（化学工程专业论文）超细磷酸铵盐干粉灭火剂的应用基础研究.pdf

摘要 由于哈龙灭火剂破坏臭氧层，急需取代，其中磷酸铵盐干粉灭火剂是最佳 替代品之一。本文主要研究了超细磷酸铵盐干粉灭火剂工程应用时所需解决的技 术问题： 研究了灭火装置结构、灭火剂流动性、贮气压力和喷嘴口径等因素对超细磷 酸铵盐干粉灭火剂的喷射率的影响及其规律。研究发现，灭火剂流动性大小对喷 射率影响最大，灭火装置结构和贮气压力影响次之，喷嘴口径基本无影响。 系统测定了超细磷酸铵盐干粉灭火剂喷放后在灭火室中的空间质量分布，研 究了超细磷酸铵盐于粉灭火剂冷喷条件下在灭火室内的分布特征，同时研究了灭 火装置的一系列喷嘴口径和喷射压力对分布的影响。研究发现，灭火剂在灭火室 内呈现有规律的分布，在所测定的喷嘴口径和喷射压力中，口径较小和压力较大 时，灭火剂分布比较均匀。 研究了不同粒度的超细磷酸铵盐干粉灭火剂的灭火效能，以及不同喷射条件 下灭火剂的灭火速度。研究发现，灭火剂的灭火效能随粒度减小而增大，而不同 的喷射条件对灭火剂的灭火速度有影响，只有适当的喷射条件下，灭火剂灭火速 度最快。 关键词：超细磷酸铵盐干粉灭火剂，灭火，粒度，喷射率，分布特征 a b s t r a c t a st h eb e h a l o ne x t i n g u i s h i n ga g e n tc o u l dd e s t r o yt h eo z o n o s p h e r e ，i nd i r en e e do f s u p e r s e s s i o n ，f i r ee x t i n g u i s h i n ga g e n - s u p e r f i n ea m m o n i u mp h o s p h a t ed r y c h e m i c a l ( f e a s a p d c ) i so n eo ft h eb e s ts u b s t i t u t e s i nt h i sd i s s e r t a t i o n t h ek e y t e c h n o l o g i e ss t u d i e dw e r er e l a t e dt oe n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o no ff e a s a p d c ： i tw a ss t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o nt h a tt h ee j e c t i o nr a t eo ff e a s a p d ci n f l u e n c e d b yt h ee x t i n g u i s h e rs t r u c t u r e ，t h ef l u i d i t yo fe x t i n g u i s h i n ga g e n t ，t h es t o r a g ep r e s s u r e a n dt h en o z z l es i z e i ti ss h o w nt h a tt h ef l u i d i t yo fe x t i n g u i s h i n ga g e n tt a k e st h e s t r o n g e s te f f e c to ne j e c t i o nr a t e t h ee x t i n g u i s h e rs t r u c t u r ea n dt h es t o r a g ep r e s s u r e t a k es t r o n g e re f f e c to ni t t h en o z z l es i z ea l m o s th a sn oe f f e c t i tw a sa l s os t u d i e dt h a tt h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e ro ff e a s a p d ci nt h e f i r e e x t i n g u i s h i n gr o o mw i t h o u tf i r ea n dt h ei n f l u e n c eo fas e r i e so fd i f f e r e n tn o z z l e h o l ed i a m e t e ra n de j e c t i o np r e s s u r eb ys y s t e m a t i c a l l ym e a s u r i n gt h em a s sd i s