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超細干粉滅火劑與S型氣溶膠的優勢對比

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超細干粉滅火劑與S型氣溶膠的優勢對比

發布日期:2015-02-27 15:35 來源:http://sgprapplication.com 點擊:

  一、引言


  氣溶膠的介質是氣體,氣溶膠是微細的固體顆粒,或微細的液體顆粒和惰性氣體在氣體介質中懸浮、彌散形成的溶膠狀態。氣溶膠滅火技術近年來發展較快,國內外的研究人員對各類氣溶膠及其應用技術進行了大量的有成效的研究、開發,并取得了一些成果。


  氣溶膠,按形成的方式可分為:“高溫技術氣溶膠”(通常稱“熱氣溶膠”如國內K型氣溶膠、S型氣溶膠)和“非高溫技術氣溶膠”(通常稱“冷氣溶膠”如超細干粉滅火劑)。熱氣溶膠滅火技術,是將固體燃料混合劑通過自身燃燒反應,產生足夠濃度的懸浮固體顆粒和惰性氣體,釋放于著火空間,抑制火焰燃燒,并且使火焰熄滅。煙霧滅火技術就屬于熱氣溶膠技術范疇。而冷氣溶膠滅火技術通過壓力使容器內的超細干粉經噴頭噴出,使其懸浮于著火空間,使火焰熄滅。在現實中人們把熱氣溶膠歸類為氣體滅火劑,冷氣溶膠超細干粉則按傳統干粉滅火劑的特性歸類為固體滅火劑,總結兩種產品的性能,的確存在較大的區別,特別的在滅火效果及應用方式方面值得探討。


  二、S型氣溶膠和超細干粉滅火劑的滅火技術介紹


  2.1S型氣溶膠


  氣溶膠滅火劑為前蘇聯最先研制。該滅火劑中含有35%—50%的氧化劑,15%—40%的燃料(含氮有機物),約22%—35%的銨、鈉、鉀、鈣、鎂的碳酸鹽,以及3%的艾杜糖醇,其中氧化劑為KClO3,KNO3,NaNO或NH4NO3,燃料為二氰胺,硝基胍和尿素。俄羅斯研制的一種熱氣溶膠滅火劑,是由固體燃料混合劑燃燒時產生的氣體與微粒的混合物,這種固體燃料混合劑稱TTK藥柱,是由含鉀的無機氧化劑(如氯酸鹽和硝酸鉀)和有機還原劑(包括各種樹脂、增塑劑和硬化劑等)構成。


  國內熱氣溶膠滅火技術研究開發比較早(80年代,天津所開發出煙霧滅火劑),經吸收國外技術,并進一步研究改進,在技術上有新的改進,如降低了熱氣溶膠滅火裝置的出口溫度,由原來的300℃降到現在的80℃等,其產品已達到國外同類產品的先進水平。由于此類氣溶膠發生劑中主要采用鉀的硝酸鹽作為主氧化劑,其噴放物滅火效率高,但因為其中含有大量的鉀離子,易吸濕,形成一種發黃發黏的強堿性導電液膜,這種物質對電子設備有很大的損壞性,故K型氣溶膠自動滅火裝置不能使用于電子設備、精密儀器和文物檔案場所。但目前在市場仍然有一定數量的使用。


  S型氣溶膠被業界稱為第三代氣溶膠技術,是K型氣溶膠的改良產品,主要由鍶鹽作主氧化劑,據稱和K型氣溶膠不同,鍶離子不吸濕,不會形成導電溶液,不會對電器設備造成損壞,S型氣溶膠自動滅火產品最早于21世紀初研發成功。目前,S型氣溶膠產品已在國內一些工程項目中應用,對其滅火效果褒貶不一。


  2.2超細干粉滅火劑


  傳統干粉滅火劑是一種干燥、流動性好的固體粉末,主要由一種或多種具有滅火能力的無機鹽組分和疏水組分、惰性填料組成。滅火組分是干粉滅火劑的核心,疏水組分主要有硅油和疏水白炭黑,惰性填料種類繁多,主要起防振實、結塊,改善干粉運動性能,催化硅油聚合等作用。主要應用于撲滅固體、液體、氣體及電器設備火災等。


