气溶胶灭火技术概述

气溶胶灭火技术概述气溶胶灭火技术概述 一 概述一 概述 气溶胶的介质是气体 气溶胶是微细的固体颗粒 或微细 的液体颗粒和惰性气体在气体介质中悬浮 弥散形成的溶胶状 态 气溶胶灭火技术近年来发展较快 国内外的研究人员对各 类气溶胶及其应用技术进行了大量的有成效的研究 开发 并 取得了一些成果 气溶胶 按形成的方式可分为 高温技术气溶胶 通常 称 热气溶胶 和 非高温技术气溶胶 通常称 冷气溶胶 热气溶胶灭火技术 是将固体燃料混合剂通过自身燃烧反应 产生足够浓度的悬浮固体颗粒和惰性气体 释放于着火空间 抑制火焰燃烧 并且使火焰熄灭 烟雾灭火技术就属于热气溶 胶技术范畴 冷气溶胶灭火技术通过压力使容器内的超细干粉 经喷头喷出 使其悬浮于着火空间 使火焰熄灭 实际上 细 水雾灭火技术 也是一种冷气溶胶灭火技术 二 热气溶胶灭火技术二 热气溶胶灭火技术 热气溶胶灭火剂为前苏联最先研制 该灭火剂中含有 35 50 的氧化剂 15 40 的燃料 含氮有机物 约 22 35 的铵 钠 钾 钙 镁的碳酸盐 以及 3 的艾杜糖 醇 其中氧化剂为 kclo3 kno3 nano 或 nh4no3 燃料为 二氰胺 硝基胍和尿素 俄罗斯研制的一种热气溶胶灭火剂 是由固体燃料混合剂燃烧时产生的气体与微粒的混合物 这种 固体燃料混合剂称 ttk 药柱 是由含钾的无机氧化剂 如氯酸 盐和硝酸钾 和有机还原剂 包括各种树脂 增塑剂和硬化剂 等 构成 国内热气溶胶灭火技术研究开发比较早 经吸收国外技术 并进一步研究改进 在技术上有新的改进 如降低了热气溶胶 灭火装置的出口温度 由原来的 300 降到现在的 80 等 其 产品已达到国外同类产品的先进水平 表 1 为气溶胶与几种主要气体灭火剂性能参数一览表 名 称 项 目 超细干粉灭火剂 冷气溶胶 高温技术气溶胶 热气溶胶 1301 卤代烷 fm200 七氟丙烷 混合 惰性气体 物质状态 微粒粒径 平均 5 m 微粒粒径 平均 1 m 液 气液 气气体 灭火浓度 g m 50 7070 100200 300200 620800 1000 空间能见度较低较低较高较高较高 毒性无毒无毒低毒低毒无毒 储存方式常压储存常压储存高压储存高压储存高压储存 使用安全性好不好较好较好较好 安装方式 无管网 有管网 无管网有管网有管网有管网 对臭氧层的影响无无有无无 使用周期 成本 低较低较高高高 运用灭火 器具 常压钢瓶特别装置高压钢瓶灭火系统高压钢瓶 注 表 1 资料出处 1 1301 灭火系统规范 gb50163 92 2 1211 灭火系统规范 gb2110 87 3 气体灭火系统 物理性能及系统设计 iso cd 14520 9 第 9 部分 hfc227ea 灭火剂 4 西安坚端化工有限责任公司 固定式 dkl 自动灭火系 统 5 江西三星气龙新材料有限公司 气溶胶自动灭火装置 6 超细干粉无管网灭火系统设计 施工及验收标准 db42 294 2004 热气溶胶灭火装置是通过燃烧装置内的药柱而产生的微粒 和惰性气体进行灭火 其灭火机理主要是气相 固相的化学抑 制燃烧作用及生成的惰性气体对保护区氧气的稀释作用 热气 溶胶灭火装置的特点 1 灭火效率高 由于其灭火机理主要是化学抑制 灭火 浓度低 灭火效率高 