（环境工程专业论文）哈龙替代灭火系统应用及造价对比研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 本文概要介绍了保护臭氧层国际行动、淘汰哈龙国家方案等有关政策性要求， 重点阐述了哈龙灭火剂对臭氧层的破坏机理，提出淘汰哈龙灭火剂的必要性，从 而引出目前国内外哈龙灭火剂替代物研究及应用现状。 由于气体灭火系统其较高的灭火效率和无污染等特点，针对国内越来越多的 重要场所需要使用气体灭火系统进行保护的要求，论文叙述了气体灭火剂及其灭 火系统的发展方向和应用特点，根据国际标准i s o c d ，1 4 5 2 0 气体灭火系统- 物理 性能及系统设计规范和美国防火协会n f p a - 2 0 0 1 ( 2 0 0 0 ) 洁净气体灭火系统设计 规范所列出现阶段使用的气体灭火剂，结合我国现行国家消防规范的要求，通过 对各种气体灭火剂的灭火机理、灭火效率、工程价格等方面的综合比较，得出了 灭火系统最佳的选择。在国内外禁止使用哈龙灭火剂及其灭火系统的情况下，通 过对高压二氧化碳( c 0 2 ) 灭火剂、七氟丙烷( f m 2 0 0 ) 灭火剂、混合气体( i g 5 4 1 ) 灭火剂、s d e 灭火剂及其固定灭火系统的特点和方式的分析及单元独立灭火系 统、组合分配灭火系统的设计计算，确定了系统灭火剂的合理设计用量。 本论文结合工程实例，通过目前国内主要消防设备生产厂设备的价格，依据 设备安装工程预算基价定额进行设备、材料的安装、取费的比较，确定了不同灭 火方式下的三种灭火系统工程投资比。( 1 ) 采用一套装置保护八个( 或以下) 防 护区时，七氟丙烷( f m 2 0 0 ) 灭火系统最合理；( 2 ) 采用一套装置保护四个( 或 以下) 防护区时，高压二氧化碳( c 0 2 ) 灭火系统工程造价最低；( 3 ) 单一区域 采用s d e 最合理。相关数据供设计、使用单位参考，同时为相关规划标准的制、 修订打下了基础。 关键词；大气环境保护，洁净气体，混合气体，高压二氧化碳灭火系统， f m 2 0 0 灭火系统，气溶胶灭火系统 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t i ti si n t r o d u e e da b o u tp o l i c y r e l a t e dd e m a n ds c h e m a t i c a l l yi nt h et e x t t h a ti s p r o t e c to z o n o s p h e r ei n t e r n a t i o n a lm o v e m e n ta n dw a s ho u th a l o nn a t i o n a lp r o j e c t i t e x p o u n dt h ed e 咖e dm e c h a n i s mt oo z o n o s p h e r e i ti sn e c e s s a r yt op r o p o u n dt ow a s h o u th a l o ne x t i n g u i s h i n g a g e n t , g i v er i s e t o s t u d yh a l o ns u b s t i t u t e s a sa l s oi t 7 s a p p l i c a t i o np r e s e n ti nt h ew o r l d g a sf i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e mh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i g h e re f f i c i e n c ya n d e n v i r o n m e n tf r i e n d s h i p b a s e do nt h er e q u i r e m e n tt h a tm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t p l a c e ss h o u l db ep r o t e c t e db yg a sf i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e m , t h et h e s i si n t r o d u c e dt h e g a sf i r ee x t i n g u i s h i n ga g e n ta n dt h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c ya sw e l la st h ea p p l i c a t i o n f e a t u r e so ft h eg a sf i r se x t i n g u i s h i n gs y s t e m a c c o r d i n gt ot h eg a sf i r ee x t i n g u i s h i n g a g e n t sl i s t e di