  干粉的優點主要有:滅火效率高、速度快。按照撲滅單位面積的可燃液體火災的滅火劑用量來比較,干粉具有最高的滅火效率,干粉能夠迅速地控制火勢和撲滅火災,滅火時間往往在幾秒鐘或十幾秒鐘內,而且不易受火場地形、溫度等環境條件的影響。對人畜無毒或低毒,對環境的影響甚微;因而在淘汰哈龍滅火劑后,干粉滅火劑成為我國滅火產品的主力軍。


  干粉滅火劑的干粉粒度對其滅火性能有顯著的影響。單位滅火劑滅火效能與滅火劑粒子粒徑密切相關,每種滅火粒子都存在上限臨界粒徑,小于臨界粒徑的粒子全部起滅火作用,大于臨界粒徑的粒子滅火效能急劇降低,小于臨界粒徑的滅火粒子分數愈大,則滅火效果愈好。


  常用干粉滅火劑粒度在20μm-75μm之間,這種粒子彌散性相對較差,比表面積也相對較低。因而,定量的粉體所具有的總比表面積較小,每個粒子的質量較大,沉降速度較快,且其受熱分解的速度較慢,所以其捕獲自由基或活性基團的能力有限,滅火能力也就很有限;再就是普通的ABC干粉主成份為磷酸銨鹽,易吸潮結塊,且有一定的腐蝕性,進而限制了干粉滅火劑的使用范圍。


  所以,制備在著火空間可以均勻分散、懸浮的超細滅火粉體,保證滅火組分粒子活性,降低單位空間滅火劑使用量是提高干粉滅火劑滅火效能的一種很有效的手段;但由于普通磷酸銨鹽類干粉滅火劑必須采用硅油包裹工藝進行防潮、防結塊處理,無法將其加工到10μm以下,故而干粉生產技術在很長一段時間沒有新的突破。


  超細干粉技術是當代粉體工程技術的新發展,是各高新技術的基礎,其應用正在不斷擴大。超細粉體技術是當今世界上很重要的科學技術之一,英國KIDD公司采用噴霧干燥技術研制出粒徑<5μm的碳酸氫鉀超細高效干粉滅火劑,經全淹沒式滅火實驗表明:滅火效能是一般滅火劑的10倍;由于所需設備和工藝要求復雜,至今未能推廣應用。


  應該說,超細干粉滅火劑同S型氣溶膠的研發背景相似,它是在傳統干粉滅火劑的基礎上改良的新品種,國內超細干粉滅火劑由武漢綠色消防器材有限公司于2001年率先開發成功,并通過國家型式檢驗合格,它采用一種自然防潮的礦物質為主份,不需要采用硅油包裹工藝進行防潮、防結塊處理,滅火效率是傳統干粉滅火劑的10倍以上,由于超細干粉滅火劑可以在大氣中懸浮一定時間,并能繞過障礙物,散布到各個角落,以一種全淹沒的方式或局部應用方式滅火,使干粉滅火技術在自動滅火的效果方面有了飛躍式提升,它是干粉滅火技術和納米技術發展的結晶,代表了目前干粉滅火的最高水平和發展方向。


  目前,超細干粉滅火產品在電力、冶金、石油石化、煙草、檔案庫房等行業得到了大量應用,號稱“滅火效率最高、滅火速度最快、滅火濃度最低”,發展速度居所有滅火產品之首。


  三、S型氣溶膠和超細干粉滅火劑的滅火機理介紹


  3.1S型滅火氣溶膠滅火機理


  3.1.1吸熱降溫滅火機理


  金屬鹽微粒在高溫下吸收大量的熱,發生熱熔、氣化等物理吸熱過程,火焰溫度被降低,進而輻射到可燃燒物燃燒面用于氣化可燃物分子和將已氣化的可燃燒分子裂解成自由基的熱量就會減少,燃燒反應速度得到一定抑制。


