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氣溶膠滅火系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用
摘 要:本文簡介了氣溶膠滅火系統(tǒng)的組成、滅火機(jī)理和滅火效能,結(jié)合工程實(shí)例,討論了氣溶膠滅火劑的適應(yīng)場所和范圍,提出了氣溶膠應(yīng)用的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:氣溶膠 滅火 機(jī)理 應(yīng)用
近年來,“氣溶膠”滅火劑在國內(nèi)被迅速推廣,幾乎所有的生產(chǎn)廠家都將之喻為“鹵代烷”滅火劑的最佳替代物,并且在國家規(guī)范中要求使用清潔滅火劑的場所大力推崇。由于沒有相關(guān)的國家規(guī)范,設(shè)計、安裝一般都是依照廠標(biāo)及地方標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。其適應(yīng)場所及應(yīng)用范圍在國內(nèi)一直都有較多爭議,本文就此作一些討論。
一、概述
60年代的前蘇聯(lián)曾使用煙霧型滅火劑撲救地下火災(zāi)。80年代末,俄羅斯、美國等開始大量研究此類滅火劑,并應(yīng)用于一些無人機(jī)械艙等部位。90年代初,我國研制出了EBM氣溶膠滅火劑,并在全國推廣。由于第一代氣溶膠產(chǎn)品在噴放時有高溫和噴焰缺陷,導(dǎo)致了一些重大事故。經(jīng)過改進(jìn)后的新一代氣溶膠產(chǎn)品,基本解決了以上缺陷,且工程造價低、安裝簡便,得以廣泛應(yīng)用。
二、系統(tǒng)組成
氣溶膠滅火劑,是由氧化劑、還原劑及粘合物結(jié)合成的固體狀態(tài)含能化學(xué)物質(zhì),屬于煙火型滅火劑。氣溶膠滅火系統(tǒng)由氣溶膠滅火劑以及相應(yīng)的貯存和啟動裝置組成,滅火劑在貯存裝置內(nèi)燃燒反應(yīng)后直接噴放到防護(hù)區(qū),屬于無管網(wǎng)滅火系統(tǒng)。氣溶膠膠粒具有高分散度、高濃度特點(diǎn),大部分微粒直徑小于1um,可較長時間懸浮在空氣中,較易粘附在物體表面。其主要成份有金屬鹽類、金屬氧化物以及水蒸汽、CO2、N2等,堿金屬鹽(鉀鹽等)和金屬氧化物(K2O等)起主要滅火作用,滅火效率較高。
三、滅火機(jī)理
氣溶膠的滅火機(jī)理主要是化學(xué)抑制,也有降溫冷卻的作用。
1、化學(xué)抑制
當(dāng)燃料(烴類—RH)燃燒時,產(chǎn)生活性游離基H+、O--和OH-,并發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng):
RH + O2 → H+ + 2O-- + R+(可燃物分解,吸熱反應(yīng))
O-- + H+ → OH-
2OH- → H2O + O--(放熱反應(yīng))
最后一步為強(qiáng)烈的放熱反應(yīng),放熱量遠(yuǎn)大于第一步可燃物分解的吸熱量,同時再次分解出游離O--,使得燃燒得以持續(xù)。
在高溫燃燒區(qū),氣溶膠微粒分解出活性游離基K+,它迅速與H+和OH-發(fā)生以下反應(yīng):
K+ + OH- → KOH
KOH + H+ → K+ + H2O
密集的氣溶膠微粒提供了較大的表面反應(yīng)區(qū)域,K+不斷再生,奪走燃燒鏈所需的載體OH-和H+,燃燒無法延續(xù)。因此,氣溶膠的滅火機(jī)理是以中斷燃燒鏈為主,與鹵代烷的滅火機(jī)理基本相同。鹵代烷高溫下分解出的Br-與上面的K+扮演同樣的角色,以1301為例:
CF3Br → CF3 + Br-(高溫下分解)
Br- + RH → R+ + HBr
HBr + OH- → H2O + Br-
Br-不斷再生,迅速奪走燃燒鏈載體OH-和H+,使得燃燒迅速終止。
2、吸熱降溫
氣溶膠的吸熱降溫作用也不可忽視,以KHCO3為例:
2KHCO3 → K2CO3+CO2+H2O(吸熱分解反應(yīng))
K2CO3(固相) → K2CO3(液相) → K2CO3(氣相)(吸熱相反應(yīng))
鹵代烷的滅火機(jī)理中也有冷卻作用,它主要源于滅火劑由液相轉(zhuǎn)化為氣相時的物理吸熱反應(yīng)和高溫分解反應(yīng)。
四、滅火效能
全淹沒的氣溶膠滅火系統(tǒng)可以有效地?fù)錅鏏、B類火災(zāi)和E類電氣火災(zāi),對烴類(RH)物質(zhì)的滅火效果尤其明顯,如石油、柴油、天燃?xì)夂湍静牡?。?00M3的貯油室為例:在常溫常壓下,氣溶膠滅火劑設(shè)計用量為10Kg,而在同樣條件下,1301需要35Kg,F(xiàn)M200需要67Kg。因此氣溶膠具有較高的滅火效率。
五、應(yīng)用
我們應(yīng)該對氣溶膠的應(yīng)用作出客觀的分析。
1、噴射物和分解產(chǎn)物對設(shè)備的影響。
1)、清潔度。氣溶膠微粒不會自動揮發(fā)至大氣中,且容易粘附在設(shè)備表面。由于散熱等需要,電子設(shè)備內(nèi)部都必須與室內(nèi)空氣相通,膠體微粒易導(dǎo)致光路堵塞,鼓面、盤面劃破以及接插件磨損等。
2)、腐蝕。從上可知,氣溶膠噴射物和滅火分解產(chǎn)物的主要成份有碳酸鉀、氧化鉀和水等,碳酸鉀、氧化鉀極易吸潮生成強(qiáng)堿氫氧化鉀,對鋁、鋅、硅等有強(qiáng)腐蝕作用,大大縮短設(shè)備壽命。有些廠家提議給設(shè)備加裝防護(hù)罩,這是不現(xiàn)實(shí)的。筆者認(rèn)為,一旦滅火或發(fā)生誤噴后,應(yīng)馬上開啟除濕機(jī),保持房間干燥,用除塵器清理干凈。對于精密部件,可在廠家的配合下用化學(xué)溶液清洗。
3)、導(dǎo)電。氣溶膠微粒中的金屬鹽類和金屬氧化物等均有一定的導(dǎo)電性,容易引起電子設(shè)備短路。
電子設(shè)備房一般為中心樞紐,火災(zāi)或誤噴導(dǎo)致系統(tǒng)停頓的間接損失比設(shè)備損失大得多。國家規(guī)范要求使用清潔滅火劑的目的也在于滅火后設(shè)備能迅速投入使用。清潔滅火劑是一種在常溫下能迅速蒸發(fā),不留下蒸發(fā)殘余物,并且非導(dǎo)電、無腐蝕的氣體滅火劑,氣溶膠顯然不屬此之列。雖然火災(zāi)極少可能發(fā)生,但國內(nèi)已有多起誤噴事件,清潔滅火劑誤噴后并不造成嚴(yán)重影響。氣溶膠誤噴后必然導(dǎo)致系統(tǒng)停頓,因此氣溶膠應(yīng)用于這些場所應(yīng)非常慎重。
2、能見度的影響。
氣溶膠不透明,噴射后防護(hù)區(qū)內(nèi)的能見度極低,直接影響人員逃生,因此不宜應(yīng)用在經(jīng)常有人場所。
3、氣溶膠發(fā)熱的影響。
氣溶膠在反應(yīng)噴放時產(chǎn)生大量熱量,導(dǎo)致環(huán)境溫度升高,我國第一代的氣溶膠產(chǎn)品還因誤噴導(dǎo)致多起火災(zāi)事故。目前國外氣溶膠產(chǎn)品的噴口溫度仍有500℃左右。近年來,國內(nèi)廠家研制出低溫氣溶膠,使得大量發(fā)熱的狀況有所改善,但仍會對噴口前1米內(nèi)的人員或物體造成傷害,同時降低了滅火效率。
4、對人體及環(huán)境的影響。
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