ni s o ，c e v l 4 5 2 0g a s e o u sf i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e m - p h y s i c a lp r o p e r t i e s a n ds y s t e md e s i g na sw e l la sn f p a - 2 0 0 1 ( 2 0 0 0 ) c o d ef o rd e s i g no fc l e a ng a sf i r e e x t i n g u i s h i n gs y s t e m , a n di nt h el i g h to ft h er e q u i r e m e n t si nt h ec u r r e n th a sb e e n o b t a i n e db a s e do ff u r t h e tc o m p a r i s e no ft h ef i r ee x t i n g u i s h i n gm e c h a n i s m , f i r e e x t i n g u i s h i n ge f f i c i e n c ya n dt h er e l a t e de n g i n e e r i n gc o s to fv a r i o u sg a s f i r e e x t i n g u i s h i n ga g e n t su s e di nt h ei m p o r t a n tp l a c e si ni n d u s t r i a lb u i l d i n g sa n dc i v i l b u i l d i n g s n o w d a y s ，h a l o nf i r ee x t i n g u i s h i n ga g e n ta n di t ss y s t e mh a sb e e np r o h i b i t e d a th o m ea n da b r o a d b a s e do nt h ea n a l y s i so f t h ec h & l a c t c r i s t i c so f h i g hp r e s s u r ec 0 2 a g e n t ，r v i - 2 0 0 ，i g 5 4 1 ，s d ea n dt h e i rc o r r e s p o n d i n gf i x e df i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e m s a n dt h ed e s i g nc a l c u l a t i o no fu n i tf i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e ma n dc o m b i n e dd i s t r i b u t i o n s y s t e m ，i tc a n l et ot h ec o n c l u s i o nt h a tt h ed e s i g na m o u n to f t h ef i r ee x t i n g u i s h i n ga g e n t u s e di nt h es y s t e mm u s tb ed e f i n e d ，0 1 e l s e ，t h es a f e t yo ft h ep e o p l ei nt h ep r o t e c t e d a r e aw i l lb ea f f e c t e ds e r i o u s l y i nt h el i g h to f ac a s es t u d ya n db a s e do nt h ep r i c e so f t h ep r o d u c t sm a n u f a c t u r e d b ys o m em a i nf i r ep r o d u c tm a n u f a c t u r e r si nc h i n a , t h ec o m p a r i s o nw a sd o n ea m o n g t h ep r o d u c t s ，t h ei n s t a l l a t i o no ft h em a t e r i a l sa sw e l la st h ep r i c e so ft h ep r o d u c t s a c c o r d i n gt o t h eb a s ep r i c eq u o t af o rt h ee q u i p m e n ti n s t a l l a t i o nb u d g e ta n dt h e e n g i n e e r i n gp r i c er a t i o no ft h et h r e eg a sf i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e m su n d e rd i