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做座快速发展中的气溶胶灭火技术

发布时间:2021-10-15 07:17:39 阅读: 来源:挂毯厂家
做座快速发展中的气溶胶灭火技术

快速发展中的气溶胶灭火技术

导读:气溶胶灭火作为一种替代哈龙灭火的新兴灭火技术,以其高效的灭火性能逐渐为广大用户所青睐。本文由浅入深,全面介绍了气溶胶灭火的技术与市场情况,并分析了发展趋势——S型气溶胶灭火将是未来这一领域的主导。在最后,还附加了气溶胶灭火界的专家点评。

一、气溶胶技术与产品概述

1、气溶胶灭火剂的概念

气溶胶灭火剂是一种由氧化剂、还原剂、燃烧速度控制剂和粘合剂组成的固体混合物,是近四十年发展起来的一种新型灭火剂。热气溶胶灭火剂的释放经过了燃烧反应,燃烧产物中同时存在固体与气体,其中大部分为N2、CO2和水蒸气,固体颗粒是钾、锶的氧化物。释放产物冷却、凝聚时生成极为细小的微粒,微粒的直径一般小于0.1微米。这些极为细小的微粒可以高效吸收与中和火焰中的燃烧自由基,从而达到化学抑制灭火作用。而气体分散固体颗粒形成的气溶胶,可以长时间悬浮在空间中,并能绕过障碍物,散布到各个角落,以一种全淹没的方式高效灭火。简单地说,气溶胶灭火剂是一种可悬浮于空气中的纳米级干粉微粒,是烟火技术和纳米技术发展的产物。

2、气溶胶灭火的产生背景

1987年9月,24个国家的代表在加拿大蒙特利尔签订了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,对包括哈龙在内的给大气臭氧层造成损害物质的生产和消费进行了限制。随后的修正案明确规定了发达国家须于1994年1月1日停止生产哈龙产品。中国于1991年正式成为《议定书》的缔约国,并将于2010年实现完全停止使用哈龙。

自《蒙特利尔议定书》签订之日起,世界各国都加大了哈龙替代产品的研发力度,许多发达国家在替代技术的开发研究方面取得了较大进展,出现了很多新型灭火剂,先后有IG-541、七氟丙烷、三氟甲烷、细水雾等产品问世。这些产品虽各有所长,但都不能完全替代哈龙。这时,气溶胶灭火产品逐渐开始活跃,并以“灭火效率高、成本低、无毒无害”的特点引起人们的广泛关注,它的出现标志着一个灭火产品新时期的来临。

3、三代气溶胶火产品的发展

从严格意义上讲,气溶胶到目前为止已经过三代发展。

第一代气溶胶灭火产品,诞生于上世纪60年代。我国公安部天津消防研究所的科研人员对气溶胶灭火装置进行了研究,提出“以火攻火”的理论,研制出烟雾自动灭火系统,用烟火药剂燃烧、释放的产物进行灭火,主要用于扑灭甲、乙、丙类液体储罐火灾。这是一项不同于以往的全新的灭火技术既有烟又有雾,既有细小的固体颗粒,又有水蒸气和N2、CO2灭火气体形成的气溶胶物质用于灭火,称为“烟雾灭火系统”,主要用于石油化工产品储罐灭火装置上。

在当时中苏关系融洽的时代背景下,前苏联科学家跟随这一理论的指引,率先研制出可用于普通场所的气溶胶灭火剂。而我国由于当时的环境所限,并未对这一理论进行深入的应用性研究,产品仅停留在油罐系列。致使到了80年代,我国在气溶胶灭火技术领域的应用已远远落后于前苏联。但是,气延长其寿命;机器应保持良好接地溶胶灭火这一理论,是由中国首先提出的。

第一代气溶胶虽然在60年代初就已出现,但由于当时人们更习惯于使用哈龙灭火剂,使气溶胶灭火产品推广运用迟缓。进入二十世纪80年代后,人们逐渐认识到哈龙灭火剂对大气臭氧层的破坏作用,气溶胶灭火剂作为绿色环保的哈龙替代品逐渐得到人们的重视。各国研究并开发出的多种类型气溶胶灭火设备,使气溶胶的应用技术得到了迅速发展。这项技术在俄罗斯已形成系列产品。美国、英国、德国、日本、加拿大等国家也相继开发出各自的气溶胶灭火产品并推广应用。

在我国,90年代中期,北京理工大学在学习国外经验的基础上,研发出第二代气溶胶灭火产品。国内先后有多家企业涉足该产品的生产。但由于设计中未充分考虑到箱体温度,在喷放时有高温和喷焰缺陷。

