消防设备中价格最为

29、昂贵，无论是灭火剂的价格、储存容器，还是释放的管路都需要大量的资金，同时，因为其储存压力太高，产品本身就受环境温度的制约，在我国推广尚需时日。目前，国内也有厂家开发了烟烙烬的替代国产品，但在装备和技术上尚不成熟，不具备推广价值和能力。  2.6 13001灭火系统（Triodide,国内称“取代”）  13001介绍：13001是由美国太平洋科技公司开发研制的新一代替代哈龙的新产品，目前尚未推向我国市场。Triodide已经通过美国NFPA标准的认证，它是一种新型的卤代烷灭火剂 ，其分子式为CF3I。13001在所有卤代烷中毒性最低、灭火浓度最低（3.2%），在大气中停留时

30、间仅一天就可自行分解，所以具有良好的环保效应。 由于13001的粘度系数大，输送距离受限制，只能作单元独立系统和无管网装置，所以综合造价远大于1301、FM200、SDE、气溶胶等，同时在喷放时象FM200一样，形成“白雾”，一定程度上影响人员疏散。  2.7（超）细水雾灭火系统：  （超）细水雾灭火系统的介绍：细水雾灭火系统是近10年来由美国科学界、工商界和消防行政管理部门在原来40年代应用水雾灭火的基础上发展起来的环保型灭火系统。在美国96版NFPA750标准中，细水雾的定义是：在最小的工作压力下，距喷嘴1米处的平面上，测得水雾最粗部分的水微粒直径Dv0.99不大于10

31、00µ。水细雾灭火系统是目前各国灭火研究的主流。 （超）细水雾灭火的机理：使用经过特殊处理的喷嘴，通过水与不同的雾化介质产生水微泣，产生水微粒的常见的几种方法为：水以相对于周围空气很高的速度被释放，由于水与空气的速度差而被撕裂成水微粒：水流与固定的平面发生强烈碰撞，因碰撞产生水微粒：两股组成相似的水流碰撞，产生水微粒；通过超声波或静电雾化器产生水微粒；让水在压力容器中受热沸腾，并使温度高于沸点，然后突然释放到大气压力状态而产生水微粒。细水雾灭火的机理是利用水微粒在气化后的比表面积增大的原理，通过吸收火场温度，二次气化，产生体积急剧膨胀的水蒸汽，一方面冷却燃烧反应，另一方面窒息燃烧反应来达到双重物理灭火的效果。 （超）细水雾灭火系统的分类：根据压力来区分：低压、中压、高压系统；根据保护对象的不同分为：局部应用系统、预制系统全淹没系统；根据供水和雾化介质和管道单双支数分为：单流介质系统和双流介质喷雾系统。 1）低压系统：低压系统的工作为1.21Mpa 2）中压系统：