t r i b u t i o n o ff e a s a p d ci nf i r e e x t i n g u i s h i n gr o o ma f t e re j e c t i o n t h e r e s u l t ss h o wt h a t f e a s a p d cm a k ear e g u l a rd i s t r i b u t i o ni n f i r e e x t i n g u i s h i n g r o o ma n dt h e f e a s a p d cd i s t r i b u t i o ni sm o r eh o m o g e n e o u sw h e nt h ee x t i n g u i s h e ri se q u i p p e d w i t hs m a l l e rn o z z l es i z eo rh i g h e rp r e s s u r e i tw a ss t u d i e dt h a tt h ef i r ee x t i n g u i s h i n ga b i l i t yo fs e v e r a lf e a s a p d ci n d i f f e r e n tp a r t i c l es i z ea n di t se x t i n g u i s h i n gr a t ew i t hd i f f e r e n te j e c t i o nc o n d i t i o n s i ti s s h o w nt h a tt h ef i r ee x t i n g u i s h i n ga b i l i t yo ff e a s a p d ci m p r o v e sw i t hd e c r e a s eo fi t s p a r t i c l e s i z e t h ed i f f e r e n t e j e c t i o n c o n d i t i o n sh a v ed i f f e r e n te f f e c to n e x t i n g u i s h i n gr a t e f e a s a p d c i sm o s te f f e c t i v e f o rf i r ee x t i n g u i s h i n go n l yi n t h ep r o p e re j e c t i o nc o n d i t i o n k e yw o r d s ：f i r ee x t i n g u i s h i n ga g e n t - s u p e r f i n ea m m o n i u mp h o s p h a t ed r yc h e m i c a l ， e x t i n g u i s h m e n t s ，p a r t i c l es i z e ，e j e c t i o nr a t e ，d i s t r i b u t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进：导的研气二庠和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论又甲下包吉其恕，n 己玺发爱 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤窒蠢堂或其他教百机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 文作者名：刎钧一觌妒乡年擘铀 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫室盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤盗苤茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：哆例东多 签字日期：侈广年，移月矿日 导师签名：马乡孝笙 签孚日期：畛移年二亏三 ， 一 天津大学工程硕士学位论文第一章前言 第一章前言 火灾是人类的大敌。无论地面火灾还是矿井火灾不仅造成了大量的人员伤亡， 还造成了财产和自然资源的重大损失。据公安部统计，2 0 0 4 - - 2 0 0 5 年间，全国 共发生火灾4 8 8 6 4 5 起( 不包含森林、草原、矿井地下火灾) ，死亡5 0 5 4 人，受 伤5 4 7 5 人，直接财产损失3 0 3 亿元，并且损失呈逐年递增的趋势【1 1 。