f f e r e n tf i r e p r o t e c te i g h t ( o rl e s s ) a r e a s ，h e p t f l u o r i d ep r o p a n e ( f m 一2 0 0 ) f i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e m i st h eb e s tc h o i c e ，i f o n es e to f t h ee q u i p m e n ti su s e dt op r o t e c tf o u r ( o rl e s s ) & l e a s ，t h e h i g hp r e s s u r ec 0 2s y s t e mh a st h el o w e s te n g i n e e r i n gc o s t ，i f o n es e to f t h ee q u i p m e n t i i 重庆大学硕士学位论文英文摘要 i su s e dt op r o t e c to n ea r e a , t h es d es y s t e mh a st h el o w e s te n g i n e e r i n gc o s t t h ed a t a g i v e ni nt h et h e s i sc a r lb eu s e df o rr e f e r e n c eb ys o m er e l a t e du n i t s ，a n dt h e ya l s ol a i d f o u n d a t i o nf o rt h ef o r m a t i o na n dr e v i s i o no f t h er e l a t e dc o d e sa n ds t a n d a r d s k e y w o r d s ：a t m o s p h e r ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n , o z o n el a y e r , h a l o n , c l e a ng a s , m i x e d 一5 4 1 ) ，h i g hp r e s s u r ec 0 2 f i r e e x t i n g u i s h i n gs y s t e m , f m - 2 0 0f i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e m ，a e r o s o lf i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e m i i i 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行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庆太兰 或其他教育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谢意 学位论文作者签名谚以签翱期：参一阵巾p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重鏖太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅本人授权重鏖太堂可以将学位论文的全都或都 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( 、，) ( 请只在上述一个括号内打。”) 学位论文作撇：彦以 签字e t a l - 硼7 年夕月弘e l 导师签名：敬勃 签字e l 期：矽7 年罗月歹je t 重庆大学硕士学位论文i 绪论 1 绪论 1 1 哈龙替代的背景 1 1 1 大气结构及组成 大气是指包围地球外围的空气层，根据大气垂直方向上的热状况和运动状况， 将大气分为5 层，即对流层、平流层、中间层、热成层、逸散层。 自然状态下，大气由混合气体、水气和杂质组成。干洁空气的主要成分为 7 8 0 9 的氮、2 0 9 4 的氧、0 9 3 的氩，其它各种气体含量合计不到o 1 【l l 。 大气组分是不稳定的，无论是自然灾害，还是人为影响，会使大气中出现新 的物质，或某些成分的含量过多地超过了自然状态下的平均值，或某种成分含量 减少，都会影响生物的正常发育和生长，给人类造成危害。 1 1 2 臭氧层的作用及现状 离地1 0 5 0 k m 的大气平流层中，集中了大气中9 0 的臭氧，其中离地 2 2 2 5 k m 臭氧浓度值达到最高，称其为臭氧层。 1 ) 臭氧层的作用l l j 大气臭氧层主要有三个作用： ( 1 ) 保护作用 臭氧层能够吸收太阳光中的波长3 0 0 p m 以下的紫外线，主要是一部分 u v - 8 ( 波长2 9 0 - 3 0 0 9 m ) 和全部的u v b ( 波长 2 9 0 9 m ) 保护地球上的人类和动植物 免遭短波紫外线的伤害。只有长波紫外线u v - a 和少量的中波紫外线u v - b 能够 辐射到地面，长波紫外线对生物细胞的伤害要比中波紫外线轻微得多。