  3.1.2化學抑制滅火機理。


  a、氣相化學抑制:在熱作用下,滅火氣溶膠中分解的氣化金屬離子或失去電子的陽離子可以與燃燒中的活性基團發生親和反應,反復大量消耗活性基團,減少燃燒自由基。


  b、固相化學抑制:滅火氣溶膠中的微粒粒徑很小(10-9~10-6m),具有很大的表面積和表面能,可吸附燃燒中的活性基團,并發生化學作用,大量消耗活性基團,減少燃燒自由基。


  c、降低氧濃度:滅火氣溶膠中的N2、CO2可降低燃燒中氧濃度,但其速度是緩慢的,滅火作用遠遠小于吸熱降溫、化學抑制。


  3.2超細干粉滅火機理


  在滅火過程中,超細干粉滅火劑既具有化學滅火劑的作用,同時又具有物理抑制劑的特點,其滅火機理如下:


  (1)化學抑制作用:燃燒過程是一連鎖反應過程,OH和H自由基是維持燃燒連鎖反應的關鍵自由基,它們具有很高的能量,非常活潑,而壽命卻很短,一經生成,立即引發下一步反應,生成更多的自由基,使燃燒過程得以延續且不斷擴大。干粉滅火劑的滅火組分是燃燒的非活性物質,當把干粉滅火劑加入到燃燒區與火焰混合后,干粉粉末與火焰中的自由基接觸時,自由基被瞬時吸附在粉末表面,通過上述反應,借助粉末的作用,消耗了燃燒反應中的自由基OH和H。當大量的粉末以霧狀形式噴向火焰時,火焰中的自由基被大量吸附和轉化,使自由基數量急劇減少,致使燃燒的鏈反應中斷,最終使火焰熄滅。


  (2)隔離作用:噴出的固體粉末覆蓋在燃燒物表面,構成阻礙燃燒的隔離層。特別當粉末覆蓋達到一定厚度時,還可以起到防止復燃的作用。


  (3)冷卻與窒息作用:粉末在高溫下會放出結晶水或發生分解,這些都屬于吸熱反應,而分解生成的不活潑氣體又可稀釋燃燒區域的氧氣濃度,從而起到冷卻與窒息作用。


  四、兩種滅火產品優劣勢比較


  所有滅火產品都有相同點和不同點,針對不同保護場所,各種滅火產品表現出不同的滅火效果,而S型氣溶膠與超細干粉滅火劑,雖然在標準中不是同一類型產品,但其滅火機理及產品特征極其相似,而其滅火效果和應用方式有較大區別。其優劣勢主要表現在幾個方面:


  4.1滅火設備不同,對保護對象適合性有差異


  4.1.1S型氣溶膠滅火裝置


  氣溶膠運用的滅火器具是特別裝置,一般為小型裝置,標準規定最大規格為10kg。


  按滅火裝置安裝方式可分為;


  a)落地式滅火裝置;b)懸掛式滅火裝置。


  按滅火裝置噴口溫度高低可分為:


  a)限溫性滅火裝置;b)非限溫性滅火裝置。


  按滅火裝置產生熱氣溶膠滅火劑的種類可分為:


  a)S型氣溶膠滅火裝置;b)K型氣溶膠滅火裝置。


  關于氣溶膠滅火裝置的保護對象,公安部公消[2001]217號文件定義為:“氣溶膠與鹵代烷類和惰性氣體類哈龍替代技術不同,滅火后有殘留物,屬非潔凈滅火劑。各企業采取的藥劑配方不同,殘留物的性質也不相同。氣溶膠滅火裝置不能用于保護經常有人場所,不能用于保護易燃易爆場所。氣溶膠屬于氣固混合物,在技術沒有突破且通過國家質檢中心型式檢驗之前,不能用于管網輸送系統,氣溶膠滅火后的殘留物對精密儀器、設備會有一定影響,技術上沒有解決該問題且通過檢驗的固定裝置,不能用于保護此類場所。多機聯用氣溶膠系統及其控制裝置未通過型式檢驗合格的,不能用于保護較大空間場所”。