因此，开 发制备高效低价的灭火剂以快速有效地扑灭火灾，减少损失，一直是具有重要意 义的研究课题。 根据灭火机理不同，灭火剂大体可分为两大类【2 】：物理灭火剂和化学灭火剂。 物理灭火剂包括水、泡沫、二氧化碳、氮气、氦气及其它惰性气体，在灭火过程 中主要起到窒息、冷却和隔离作用，在降低燃烧混合物温度的同时稀释氧气，隔 离可燃物，从而达到灭火的效果；化学灭火剂包括哈龙( 卤代烷) 灭火剂【3 卅、干粉 灭火剂多种。化学灭火剂在燃烧过程中主要是通过切断活性自由基( 主要指氢自 由基和氧自由基) 的连锁反应抑制燃烧的。 水灭火剂易冻结、易导电，对煤粉等难浸透物质灭火效率低【 1 ；泡沫灭火 剂制备工艺流程复杂，投资较大，并且不适合用于带电设备引起的火灾 1 0 - l z l ；二 氧化碳灭火剂冷却作用较差，不能扑灭阴燃火灾；卤代烷灭火剂( 哈龙灭火剂) f 1 3 - 1 6 1 具有高效低毒独特的优越性，为人类同火灾作斗争提供了强有力的武器，但 是，大量的哈龙物质泄放到大气中将对地球大气层的臭氧层产生破坏作用，使臭 氧层形成巨大的空洞，给地球和人类的健康带来较大的危害，不利于环境保护。 为了保护人类的生存环境，我国从1 9 9 1 年加入“关于消耗臭氧层物质的蒙特利 尔议定书的国际公约，并制定了中国削减耗损臭氧层物质方案，决定每年对哈 龙灭火剂的生产和哈龙灭火系统、灭火器的消费进行逐步削减，直至2 0 1 0 年全 部淘汰。 表l 哈龙灭火剂的淘汰进程 鲥l i l j 冉， 避l f l ”l ：l 霞：s i q 琢茁鹅研1 傩。够i i 健；0 n 0 0 2 ：l 发罐；- l 鲁l 譬瞬麓淤费l # 鸽站靠1 9 9 5 一1 9 听；r 的f 均拳甲 2 0 0 5 ，l噍疆- ；i i 甜k 喻犍溺l e l d 破l 5 ”町，f 的甲均氍，。嘲砖5 0 2 0 1 0 l# p - ，i t ：，f 。l ：；t i l 盆i 秀 i 砷? l l t ： 哈龙灭火剂淘汰后，要保证我国的消防能力不致降低，必须要有合适的代替 品。作为哈龙灭火剂替代品，须具备高的灭火效能和低的生产成本，又要考虑环 保因素。磷酸铵盐干粉灭火剂既具有较高的灭火效能，灭火范围宽，可以灭a 类( 可燃固体) 、b 类( 可燃液体) 、c 类( 可燃气体) 火灾，又对环境友好，是一类新 型的“绿色清洁灭火剂”。消防界普遍认为，磷酸铵盐干粉灭火剂极具发展潜力， 天津大学工程硕士学位论文 第一章前言 是哈龙灭火剂的最佳替代品之一1 7 - 1 8 由于超细干粉灭火剂的灭火效能远远高于普通干粉灭火剂，因此，为了进一 步提高磷酸铵盐干粉灭火剂的灭火效能和拓宽干粉灭火剂的应用领域，目前国内 外磷酸铵盐干粉灭火剂的研究正向着超微细化方向发) 畏 t 9 - 2 q 。据报道，俄罗斯埃 波托斯有限公司、武汉绿色消防器材有限公司研制了超细干粉灭火剂，埃波托斯 有限公司没有公布超细粉体的平均粒度，武汉绿色消防器材有限公司的平均粒度 为2 0 阳。此外，英国k i d d e 公司、德国k i d d ed e u g r a 股份有限公司、日本m i y a t a 工业股份有限公司、美国p o w s u s 有限公司等针对超细干粉灭火剂制备工艺也展开 了一些研究。国内，唐聪明、徐卜秋等人在“超细磷酸铵盐干粉灭火剂研究 一 文【2 2 】中公开发表了一种固相合成法制备超细磷酸铵盐干粉灭火剂的方法，张巍 等人采取水相合成法制备出粒径在1 0 0 - - 5 0 0 纳米的磷酸铵盐干粉灭火剂。目前 国内外研究人员对超细磷酸铵盐干粉灭火剂的制备与性能研究较为关注，而对超 细磷酸铵盐干粉灭火剂的应用基础研究则很少，这也是超细干粉灭火剂研究方向 上亟需加强的环节。 本文对超细磷酸铵盐干粉灭火剂的制备工艺、性能、工程应用等作了基础研 究，揭示了超细磷酸铵盐干粉灭火剂喷射率的影响因素及规律，研究了其在冷喷 射条件下的流动分布特性和微粒与火焰的相互作用情况，其实用意义在于：一是 填补了目前国内外对超细磷酸铵盐干粉灭火剂的基础应用研究的空白；二是所揭 示的超细磷酸铵盐干粉灭火剂粒度和流动性对其灭火性能的关联度，为实际工业 生产提供参考；三是所测定的不同喷射条件下的灭火效果相关数据，为制造与超 细磷酸铵盐干粉灭火剂相匹配的灭火器具提供依据；四是为超细磷酸铵盐干粉灭 火剂在实际灭火中的应用提供指导，以提高灭火剂的使用效能：五是为此类超细 干粉灭火剂今后的研究提供参考并奠定基础。 2 天津大学工程硕士学位论文第二章文献综述 第二章文献综述 2 1 哈龙替代技术的研究现状和发展趋势 研究清洁高效、环境友好的绿色哈龙替代灭火技术已成为各国科学家近年来 的研究热点。目前国内外研究和使用的哈龙替代品主要有卤代烷、惰性气体、超 细水雾和气溶胶灭火剂等四大类。 卤代烷灭火剂主要有f m 0 2 0 0 、c f 3 i 和c h f