所以臭氧 层犹如一件宇宙服保护地球上的生物得以生存繁衍。 ( 2 ) 加热作用 臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气，由于这种作用大气 温度结构在高度5 0 k m 左右有一个峰，地球上空1 5 5 0 k m 存在着升温层。正是由 于存在着臭氧才有平流层的存在，而地球以外的星球因不存在臭氧和氧，所以也 就不存在平流层。大气的温度结构对于大气的循环具有重要的影响，这一现象的 起因也来自臭氧的高度分布。 ( 3 ) 温室作用 在对流层上部和平流层底部，即在气温很低的这一高度，臭氧的作用同样非 常重要。如果这一高度的臭氧减少，即会产生使地面气温下降的动力。 2 ) 臭氧层的现状 重庆大学硕士学位论文l 绪论 2 0 世纪7 0 年代以来，从世界各地地面观察站对大气臭氧总量的观测记录发 现，全球臭氧总量有逐渐减少的趋势，并推断臭氧的减少主要在臭氧层。 一些环境科学家认为，某些人类活动所散发的物质进入臭氧层后，参与了消 耗臭氧的化学反应，破坏了臭氧层的自然动态平衡，因此出现了臭氧层耗减的迹 象。 1 9 7 4 年，美国加利福尼亚大学教授罗兰和莫利纳首先提出【，世界上正在大 量生产和使用的全氯氟烃( c f c s ) ，化学性质稳定，不易在对流层内分解，而扩 散进入到臭氧层。进入臭氧层的c f c s 受到短波紫外线u v c 的照射分解成c l 咱 由基，参与了对臭氧的消耗。由此人们得出原来破坏臭氧层的元凶是c f c s 。同 年在美国化学学会的年会上，报告了臭氧层减耗对人类健康和生存环境的危害性， 使美国社会为之哗然。 经过世界各国环境科学家多年的研究和观测，臭氧层耗减之谜逐渐揭开。然 而，由于人类的活动，大气臭氧层仍将继续减少，即使采取措施，自2 0 0 0 年起完 全停止使用c f c s 和哈龙，大气臭氧总量也要到1 0 0 年以后，即2 1 0 0 年才能恢复 到1 9 8 5 年的水平。臭氧层的这种现状已经引起了各国政府和人民的普遍担忧。 1 1 3 臭氧层破坏机理及危害 1 ) 臭氧层破坏机理气相反应 人类生产和使用大量c f c s ，因其化学性质稳定性好，在对流层不易被分解 而进入平流层。到达平流层的c f c s 受到短波紫外线u v c 的照射，分解为c i 自 由基，参与对臭氧的消耗。 一般情况下c f c s 放出一个氯离子【2 1 。但是剩下的基团可以通过与氧气等的 后续反应，使c f c s 中的全部氯都以破坏臭氧层的活动形态放出。 与此类似，臭氧的消耗反应还可以通过溴原子来进行，这些溴原子是从卤代 烷灭火剂即哈龙中释放出来的，虽然哈龙对臭氧的破坏能力比c f c s 要高，但由 于大气中哈龙的浓度要远低于c f c s ，整体而言，哈龙对臭氧的破坏要比c f c s 小。 在我国使用哈龙1 2 1l 和哈龙1 3 0 1 数量很大，就其破坏臭氧层的能力而言是c f c s 的l 3 ，其破坏作用也是不可忽视。 2 ) 臭氧层破坏产生的危害 臭氧层的耗减产生的直接结果就是使太阳光中的紫外线u v b 到达地面的数 量增加。紫外线u v b 能破坏蛋白质的化学键，杀死微生物，破坏动植物的个体 细胞，损害其中的脱氧核糖核酸( d n a ) ，引起传递遗传特性的因子交化，发生生 物的变态反应。 ( 1 ) 对人类健康的影响 2 重庆大学硕士学位论文l 绪论 长期反复照射过量紫外线将引起人体细胞内d n a 的改变，细胞的自身修复 能力减弱，免疫机能减退，皮肤发生弹性组织变性、角质化以至皮肤癌变，诱发 眼球晶体发生白内障等。 ( 2 ) 对陆生植物的影响 紫外线u v - b 辐射会引起某些植物物种的化学组成发生变化，影响农作物在 光合作用中捕获光能的能力，造成植物获取的营养成分减少，生长速度减慢，另 外，紫外线u v - b 辐射的增加，还会改变部分植物细胞内遗传基因和再生能力， 使它们质量下降。 ( 3 ) 对水生生物的影响 海洋浮游植物的吸收是大气中c 0 2 的一个重要的消除途径，它们对未来大 气中c 0 2 浓度的变化趋势起着决定性作用。海洋对c 0 2 气体的吸收能力降低，将 导致温室效应加剧。 另外，紫外线u v b 辐射对鱼、虾、蟹、两栖动物和其它动物的早期发育阶 段都有危害作用，最严重的影响是繁殖力下降和幼体发育不全。 ( 4 ) 使城市环境恶化 过量的紫外线除了直接危害人类和生物机体外，还会使城市环境恶化，进而 损害人体健康，影响植物生长和造成经济损失。城市工业在燃烧矿物燃料时排放 的氧化氮，与某些工业和汽车所排放的挥发性有机物，同时在紫外线照射下会更 快地发生光氧化反应，引起光化学烟雾污染。 据美国环保局估计【1 1 ，当臭氧耗减2 5 时，城市光化学烟雾的发生几率将增 加3 0 ，聚合物材料等老化的经济损失将高达4 7 亿美元。 ( 5 ) 对建筑材料的破坏 因平流层臭氧损耗导致阳光紫外线辐射的增加会加速建筑、喷涂、包装及电 线电缆等所用材料，尤其是聚合物材料的降解和老化变质。由于这一破坏作用造 成的损失估计全球每年达到数十亿美元。 1 1 4 哈龙淘汰计划的实施 1 ) 国际有关哈龙淘汰计划的法规 ( 1 ) 保护臭氧层维也纳公约 u n e p ( 联合国环境规划署) 为了保护臭氧层，采取了一系列国际行动。