  S型氣溶膠在配方調整后,技術上有所突破,但標準規定滅火裝置只能控制在小于10kg的小型裝置,并不得多機聯用,因而限制其保護對象只能是小空間滅火,“氣溶膠屬于全淹沒系統,適用于變配電間、發電機房、電纜井、電纜溝等無人、相對封閉、空間較小的場所”,


  所以S型氣溶膠跟K型氣溶膠一樣,保護對象受到極大限制,大一點的電纜夾層、電纜隧道都無法采用S型氣溶膠進行保護。


  4.1.2超細干粉滅火裝置(系統)


  超細干粉滅火產品經過十多年的發展,已經成功開發出無管網滅火裝置和管網滅火系統。


  按安裝方式可分為:


  a)懸掛式超細干粉滅火裝置。b)壁裝式超細干粉滅火裝置。


  c)柜式超細干粉滅火裝置。d)管網式超細干粉滅火系統。


  按驅動方式可分為:


  a)貯壓式超細干粉滅火裝置。b)非貯壓超細干粉滅火裝置。


  c)貯氣瓶式超細干粉滅火系統d)貯壓式超細干粉滅火系統。


  按滅火劑屬性可分為:


  a)ABC超細干粉滅火裝置(系統)b)BC超細干粉火裝置(系統)


  c)D類超細干粉滅火裝置(系統)


  超細干粉滅火產品由最初單一的貯壓懸掛式滅火裝置,已經發展成為貯壓式、非貯壓式及超細干粉滅火系統等多樣化產品,其滅火裝置(系統)是廠家根據各種保護對象開發出的各類滅火設備,設計人員完全可以按保護對象不同而選擇適用的滅火裝置(系統),比如無管網類懸掛式或壁裝式滅火裝置,即可單具安裝使用,也可以與火災報警系統實現聯動,按湖北省地方標準《超細干粉無管網滅火系統設計、施工及驗收標準》規定,超細干粉滅火裝置在全淹沒設計時,防護區最大保護空間為2000立方米,局部應用滅火方式時,最大保護面積為500平方米。由于超細干粉的粉霧噴射后為云霧狀態,在設計時可以按假想罩方式對保護對象進行局部淹沒時設計,在超過標準規定的空間或面積時,可以分片或分組啟動超細干粉滅火裝置,實現大空間滅火。


  在需要高濃度大面積滅火時,還可以設計為管網滅火系統,如化工場所的滅火,有些場所需要大量滅火劑進行掩埋式撲救,超細干粉滅火系統目前已經開發出3000kg規格,如果量還不足夠,可采用多臺系統同時對一個區域進行保護,或以一套系統按組合分配方式,保護8個以下區域,這些是氣溶膠類產品是無法實現的。


  因此,兩種產品在滅火裝置方面,S型氣溶膠只能保護小空間,而超細干粉滅火設備可以適用所有空間,小到不足1立方米的空間(如配電柜),大到幾千平方的大型倉庫或逾萬米長的電纜隧道。


  4.2釋放方式不同,滅火速度和滅火效率有差異


  我們可以通過了解森林用風力滅火機的滅火原理來聯想所有滅火劑的滅火方式,可以說所有滅火劑在進入火場滅火時,需要動能和速度,當滅火劑穿透火焰時,滅火效率會大大提高,S型氣溶膠和超細干粉也不例外,特別是這兩類滅火劑都是屬于固體微粒,更需要氣流帶動滅火組分穿透炊火焰,實現與火焰充分接觸,達到快速滅火的目的。