热气溶胶一般最低灭火浓度为 70 100g m3 是目前在用的几种灭火剂中较低的一种 2 毒性小 不破坏大气臭氧层 有利于环境保护 3 使用专用的灭火装置 不需要采用耐压容器 油罐专 用烟雾灭火装置除外 4 全淹没应用灭火 可扑救 a 类 b 类 c 类和带电设备 火灾 不能用于局部保护应用灭火 极大的限制了热气溶胶灭 火剂及其灭火装置的应用范围 5 安全性能较差 1995 年我国推出第一代 ebm 热气溶胶 自动灭火装置 在使用过程中相继发生了一些事故 公安部消 防产品行业管理办公室于 1997 年 6 月 3 日下发公消行 1997 040 号 关于禁止使用第一代固定式全淹没 ebm 自动灭火装置 的通知 经过科研人员不断研究改进 1999 年又推出第二代 ebm 热气溶胶 但热气溶胶灭火装置仍不时发生事故 看来 热气溶胶的安全性能需进一步研究和改进 6 有 热连带反应 第一代热气溶胶灭火装置灭火剂释放 的出口温度超过 300 这对于一般易燃固体已是可产生燃烧的 温度 第二代热气溶胶灭火装置的出口温度降到 80 但仍然 很高 对保护区来不及撤离的人员和保护物均可能造成损害 7 热气溶胶灭火技术不适合用来抑暴和惰化 因其靠燃烧 产生气溶胶灭火剂 本身就是点火源 对阴燃物的火灾 热气 溶胶的灭火效果也较差 8 灭火速度慢 热气溶胶是通过灭火剂的燃烧时产生的固 体微粒和惰性气体来灭火的 灭火装置内药柱的燃烧时间 60s 灭火时间 60s 三 冷气溶胶灭火技术三 冷气溶胶灭火技术 热气溶胶灭火技术具有灭火效率高 电绝缘性好 不破坏 大气臭氧层等优点 也存在缺陷如 有 热连带反应 不能进 行局部保护应用 灭火速度慢等问题 如何发挥气溶胶应用灭 火的长处 克服其固有的缺陷 国内外进行了大量的卓有成效 的研究 近几年 冷气溶胶灭火技术的研究和应用 就是哈龙 替代技术研究的新成果 1 超细干粉灭火技术 超细干粉灭火剂是国内最新研制的一种 非高温气溶胶灭火 技术 也称 冷气溶胶 灭火剂以氮气 n2 等惰性气体为 驱动体 超细干粉为被分散体 释放后形成气粉混合的雾状气 溶胶进行灭火 灭火机理以化学灭火为主 物理灭火为辅 可 全淹没灭火应用 也可局部保护灭火应用 超细干粉灭火剂按基料成分可分为 磷酸铵盐超细干粉 碳酸氢钠超细干粉 还有其它灭火材料组成的超细干粉 以磷 酸铵盐为基料的超细干粉粒径为 10 20 m 由于粒子细化 灭 火时能充分反应 灭火效果显著增加 原料磷酸铵盐在制备过 程中需硅化 粒子质量较大 经氮气驱动喷射后 大部分粉粒 很快落于地面 没有形成气溶胶参与灭火反应 因而用于全淹 没灭火效果不很理想 英国科技工作者采用喷雾造粒技术 用小型喷雾干燥器制 造出粒径在 5 m 以下的超细粉体 经加压喷射形成冷气溶胶灭 火 全淹没灭火使用效率可达哈龙灭火剂的 3 5 倍 由于所需 设备和工艺要求复杂 产品生产能耗巨大 至今未能推广应用 武汉绿色消防器材有限公司科研人员应用国内外最新技术 采 用新型的灭火材料 研制成功一种新型的超细干粉高效灭火剂 表 2 为该灭火剂的主要技术参数 表 2 超细干粉灭火剂主要技术参数 项 目技术要求 松密度 g ml 0 30 含水率 m m 0 25 吸湿率 m m 3 00 斥水性无明显吸水 不结块 抗结块性 针入度 mm 