替代哈龙的新型气体灭火系统的优缺点比较Word文档格式.docx
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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,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,这在大众汽车厂、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、国发生的许多自然灾害,如:
洪涝灾害、干旱、雪灾、海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。
2.2七氟丙烷(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,并被美国环境保护署推荐,得到美国NFPA2001与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。
1)毒性指标可以用以下几个指标来衡量,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1FM200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
9.5
FM200
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、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
灭火剂名称
火灾规模
(KW)
喷放时间
(s)
灭火时间
最大HF含量(ppm)
0.8
11.0
195
1.9
4.8
161
4.0
6.5
434
2.9
88
3.3
2.5
2.8
3.2
322
8.5
572
7.7
7.0
1001
8.7
6.7
2520
5.3
408
3.5
762
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。
2.3SDE惰性气体灭火系统
SDE的基本情况:
SDE气体灭火剂与灭火系统由宁华公司于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GWP≤0.35。
是目前国唯一拥有自主知识产权的一个气体灭火新产品,尚未得到广泛的推广和应用。
SDE灭火剂与灭火系统的优点:
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,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:
在惰性气体发生器的化学反应式:
SDE——CO2+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·
+H·
——H2O(↑↑)+M
M+OH·
——MOH·
——H2O(↑↑)+M0
在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%),即稀释了防护区的氧气的浓度(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,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统管道的流动状态与喷嘴的喷射特性,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的围之,使惰性气体发生器气化反应分层、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,确定其最正确容积和最正确充装率,以产生最正确的气化速率,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气化水蒸汽通过管道到达喷嘴时对火焰的喷射强度最正确,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2SDE与哈龙1301的毒性比较
深得益
SDE01
6.0
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0.1
Mpa,所以其主管道的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750μA-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;
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与激活,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,形成气溶胶,达到快速高效地抑制火灾的目的。
目前,国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1-3μm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,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/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:
烟烙烬灭火剂与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年代是由美素公司研制、开发,并作为灭火剂投放市场。
Inergen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:
与二氧化碳与SDE灭火剂的灭火机理相似,主要通过降低防护区的氧气浓度,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。
2.613001灭火系统(Triodide,国称“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1000µ
。
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:
中压系统的工作压力为1.21Mpa-3.45Mpa
3)高压系统:
高压系统的工作压力>
3.45Mpa
4)局部应用系统:
与二氧化碳局部应用系统一样,如保护炼油厂的热油泵、油浸变压器等。
5)预制系统:
是将压缩气体的钢瓶与储水罐预先加工好,根据不同的防护区面积选择适宜的规格,存放在防护区,当发生火灾时通过控制系统的指令实施灭火的独立装置。
如保护加油站的储油罐。
6)全淹没系统:
用于相对密闭的防护区的火灾扑救。
如保护柴油发电机房。
7)单流介质系统:
仅以水为灭火剂,由一路管道直供喷嘴。
8)双流介质喷雾系统:
水和雾化介质由不同的管路分别供给,并在喷嘴出混合、碰撞而产生水微粒子。
细水雾灭火系统的优点分析:
细水雾灭火系统类似于水喷淋系统、水喷雾系统、哈龙灭火系统和SDE惰性气体灭火系统以与二氧化碳灭火系统,诸
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