  4.2.1S型氣溶膠釋放方式


  熱氣溶膠類滅火產品是一種常壓狀態儲存,火災時靠燃燒方式產生大量溶膠(煙霧)進入火場滅火,這種釋放方式的動能很小,要完全淹沒一個空間并達到一定的濃度,釋放時間與保護空間的大小成正比,在滅火劑釋放過程中沒有沖擊力的情況下,需要一定時間來滿足滅火條件,由于技術原因,標準規定熱氣溶膠類滅火產品不能采用多機聯用,這樣,除了不能保護大空間滅火外,S型氣溶膠的滅火速度也是相當緩慢的,可以這樣認為:在滅火劑的滅火速率相同的情況下,S型氣溶膠與其它所有滅火劑相比,要加上讓滅火劑燃燒反應過程的時間才能達到同樣的滅火效果。


  4.2.2超細干粉滅火劑的釋放方式


  超細干粉滅火劑是一種平均粒徑小于5微米的粉體,貯存在容器中需要氣體進行驅動釋放,隋性氣體驅動式的滅火裝置(系統)一般為低壓或中壓驅動(滅火裝置1.2Mpa,管網系統1.4Mpa),滅火裝置的噴射時間根據裝置的規格大小有所區別,通常為1~5秒,超細干粉滅火系統的噴射時間按相關標準設置,一般為全淹沒滅火小于30秒,局部應用時小于60秒。燃氣驅動方式的非貯壓滅火裝置噴射速度更快,如脈沖式滅火裝置的噴射時間小于一秒,在巨大的動能作用下,通常是聲響火滅。


  超細干粉滅火劑滅火時,靠氣體壓力驅動,強力穿透火焰,滅火劑充分與火焰接觸不僅滅火速度快,滅火效率也大大提高,同時標準規定在2000立方米以下空間采用無管網滅火裝置全淹沒保護時,可以多具聯動,保證了滅火劑能瞬間達到滅火濃度,實現高效率滅火的目的。


  因此,兩種滅火產品比較,S型氣溶膠的滅火速度和效率遠遠不如超細干粉滅火產品。


  4.3滅火劑釋放后形態不同,滅火應用方式有差異


  相關標準規定,熱氣溶膠類滅火產品只能全淹沒方式滅火,S型氣溶膠的配方雖然不同于K型氣溶膠產品,但其釋放后微粒平均粒徑仍然為小于1微米,彌漫效果好,能繞過障礙物滅火,基本上能達到氣體釋放的效果,因而國家標準把氣溶膠類滅火產品歸類為氣體滅火劑。


  4.3.1S型氣溶膠釋放后的形態及滅火應用方式


  但因氣體的比重關系,S型氣溶膠沉降速度非常慢,飄浮狀態又使其不能象二氧化碳、六氟丙烷等氣體滅火劑那樣進行局部應用方式滅火。其全淹沒方式滅火時,對空間的封閉程度有嚴格限制,排泄口過大,會直接影響其滅火效果,因而在設計時,對關閉見機系統和設置的泄壓口等要求嚴格。


  4.3.2超細干粉滅火劑釋放后的形態及滅火應用方式


  超細干粉滅火劑的平均粒徑小于5微米,釋放時以濃云般的粉霧籠罩保護物,它既有類似于氣體的釋放形式,但粉霧不散開,隨著氣流動力,還可以繞過障礙物滅火,設置噴頭的形式,可以讓粉霧籠罩具體保護物,這樣,超細干粉即可全淹沒保護,又可以局部應用方式滅火,滅火應用方式十分靈活。


  因此,S型氣溶膠和超細干粉滅火劑在應用方式方面所存在的差異,優劣勢非常明顯。


  4.4滅火劑微粒沉降速度不同,滅火方式有差異


  熱氣溶膠類滅火產品與超細干粉的滅火機理基本相同,同屬于化學滅火范疇,由于微粒的質量不一樣,S型氣溶膠滅火后雖然也有沉降物,但需要很長時間才能沉降,沉降物不僅難以清除,對滅火沒有任何作用。而超細干粉滅火劑為被分散體,釋放后形成氣粉混合的霧狀形態進行滅火,滅火機理以化學滅火為主,沉降的粉塵又以物理覆蓋方式滅火,特別是針對固體深位火災(陰燃)超越了任何氣體滅火劑,超細干粉滅火劑不僅能有效撲滅有焰燃燒,而且還可以撲滅一般固體物質的表面燃燒。超細干粉晶體粉粒與灼燒的燃燒物表面接觸時,發生一系列化學反應,并在固體表面的高溫作用下被熔化并形成一個玻璃狀覆蓋層,將固體表面與周圍空氣的氧隔開,使燃燒窒息,這也是其獨特的一種滅火功能,再加上粉塵的覆蓋,能有效防止火災復燃。