16 0 耐低温 s 5 00 90 粒径 m 5 电绝缘性 kv 7 00 b c 类火 65 木垛火 65 灭火效能 g m 聚丙烯火 65 超细干粉灭火剂灭火机理以化学灭火为主 物理灭火为辅 a 对有焰燃烧的抑制作用 有焰燃烧是一种链式反应过程 燃烧分子在燃烧的高温下或其它形成的能量下被活化 在氧的 存在下产生燃烧自由基或活性基团 并靠这些具有很高能量的 自由基传播反应 维持燃烧持续进行 燃烧自由基具有很高的 能量 非常活泼 它们一旦生成 就立即发生下一步的反应 生成更多的自由基 超细干粉中的灭火组分是对燃烧反应的不 活性物质 当它们的粒子进入燃烧区与火焰结合时 可以同时 捕获燃烧自由基 其结果使火焰中的自由基被消耗速度大于生 产的速度 燃烧自由基很快耗尽 链式反应的历程终止 火焰 即熄灭 以上作用被称为对燃烧的化学抑制作用和负催化作用 b 对表面燃烧的熄灭作用 超细干粉灭火剂不仅能有效扑 灭有焰燃烧 而且还可以扑灭一般固体物质的表面燃烧 超细 干粉晶体粉粒与灼烧的燃烧物表面接触时 发生一系列化学反 应 并在固体表面的高温作用下被熔化并形成一个玻璃状覆盖 层 将固体表面与周围空气的氧隔开 使燃烧窒息 c 对热的遮隔作用 使用超细干粉灭火时 浓云般的粉雾 气溶胶 与火焰相混合 可以降低火焰对燃烧物表面的辐射 热 使火焰的温度降低 使燃烧过程变得缓慢 d 对燃烧区氧气的稀释作用 超细干粉灭火剂灭火时 在 火焰的高温作用下会发生一系列的分解反应 这些反应一般为 吸热反应 可吸收火焰的部分热量 并产生一些不活性体如二 氧化碳 co2 等 对燃烧区的氧浓度进行稀释 使燃烧变得 缓慢 同时用作驱动喷放超细干粉的压力气体氮气随着超细干 粉一起释放于燃烧区 也进一步稀释燃烧区的氧气 抑制燃烧 使燃烧熄灭 超细干粉灭火剂的特点 1 绿色环保 超细干粉灭火剂对大气臭氧层耗减潜能 值 odp 为零 温室效应潜能值 gwp 为零 无毒无害 对人体无刺激 对保护物无腐蚀 2 灭火效率高 超细干粉灭火剂的灭火速率是水的 40 倍 是热气溶胶灭火剂的 20 倍 是混合气体灭火剂的 6 倍 灭火效率是水的 30 倍 是热气溶胶灭火剂的 2 倍 是哈龙灭火 剂的 2 3 倍 是七氟丙烷灭火剂的 4 8 倍 是混合气体灭火 剂的 12 16 倍 是普通干粉灭火剂的 6 10 倍 3 应用范围广 超细干粉灭火剂可在封闭的空间全淹 没灭火 也可在开放的场所大面积局部应用灭火 具有全淹没 全方位灭火的优点 灭火剂的流动性 电绝缘性等指标优良 可充装通常使用的手提式灭火器 固定灭火装置 无管网灭火 系统 有管网灭火系统 森林灭火弹等 广泛应用于国防军 事和民用设施 用以扑救 a 类 b 类 c 类火灾和带电设备火灾 众所周知 作为化学灭火剂 其粒径与其灭火效率成反比 关系 即粒度越小 灭火效率越高 超细干粉灭火剂 由于受 加工技术及成本的制约 目前平均粒径已可做到 5 m 其灭火 速率 灭火效率已很优良 如果将超细干粉的粒径加工至更细 以至于达到纳米级 并解决在运用过程中的一系列技术性问题 其灭火效率将急剧提高几十甚至上百倍 2 细水雾灭火技术 细水雾技术首先是由芬兰 美国 加拿大等少数发达国家 开发的灭火技术 由于哈龙灭火剂即将被淘汰 在各国纷纷研 究开发哈龙替代物的大背景下 