第二代产品出现的问题,是由于研发人员对市场使用环境不甚了解,而生产人员又未对技术加以深入研究造成的。问题的解决方式非常简单,通过加大箱体隔垫,增加一些金属隔热片等简单的物理方式就可以解决。经过改进后的第二代气溶胶产品,很好地克服了箱体温度过高的缺陷,逐步得到市场认可。但由于其配方基本为北京理工大学的钾盐类配方,以硝酸钾作为气溶胶发生剂的主要氧化剂,所以喷发后的产物极易与空气中的水结合形成一种粘稠状的导电物质。这种物质对电子设备有很大的损坏性。由于误喷造成对电子设备的损坏,也给第二代气溶胶造成了极坏的影响。为此,中国移动、中国通、中国电信等国家大型企业,都曾明令禁止气溶胶灭火装置在其精密电子设备间的使用。气溶胶能否用于保护有精密电子设备的场所?其喷射后的产物对电子设备是否有影响?这些问题,摆在了众多消防专家的面前,也在业内引起了广泛的争议。

问题不断地出现,技术也在不断地提高。这时第三代气溶胶灭火产品横空出世。第三代气溶胶主要由锶盐作主氧化剂,和第二代钾盐类气溶胶不同,它从根本上解决了该类产品喷射生成物对电器设备的损坏作用。2001年,中国移动通信集团公司经过严格的考察和验证,最终选择锶盐类气溶胶用于保护其通信基站等配备有精密电子设备的场所。目前,锶盐类气溶胶产品已在几千个工程项目中应用,其中也出现过误喷,但至今未发生一起损坏电子设备的事故。值得一提的是,2004年8月,在湖南长沙的某通信机房中,因电线老化而引起电源失火,锶盐类气溶胶灭火剂成功地扑灭了火情,其间通信设备照常运行。这是国内唯一一起气溶胶灭火,并且没有损坏电子设备的“案例”。第三代气溶胶已越来越为广大用户所接受。

2004年6月4日,公安部颁布了GA499.1《热气溶胶灭火装置》行业标准。该标准将气溶胶灭火装置分成两类。第一类是K型气溶胶,指充装含有30%以上硝酸钾的气溶胶发生剂的灭火装置。即上述钾盐类气溶胶,也即第二代气溶胶。第二类是S型气溶胶,指充装含有35%~50%硝酸锶,同时含有10%~20%硝酸钾的气溶胶发生剂的灭火装置。即上述锶盐类气溶胶,也即第三代气溶胶。至此,气溶胶产品有了专业、官方的定义。

二、气溶胶灭火的标准综述

1、世界气溶胶标准情况

在气溶胶的推广使用上,中国已在世界领先。在国家标准的编制方面,目前除中国外,只有澳大利亚和俄罗斯颁布了气溶胶国家标准。而美国、欧洲标准化协会、国际标准化组织等国家和国际组织的标准还正在编制中。具体情况见下表:(截止至2005年底)

国际标准化组织ISO 凝聚型和分散型气溶胶灭火系统船用气溶胶灭火系统

国际海事组织IMO

等同于SOLAS74所列用于设备间的气溶胶灭火系统

美国消防协会NFPA

气溶胶灭火系统

欧洲标准化委员会CEN

(1) 凝聚型气溶胶灭火系统第一部分:凝聚型气溶胶灭火系统部件要求。

(2) 凝聚型气溶胶灭火系统第二部分:凝聚型气溶胶灭火系统设计,安装与维护。

无论从技术开创性,市场使用量,还是从行业标准的指导性来看,我们已领先于其他国家。我国消防产品的研发,往往是落后于国外。但在气溶胶技术方面,中国已经处于世界领先位置。详见下文。

2、我国将气溶胶规定为S型与K型两类

2004年6月,国家公安部颁布《热气溶胶灭火装置》(GA 499.1)行业标准,将气溶胶灭火装置按灭火剂的配方分为S型、K型两类,其中K型代表目前市场上常见的老式气溶胶灭火产品。S型是一种新技术,解决了K型气溶胶设备对精密设备的损害问题,拓展了应用领域范围。

此次行业标准颁布的重要意义在于,从实际指标上把气溶胶分成了两类,即S类和K类,为今后相关规范的制定与广大用户的使用提供了指导。同时,也对市场产生了巨大的导向作用。

三、S型气溶胶灭火相对于K型的优越性

1、S型气溶胶灭火的性能优点

关于S型和K型气溶胶的区别,在行业标准中明确规定:“K型灭火装置沉降物绝缘水平不得低于1兆欧,S型灭火装置沉降物绝缘水平不得低于20兆欧”。电阻为1兆欧的物质,从严格意义上讲是导体,水的导电性也即如此。而电阻为20兆欧的物质是绝缘体,相当于干木材的导电性。行业标准将气溶胶按配方分为S型和K型,也是首次以“绝缘水平”这一科学的指标,来说明为什么S型可用于保护有精密电子设备的场所,而K型不能的原因。