  4.5滅火劑冷熱釋放的區別,安全性有差異


  熱氣溶膠是燃燒方式釋放滅火劑,其安全性能較差。1995年我國推出第一代EBM熱氣溶膠自動滅火裝置,在使用過程中相繼發生了一些事故。公安部消防產品行業管理辦公室于1997年6月3日下發公消行(1997)040號《關于禁止使用第一代固定式全淹沒EBM自動滅火裝置的通知》。經過科研人員不斷研究改進,1999年又推出第二代EBM熱氣溶膠,但熱氣溶膠滅火裝置仍不時發生事故。S型氣溶膠只是在配方上進行了改進,安全性能卻沒有得到明顯的改進。


  熱氣溶膠滅火產品有“熱連帶反應”。第一代熱氣溶膠滅火裝置滅火劑釋放的出口溫度超過300℃,這對于一般易燃固體已是可產生燃燒的溫度。第二代熱氣溶膠滅火裝置的出口溫度降到80℃,但仍然很高,對保護區來不及撤離的人員和保護物均可能造成損害。


  熱氣溶膠滅火技術不適合用來抑暴和惰化,因其靠燃燒產生氣溶膠滅火劑,本身就是點火源。對陰燃物的火災,熱氣溶膠的滅火效果也較差。


  采用隋性氣體驅動的超細干粉滅火產品,其驅動氣體本身就是滅火劑,再加上是冷釋放形式,安全可靠,雖然超細干粉滅火裝置也有采用燃氣驅動方式,但燃氣產生是瞬間的,在釋放前火焰已經熄滅,再加上超細干粉的良好吸熱性能,出口溫度極低,不足以形成隱患。


  4.6同是“氣溶膠”學名,但工程造價有較大差異


  按超細干粉釋放后的形態,我們在理論上稱之為“冷氣溶膠”,由于標準的歸類,超細干粉歸類為固體滅火劑,并將粉體命名為超細干粉;


  S型氣溶膠、K型氣溶膠按標準歸類為氣體滅火劑,兩種產品的化學滅火機理相似,又同樣是懸浮在空中的微粒,但由于原料不同,價格區別也較大,以筆者在消防工程應用中對兩種產品的了解,其造價差異在兩個方面:一是滅火劑量,超細干粉通常用量為90~100g/立方米,S型氣溶膠的用量為140g/立方米以上。二是產品單價,S型氣溶膠每公斤單價是超細干粉滅火劑的3~5倍,綜合核算,S型氣溶膠在消防應用中比超細干粉滅火產品造價要高出近三倍以上,性價比遠遠不及超細干粉滅火裝置(系統)。


  五、結束語


  可以說,任何滅火產品都有其優勢和缺陷,S型氣溶膠通過不斷改進,其技術已經居世界領先水平,根據其特征,在小空間滅火有其一定優勢,但與超細干粉滅火產品比較,從滅火速度、滅火效率、性價比等方面都遠遠不及;當然,超細干粉滅火劑也有其不可避免的缺陷,比如噴射時能見度低,滅火后需要清理現場等,但瑕不掩玉,超細干粉滅火劑作為國家重點推廣的新型滅火產品,正在迅猛發展,其低價高效、應用廣泛的良好品質正廣為用戶所接受,用戶在使用過程中自然會對這兩種產品進行比較,相信隨著時間的推移,超細干粉滅火劑必將在各個行業的消防保護中獨占熬頭。


相關標簽:超細干粉滅火裝置

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