细水雾灭火技术得到重视 上 世纪九十年代 细水雾灭火技术得到飞跃发展 1997 年 由美 国开发和工程部门 细水雾灭火系统制造商 保险公司 法律 机构及客户代表组成了细水雾灭火系统 nfpa 技术委员会 提 出了设计 安装及标准化的相关文件 并正式出版了 细水雾 系统标准 nfpa750 我国 90 年代末开始进行细水雾灭火 技术的研究开发和试验工作 并列为国家 九五 科技攻关项目 目前已相继开发出各类型细水雾灭火系统产品问世 目前国内外已有不少企业生产细水雾灭火系统 根据系统 的压力 灭火剂在管道中的流相 应用方式 系统的形成及安 装方式等 细水雾灭火系统分成以下几类 见表 3 表 3 细水雾灭火系统分类 分类依据系统名称系统特点 系统压力 中高压细水雾系统 低压细水雾系统 p3 45mpa p1 21mpa 单相细水雾系统管道中只有水流 气水同管 增压气体在管道内混合 通过喷嘴喷出细水 雾 灭火剂 流相 两相细水雾 系统 气水异管 增压气体与水分别通过管道与喷嘴相连 在 喷嘴处混合 喷出细水雾 全淹没细水雾系统保护有限封闭空间 局部应用细水雾系统保护封闭 敞开 半敞开空间内的具体部位系统应用方式 区域应用细水雾系统保护有限空间内的特定部分 湿式细水雾系统 采用闭式喷嘴 管道内长期充压力水 雨淋细水雾系统 采用开式喷嘴 管道为空管 需用探测系统 启动 预作用细水雾系统 采用闭式喷嘴 管道内充压缩空气 需用探 测系统启动 系统形式 干式细水雾系统 采用闭式喷嘴 管道内充压缩空气 不需探 测系统 管道泄压后自动启动 安装方式预安装系统 储水瓶组 氮气瓶组和控制阀已预制在一起 现场只安装管道和喷嘴 细水雾灭火系统的灭火机理主要为物理灭火 1 气相冷却作用 细水雾的雾滴一般情况下 dv0 90 小 于 400 m 比表面积较一般水喷雾大 在火场中能完全蒸发 可 吸收大量的热 使燃烧变得缓慢 2 窒息作用 细水雾喷入火场后 迅速蒸发形成蒸汽 体积急剧膨胀 排除空气 在燃烧区或燃烧物周围形成屏障 阻止新鲜空气的进入 使燃烧区氧气浓度降低 使火焰窒熄 3 阻隔辐射热作用 细水雾蒸发后 蒸汽迅速将燃烧物 火焰 烟羽流笼罩 对火焰的辐射具有良好的阻隔作用 能够 有效抑制辐射热引燃周围其它物品 达到防止火焰蔓延的效果 细水雾灭火系统的特点 1 细水雾灭火系统可以扑救 a 类 b 类 c 类火灾 如 果雾滴直径大部分在 40 200 m 的范围内 细水雾还可以有效 扑救电气火灾 2 细水雾灭火系统以易取价廉的水为灭火剂 资源利用 率和环境保护方面的指标均优于其它灭火系统 细水雾灭火系 统使水的利用率大大提高 和水喷雾灭火系统相比 水的利用 率提高 3 倍以上 和水喷淋灭火系统相比 水的利用率提高 6 倍以上 3 细水雾灭火系统灭火机理为物理灭火 灭火速度比起 化学灭火慢得多 4 细水雾灭火系统对水和环境温度要求严格 细水雾储 水器应充装纯净水 一般应采用经过处理的可饮用水 储水器 的水应定期更换 防止水存放时间长后滋生物堵住喷孔 细水 雾灭火系统应设置在环境温度 4 50 的专用设备间内 因为温 度过低会使水结冰 温度过高会使储罐内的水温升高 产生气 化或热交换 并可能产生水垢或滋生物 影响水质 因为水易 受到污染或其它环境影响 所以细水雾系统应设置在专用房