1 9 8 5 年3 月奥地利首都维也纳召开“保护臭氧层外交大会”上，通过了保护臭氧层维 也纳公约，于1 9 8 8 年生效。 公约的目的是采取适应的国际问合作与行动措施，以保护人类健康和环 境，免受足以改变或可能改变臭氧层的人类活动所造成的或可能造成的不利影响。 重庆大学硕士学位论文i 绪论 截止到2 0 0 0 年3 月，参加公约缔约国共有1 7 4 个，我国政府于1 9 8 9 年9 月1 1 日正式加入 公约，并于1 9 8 9 年1 2 月1 0 日生效。 ( 2 ) 蒙特利尔议定书及修正 1 9 8 7 年9 月在加拿大蒙特利尔会议上，通过了关于消耗臭氧层物质的蒙特 利尔议定书，并于1 9 8 9 年1 月1 日生效。 议定书包括了具体的控制措施。 议定书规定的控制物质有两类，共8 种，第一类5 种c f c s ，第二类3 种哈龙( 哈龙1 2 1 l 、哈龙1 3 0 1 和哈龙2 4 0 2 ) ，控制内容为其生产量和销售量。 对于第二类受控物质( 哈龙) ，其消费量和生产量自1 9 9 2 年1 月1 日起，每年不 超过1 9 8 6 年的基准数。 u n e p 自蒙特利尔会议以后，召开了多次缔约国会议，对议定书进行了 多次调整和修正，以加快消耗臭氧层物质o d s ( o z o n ed e p l e t i n gs u b s t a n c e ) 淘汰 进程，扩大受控物质范围。 我国于1 9 9 1 年5 月1 日加入议定书伦敦修正案，成为第五条第1 款缔约 国，并于1 9 9 2 年8 月1 0 日正式生效。 2 ) 中国淘汰哈龙的有关政策 ( 1 ) 中国消耗臭氧层物质( o d s ) 逐步淘汰国家方案 为了履行议定书缔约国的义务，全面有效地实旌议定书的控制措施， 我国政府于1 9 9 2 年编制了中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案，正式成为 中国政府为保护臭氧层履行 议定书缔约国义务的基本文件。 国家方案详细地统计分析了我国的生产和消费现状，科学地评估了其发 展趋势和替代物、替代技术的开发情况。按照议定书伦敦修正案的要求，制 定了到2 0 1 0 年完全淘汰受控物质的实施方案和行动计划，提出了一整套保护臭氧 层的政策和机构框架，在有序的领导和监督下保证行动计划如期实施，并取得预 期效果。 ( 2 ) 中国淘汰哈龙战略研究 为了有效地实旌国家方案，完成哈龙淘汰计划，1 9 9 5 年中国消防行业哈 龙替代转轨工作领导小组组织有关专家，针对中国消防行业的实际情况，开展并 完成了中国淘汰哈龙战略研究。 根据议定书伦敦修正案和国家方案的要求，本战略研究分析了哈龙 生产量和生产企业的情况，以及用于非必要场所的非哈龙产品的生产情况和技术 状况，预测今后几年哈龙的消费量，制定了我国淘汰哈龙的战略目标，实施原则 及实施计划。 ( 3 ) 中国消防行业哈龙整体淘汰计划 4 重庆大学硕士学位论文l 绪论 在中国国家环境保护局、公安部和世界银行的共同组织下，在中国淘汰哈 龙战略研究报告的基础上，1 9 9 7 年制定了哈龙整体淘汰计划，并得到了多 边基金执委会的通过，获得赠款6 2 0 0 万美元，用于淘汰该行业的哈龙生产和消费， 其中也包括维修行上回收和建立哈龙银行。该计划已经于1 9 9 8 年1 月正式实施。 ( 4 ) 中国淘汰哈龙的法规和规定 为了有效地实施哈龙整体淘汰计划，确保哈龙淘汰战略目标的实施，我 国政府采取了积极、有效找措施，加强政策、法规的控制和监督力度，制定了一 系列包括哈龙产品的生产管理规定，限制哈龙消费需求量的规定，哈龙产品进出 口管理制度以及哈龙替代品的管理规定等方针政策，为中国的哈龙淘汰进程提供 有效的政策支持。目前已分布实施1 0 多项有关淘汰哈龙的政策法规文件。 3 ) 哈龙淘汰计划在国内的实施情况 我国生产o d s 及其相关产品的企业共分九大行业，他们是c f c s 化工生产企 业、泡沫行业、工商制冷行业、家电行业、汽车空调行业、消防行业、气雾剂行 业、清洗行业、烟草行业。消防行业o d s 的消费量占全国o d s 消费量的2 7 8 。 哈龙整体淘汰计划的活动内容主要为三部分，企业水平的淘汰活动，哈龙替代品 生产线的技术援助活动，其中，企业水平的淘汰活动是哈龙整体淘汰计划最核心 的内容，根据哈龙整体淘汰计划的安排，该计划实施期限为1 3 年，从1 9 9 8 年开 始到2 0 1 0 年止，期间共分为三个阶段实施，第一阶段从哈龙整体淘汰计划的第一 个年度1 9 9 8 年至2 0 0 0 年为止，在本阶段的三个年度计划内， 在生产淘汰方面， 哈龙1 2 1 1 以每年1 9 9 0 吨的速度进行削减，到2 0 0 0 年度哈龙1 2 1 1 年生产量已 削减到3 9 8 0 吨，哈龙1 3 0 1 年生产量将保持在6 1 8 吨；在消费淘汰方面，哈龙1 2 1 1 消费量将以每年1 7 9 0 吨的速度削减。 根据整体淘汰计划，按淘汰进程逐年关闭哈龙1 2 1 l 和哈龙1 3 0 1 灭火剂生产 企业，对哈龙灭火器企业实行关厂或转产非哈龙灭火器；哈龙1 2 11 和哈龙1 3 0 1 灭火系统厂转产非哈龙灭火系统。根据我国国情，在未开发出能完全替代哈龙的 替代品之前，必要场所可继续使用哈龙灭火剂，并建立哈龙银行以保证在哈龙停 止生产后必要场所的需求；非必要场所其灭火器可选用：a b c 干粉、c 0 2 、a f f f 泡沫的灭火器，在没有更合适的替代品之前，灭火系统可选c 0 2 、h f c 类、惰性 气体类及水喷雾系统。为了确保哈龙生产的顺利淘汰，在分布了“哈龙灭火剂生产 配额许可证管理制度”的同时，还要对取得国家环保总局分布的哈龙灭火剂生产配 额进行生产的企业进行严格的监督，管理和审计。2 0 0 0 年度，全国仅有6 家哈龙 生产企业持有哈龙灭火剂生产配额进行生产，颁发的配额总数为3 9 8 0 吨，而我国 哈龙生产量的高峰期曾达到1 4 0 0 0 多吨。由此可看出，经过我国政府和有关单位 的多年努力，哈龙生产的削减速度是惊人的。 重庆大学硕士学位论文l 绪论 1 2 哈龙替代气体灭火国内外研究现状 针对发达国家必须在1 9 9 6 年、发展中国家必须在2 0 1 0 年全面淘汰哈龙类灭 火剂的严峻形势，世界各国科学家，特别是发达国家的学者对寻找哈龙的有效替 代物进行了大量的研究工作，提出了一些有望替代哈龙的侯选化合物。国际标准 化组织i s o ( i n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o rs t a n d a r d i z a t i o n ) 消防设备技术委员会根 据各国科学家的研究成果，起草了一些侯选化合物的气体灭火系统一物理性能 和系统设计国际标准草案，在其中列举了一系列全淹没灭火系统使用的非导电 气体灭火剂，并要求挥发后不留残余物。 这些化合物主要集中于卤代烷和惰性气体两大类，如表1 1 所示：下表为1 9 9 0 年已提请i s o ! 剐认可的替代哈龙灭火剂： 表1 1 ：i s o 认可的替代哈龙灭火剂 t a b l e l 1t h eh a l o ns u b s t i t u t ea g e n t sp o l i c yp e r m i t e db yi s o 分类灭火剂化学名称分子式商品名 氟碘烃类 c f 3 1 三氟一碘甲烷 c f 3 i “o d i d e 全氟代烃类 f c 2 - 1 8 全氟丙烷c f 3 c f 2 c f 3 c e a 3 0 8 p f c f c - 3 1 1 0全氟丁烷 c f 3 c f 2 c f 2 c b c e a 4 l o f c 5 1 1 4 全氟已烷c f 3 ( c f 2 ) c f 3 c e a 6 1 4 f c h c f c 混合物a 二氯三氟乙烷c h c l 2 c f 3 h c f c - 1 2 3 氢氯氟烃类 一氯二氟甲烷 c h c l f 2 n a f s 3 h c f c - 2 2 h c f c 一氯四氟乙烷 c h c l f c f 3 h c f c 1 2 4 h c f c 1 2 4 一氯四氟乙烷c h c i f c b f e 一2 4 l h f c 2 3 三氟乙烷c h f 3 f e 1 3 氢氟烃类 h f c 1 2 5 五氟乙烷 c h f 2 c f 3 f e - 2 5 h f c 2 3 6 f a 六氟丙烷 c f 3 c h 2 c f 3 f e 3 6 h f c h f c 2 2 7 e a 七氟丙烷c f 3 c h f c f 3 f m 一2 0 0 i g - 0 1氩 a r i o 1 0 0 氮n 2 a n o n 惰性气体类氩( 5 0 ) a r i g 5 5 a r g o m t e 氦( 5 0 ) , 1 2 i g 氮( 5 2 ) n z i g 5 4 1 氩( 4 0 ) a rm e r g e n 二氧化碳( 8 ) c 0 2 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 表1 1 中哈龙替代品h c f c 1 2 3 、f c - 3 1 1 0 、f c 5 1 1 4 也可用来替代哈龙 1 2 1 l ，用做便携式喷射灭火器的原液。那么，究竟表1 1 中哪些化合物更适合用 来替代哈龙呢? 目前国际上普遍认为，评估、筛选哈龙代物的基本条件应该包括以下几个方 面： ( 1 ) 替代物最好是容易液化的气体 即替代物平时可以液态贮存，稳定性良好，与弹性密封元件的相容性好。 ( 2 ) 替代物必须具备作为灭火剂的基本性能 即具备灭火火灾( 包括二维和三维火灾) 的能力、效果( 可靠性和有效性) 、 在通电设备上使用的适用性( 包括对人员的安全风险和对设备造成二次损害的风 险) 、安装费用和保养费用等。 ( 3 ) 替代物对人员的毒性低 一般用无副作用水平n o a e l ( n oo b s e r v e da d v e r s ee f f e c tl e v e l ) 和最低可观察 副作用水平l o a e l ( l o w e s to b s e r v e da d v e r s ee f f e c tl e v e l ) 衡量。n o a e l 为未观察 到不良反应浓度，在这个浓度下试验动物未出现可观察到的不良反应。l o a e l 为可观察到不良反应的最低浓度 4 1 ，它是出现不良反应的最低试验浓度。 ( 4 ) 替代物对环境损害小 所研制的灭火剂要求一方面应该对大气臭氧层损害极小，使消耗臭氧层潜能 值o d p ( o z o n ed e p l e t i n gp o t e n t i a l ) = 0 0 5 最好为o 。另一方面要使由其引起的温室 效应小，即全球增暖潜势g w p ( g l o b a lw a r m i n gp o t e n t i a l ) 值要低。对照上述基本条 件和要求，我们可以对表1 1 中各类化合物替代哈龙的可能性进行一个初步的分 析和比较。 首选，由于氢氯氟烃类h c f c 仍属关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 哥本哈根修正案中受控制的消耗臭氧层物质( o d s ) ，发达国家将于2 0 3 0 年，发 展中国家将于2 0 4 0 年淘汰这些物质，所以最好不再考虑采用此类物质，以免造成 二次淘汰。 其次，尽管i n e r g e n 等惰性气体属于清洁灭火剂，而且其o d p 和g w p 值 都几乎为零，即环保特性非常好，但其在灭火性能、作用范围及单位重量有效住 方面，都不理想，远不如哈龙。因此，很难真正替代哈龙。 对于全氟代烃f c 类，尽管其不含氯和溴，其消耗臭氧层潜能值o d p 值为0 ， 但其在大气中的寿命极长，可达成百上千年，其全球增暖潜势g w p 值( 均为7 0 0 0 左右) 也比哈龙1 3 0 1 的g w p 值( 5 6 0 0 ) 稍大，而且业已成为气候变化框架公 约缔约方京都会议决议中的受控制对象。 7 重庆大学硕士学位论文1 绪论 氢氟烃类h f c 尽管也有类似的问题( o d p 值为0 ，但h f c 0 2 3 、h f c 1 2 5 、 h f c - 2 2 3 e a 和脏c 1 3 4 a 的g w p 分别为1 2 1 0 0 、3 2 0 0 、3 3 0 0 、1 3 0 0 ) ，但后三者 的g w p 值都小于哈龙1 3 0 1 的g w p 值( 5 6 0 0 ) ，因此应考虑作为替代哈龙的主 要侯选化合物而加以研究。 目前，我国有关替代哈龙的清洁气体灭火剂的研制和应用，除二氧化碳灭火 剂外，主要以七氟丙烷为主，但七氟丙烷灭火剂的常温贮存压力太高，目前只适 合用做固定灭火系统的灭火剂。 而美国于2 0 世纪9 0 年代中期率先开展研究的氟碘烃一它们具有零o d p 值 和低的全球增暖潜势g w p ，因而对环境影响很小：它们既有化学灭火作用( 即通 过捕获自由基，终止火灾的链式反应，从而阻止火势蔓延) ，又有物理灭火作用 ( 即具有较大汽压，可通过强烈的热运动带走大量的热，使着火介质冷却降温， 还可以笼罩在火焰的上方，隔绝氧气，熄灭火焰) ，所以其灭火性能也非常好。 还有，它们本身不可燃，挥发后不留痕迹，不导电，毒性低，在大气中存留寿命 短。因此，氟碘烃将很有可能成为全面替代哈龙的最佳侯选化合物。但目前氟碘 烃的价格相对较高，合成难度还比较大。因此，目前尚难以大量推广使用。 综上所述，三氟甲烷、四氟乙烷( h f c 1 2 5 和h f c 1 3 4 e a ) 、五氟乙烷、六 氟丙烷、七氟丙烷等氢氟烃以及全氟丙烷、丁烷及己烷等全氟烃价格相对较低， 环保性能和灭火性能也比较好，可以作为目前替代哈龙较为理想的侯选化合物， 氟碘烃则因具有良好的环保特性和灭火性能而应得到足够的重视。 1 3 本论文课题的提出，研究的目的及内容 1 ) 课题的提出 哈龙灭火剂在灭火方面具有灭火浓度低、灭火效率高、不导电、灭火效果好 等独特性能，所以当它一问世，就在世界上大多数国家计算机房、通讯机房、高 低压配电室、发电厂的架空电缆室、图书馆、档案馆等重要场所得到了广泛应用。 然而，科学家研究发现，哈龙灭火剂的广泛应用对地球臭氧层带来了巨大的破坏， 相应地给人类的生存带来极大危害。为了保护人类、生物及环境，针对这种紧迫 的形势，研制开发哈龙替代品成为非常迫切与重要的任务。就目前的应用来说， 还没有一种能完全替代哈龙，我们所研究的哈龙替代只能是部分替代。并且目前 使用较多的哈龙替代品，如惰性气体、氢氟烃类、气溶胶类哈龙替代品还没有统 一的设计规范，因此对于现在正在使用的哈龙替代技术的应用研究就非常必要， 对某一场所该选取哪种替代品? 该如何设计? 怎么去选用物美价廉的哈龙替代系 统? 2 ) 研究的目的 8 重庆大学硕士学位论文i 绪论 了解o d s 物质对臭氧层的破坏原理及重要性，加深对我国为保护臭氧层所 制定的政策、法规的理解： 通过分析比较，提出对各种场所采用不同灭火剂的要求和选择方法； 从技术经济角度选择合适的气体灭火系统。 3 ) 研究的内容 对目前经常使用的哈龙替代灭火系统的性能进行比较； 并按相应灭火系统的设计规范计算哈龙替代系统的灭火剂设计用量； 确定各种气体灭火系统的性价比；提出各种场所采用不同灭火剂的要求和 选择方法。 9 重庆大学硕士学位论文2 哈龙替代品的性能比较 2 哈龙替代品的性能比较 目前国际标准化组织推荐的用于替代哈龙的气体灭火剂有十几种，并要求按 洁净气体灭火剂的1 0 项指标和技术要求来评价； ( 1 ) 蒸发后不留残渣( 洁净) ； ( 2 ) 对臭氧层的耗损潜能值( o d p ) 小，最好为零； ( 3 ) 较好的灭火效能； ( 4 ) 低毒或无毒； ( 5 ) 在大气中存留寿命a l t ( a t m o s p h e r i cl i f e t i m e ) 短； ( 6 ) 温室效应潜能值( g w p ) 小，或无； ( 7 ) 良好的储存性和稳定性； ( 8 ) 良好的电绝缘性； ( 9 ) 相对于哈龙1 3 0 1 的灭火浓度小； ( 1 0 ) 经济合理，可能接受的市场价格。1 9 1 0 川1 5 】 随着哈龙1 3 0 1 替代物开发研究的不断深入，人们对替代物的认识也逐步加 深，各类新型替代产品不断面世。但在我国，就目前技术上比较成熟，各种性能 相对合理，符合我国现行“建筑设计防火规范”、“高层民用建筑设计防火规范”和 其他相关法规要求，且具有实际推广价值而言，则是二氧化碳( c 0 2 ) 、f m - 2 0 0 ( 七氟丙烷) 、气溶胶、烟烙尽( n e r g e n ) 等四种产品。 过去人们对1 3 0 1 是推崇备至的，其优异的灭火性能为保卫祖国四化建设成果 发挥了巨大的作用。但其分子中含有的溴氯元素对臭氧层的破坏严重影响了人类 的健康和人类赖以生存的地球环境，使人们不得不将它淘汰。那么，现行的这四 种哈龙替代物性能如何，与1 3 0 1 相比，优势何在? 保护生命，保护财产，保护环境是现代消防系统的三个要求。我们就以此为 基准，对c 0 2 、f m 一2 0 0 、气溶胶、烟烙尽等四种替代产品和哈龙1 3 0 1 从以下六 个方面进行综合评述。 2 1 保护环境 通常情况下，评定一种灭火剂对大气破坏的环境指标有三项： ( 1 ) 对臭氧层( 0 3 ) 不破坏，即臭氧耗损潜能值( o d p ) 为零。 ( 2 ) 不产生温室效应或温室效应不明显，即全球温室效应值( g w p ) 为零或 t i e d , 。 l o 重庆大学硕士学位论文2 哈龙替代品的性能比较 ( 3 ) 合成物在大气中的存活寿命要短，即在大气中的存留时间( a l t ) 越 小越好。 这几种灭火剂的环境特性参数见表2 1 ： 表2 1几种灭火剂的环境特性参数f l 卿 t a b l e 2 i t h ee n v i r o n m e n t c h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r o f f i r e 稍= i i i l g l i i s h i i l ga g e n t s 灭火剂种类 o d p 值g w p 值a l t 值( 年) 哈龙1 3 0 11 65 8 0 0 1 0 0 c 0 2ol1 2 0 f m 2 0 002 0 5 03 1 _ 4 2 气溶胶 o ! 抑5 0 d 厄r g e noo0 从表2 1 可知，1 3 0 1 的三个环境特性指标值皆高，对大气环境都有不良影响， 这正是其被淘汰的主要原因之一。c 0 2 和f m 2 0 0 i s 】对臭氧层不破坏，但在大气 中存活寿命较长，同时，大量的c 0 2 和f m - 2 0 0 进入大气层后，对全球温室效应 会有较大影响，美英等国已将其列入受控使用计划之列，不宜作长期替代物考虑。 但按我国现有实情，公安部仍推荐使用二氧化碳和惰性气体灭火系统，也可使用 含氢氟酸( h f c ) 的灭火系统，故这两种气体特别是c o ：气体灭火系统现仍有一 定的使用率。 而气溶胶是液体或固体微粒悬浮于气体分散介质中形成的一种溶胶。产物中 的固体颗粒主要是金属氧化物碳酸盐或碳酸氢盐，且大部分微粒粒径皆小于l 微 米，占9 0 以上；气体主要是氮气，少量的c 0 2 气体和水蒸气，因此气溶胶灭火 剂对臭氧层不破坏，几乎不产生温室效应，对环境无污染。 至于烟烙尽，不存在温室效应，对臭氧层不破坏，更不会产生具有长久大气 寿命的化学物质，是一种真正意义上的“零污染”。这主要得益于烟烙尽是由三种 自然界的气体：氮气氩气和二氧化碳混合而成，取自大自然，回归大自然，是一 种环境因素可打满分的“绿色”产品。 因此，单从环境影响因素来看，气溶胶和烟烙尽明显优于另外两种灭火剂， 人类只有一个地球，在今后的工程中，应结合实际，优先采用。 2 2 保护生命 众所周知，c 0 2 的灭火机理是通过向一个封闭空间喷入大量的c 0 2 气体后， 将空气中氧的含量由萨常的2 1 降低到1 5 以下，而达到窒息中止燃烧的目的。 重庆大学硕士学位论文2 哈龙替代品的性能比较 然而，c 0 2 的这种窒息作用对人体有致命危害，其最小设计灭火浓度( 3 4 ) 大 大超过了人的致死浓度，危险性极大，故在经常有人的场所不宜使用。如仍须使 用，在气体释放前，人员必须迅速撤离现场。 关于f m - 2 0 0 的毒性f 1 1 i 及致癌问题，目前学术界有争论，及其副作用是否比 1 3 0 1 小还有待研究。不过f m - 2 0 0 在灭火过程中会释放出氢氟酸，其酸气的生成 量是1 3 0 1 的8 1 0 倍，实际酸气的生成量大约为3 0 0 p p m ，远大于短时间内接触 5 0 p p m 氢氟酸即为危险浓度的国际标准。在此环境内，超过一分钟，人就有生命 危险。 气溶胶灭火技术是由前苏联军工技术发展而来，它是靠自身的燃烧反应所产 生的气溶剂来扑灭火灾的。在气溶胶的配方中自带有氧化剂，反应时不依赖空气 中的氧气，空气中氧的浓度不会降低，对人没有危害。不过，气溶胶释放后会形 成浓重的烟雾，能见度极低( 约小于1 0 米) ，影