S型相对于K型的最大区别,也是最大的优势在于,S型气溶胶不会在被喷射物表面上形成导电物质,而K型气溶胶却会产生导电物质。所以它可以用于保护有精密电子设备的场所。

两种气溶胶产物的理化性质的差异可以解释这个问题。S型气溶胶经过氧化还原反应后产生大量灭火效果极好的微纳米级氧化锶微粒,K型气溶胶生成氧化钾微粒。

燃烧

S型气溶胶: SrNO3——→SrO(氧化锶微粒)

燃烧

K型气溶胶: KNO3——→KO(氧化钾微粒)

根据《化学物质辞典》的两种物质性质介绍,氧化锶化学性质稳定,不易从空气中吸收水分产生化学变化,只会缓慢的微溶于水生成氢氧化锶。而氧化钾化学性质活泼,极易溶于水,在空气中易吸收水分,与水作用形成强碱,也就是氢氧化钾。

但是,氢氧化钾极易吸收空气中的水分而潮解,形成具有强导电性的氢氧化钾溶液。也就是说,当K型气溶胶的沉降物氧化钾微粒吸水生成氢氧化钾后,氢氧化钾又会迅速吸收空气中的水分而形成氢氧化钾溶液,而氢氧化钾溶液又具有很强的导电性,正好解释了K型产品能在物体表面形成一层导电液膜的原因。可见。对设备造成损害的,是K型气溶胶喷射后生成的强导电性氢氧化钾溶液。而S型气溶胶的产物氧化锶不易吸收空气中的水分,也就不会生成导电物质,从而克服了K型产品的缺点。所以,S型气溶胶可用于保护有精密设备的空间,而K型则不能。

2、S型与K型的成本、维护费用比较

除S型气溶胶灭火剂外,IG-541,FM-200都在高压钢瓶中压缩或液化储存。而气溶胶灭火剂为固态存储,省略了高压钢瓶、阀门等大量复杂的设备,降低了成本。在维护上,气溶胶灭火装置只需每年测一次电阻即可,非常简单可靠,费用非常低廉,而不需要像其他气体灭火剂那样,每年都要检测瓶体是否漏气,阀门是否正常等等。存储、检测方面的低成本,使得气溶胶灭火设备能够以高性价比来占领市场。

四、气溶胶灭火的实际应用与市场情况

1、可应用的领域

气溶胶灭火剂作为一种新型的哈龙替代,世界各国在其适用领域正在作着深入的研究,美国国防部曾在1999年认定的军队系统十三个气体灭火剂研究项目中涉及气溶胶的有二项,其主要针对坦克、装甲车辆的发动机和保护。俄罗斯曾针对油田火灾进行过大面积试验,其用火箭炮一次性向大油井发射2吨气溶胶灭火剂,成功的扑灭几十米的油井火灾,而澳大利亚的Pyrogen气溶胶灭火正在波音747飞机上作实物模拟灭火试验,并在条英、德、澳等国家的船上使用了气溶胶灭火剂,而我国虽然气溶胶推出的时间同国外公司相差不远,但在应用领域方面仅局限在计算机房、发电机房燃油锅炉房等领域,与国外相差甚远。在这一方面,我国的气溶胶厂家应积极努力,在各个领域多做探索,以下简要说明气溶胶灭火剂可做发展的地方。

(1)在航空方面:

主要针对于商业飞机、普通飞机、直生飞机的货仓、油灌仓、仪表间等处使用。

(2)在航海方面:

可针对于货船、客船、快艇、潜艇、牵引船等的货舱,引擎仓,控制间、发电机房、电池柜、燃料泵房、船底、厨房、抽水机房等紧急灭火系统

(3)在车辆方面:

可用在火车、货车、机车、汽车、重型和轻型卡车及各种建筑车辆的引擎部分。

(4)在油田方面:

可用在油井、海上钻井平台、储油罐等地区。

(5)在电力方面:

可用在变压器站、控制室主要生产工艺技术是采取“辊压嵌入式”、电场等场所。

(6)在军工方面:

可用在装甲车、坦克等地方。

(7)在建筑方面:

可用在变(配)电间、发电机房、电缆夹层、电缆井、电子计算机房等场所。

气溶胶灭火装置不能用于扑救下列物质的火灾

(1)无空气仍能氧化的物质,如硝酸纤维,火药等。

(2)活泼金属,如钾,钠,镁,钛等。

(3)能自行分解的化合物,如某些过氧化物,联氨等。

(4)金属氢化物,如氟化钾,氢化钠等。

(5)能自然的物质,如磷等。

(6)强氧化剂,如氧化氮,氟等。

(7)可燃固体物质的深位火。

(8)人员密集场所火灾,如影剧院、礼堂等。

(9)有爆炸危险的场所火灾,如有爆炸粉尘的工房等。

有文献曾假设气溶胶微粒全部沉降于防护区底部,因此对气溶胶的洁净度提出质凝,认为有沉降物就是缺陷,就会对保护物有所影响,因此提出气溶胶灭火剂不能用于保护精密设备场所,而事实证明气溶胶灭火剂是比较洁净的一种灭火剂。

虽然气溶胶灭火剂相对洁净,但由于有降尘,仍不能保护一些有超净要求的场所,如制药车间、蕊片加工场所、医疗间等。至于气溶胶能否用于保护精密仪器场所,主要取决于气溶前9个月的出口额更是增加了30%胶沉降物的性质和仪器的要求。对于无超净要求的场所,只要气溶胶灭火剂中沉降的少量微粒的化学性质对设备及环境无害(如S型气溶胶灭火剂),均可采用气溶胶灭火。

2、气溶胶灭火的实际应用案例

长沙市国际电子大厦起火:

西安坚瑞化工有限公司生产的DKL自动灭火装置在长沙市国际电子大厦2004年5月29日中午13时由于电源线老化引起的短路事故中,及时有效启动,避免了一起火灾事故的发生,有效的保护了基站内部的各种电器设备。事故发生后对传输、电源、空调及主设备等均未造成影响。在更换电源线后,5月29日16时30分所有设备恢复正常工作。

工程环境简介:移动通讯基站,站内有交换机、电源柜、空调等设备。控制器JB-QB-JR01

喷放过程:5月29日中午1:00左右钟移动公司人员接到该基站故障申报,于1:25分进入该基站发现机房内冒烟,温度极高,DKL灭火装置已经启动,正在喷洒灭火剂。

对设备的影响情况:本次事故对设备和人员无损害。

3、市场应用情况

产品经历了五年时间的不断研制完善和几千个用户的广泛应用实践证明,生产使用安全性好,装药性能优良,灭火性能好,安装维护简单。目前已成功的用于河南、新疆、天津、河北、重庆、陕西等30个省市的数千个工程项目中,涉及移动、联通、电信、冶金、电力、金融、税务、酒店等行业,并出口马来西亚、伊朗,被中国移动通信集团和上级有关部门选为首批入围的产品,尤其是在全国几千个移动、联通基站,几百个工程项目的广泛应用,尚未发生技术质量事故,产品的可靠性、安全性、市场占有率均处国内领先地位,在产品质量稳定性可靠性等方面得到各省、市移动、联通、电信公司领导的好评与肯定。

但是,我们也应该看到,气溶胶灭火技术仍然有需要完善的地方。据报道,由于各种各样的原因,近年来全国出现过几起误喷事故,给用户单位造成了一些麻烦与损失。如何提高探火装置的精度以及灭火装置的防误喷措施,需要实现技术上的进步,而这需要中国的气溶胶科研学者们脚踏实地的努力。

4、综合费用情况

综合费用涉及面很广,既包括灭火系统一次性工程投资费用,又包括系统投入运行后,装置的维护保养费,如日常管理人员的正常开支,设备的年度定期检查检测费用,药剂的补充安装费用,零件的正常损坏更换费等。

系统越复杂、庞大,设备就越多,工程投资费就越多,维护保养费就越高。气溶胶系统相对于其它常见灭火系统,它的储存压力为零、系统简单造价低、几乎不需要任何维护,因此从综合费用比较,气溶胶灭火系统相对于其它的几种灭火系统具有优势。

五、结 语

无论从灭火效果,安装成本、还是使用维护的角度来看,气溶胶灭火均存在优势。因此,倡导使用气溶胶灭火装置替代哈龙产品已是大势所趋。在国家的大力支持下,气溶胶产品质量不断提高,发展十分迅速,技术也取得了突破性进展。从航空到远洋船舶,从军事到民用,气溶胶灭火装置在更为广泛的领域里得到了运用。它所能提供的高效灭火,安全可靠和纯净环保性能以及对未来技术开发的前瞻性,让越来越多的业内人士选择了气溶胶灭火产品。

公安部《热气溶胶灭火装置》行业标准的颁布,使中国成为世界上第一个系统地将气溶胶按成份分类,并采用军标方式对各项指标进行检验的国家。当今,在气溶胶的推广使用上,中国已走在世界前列。仅从国家标准的编制上看,目前除中国外,只有澳大利亚和俄罗斯颁布了气溶胶国家标准。而美国、欧洲标准化协会、国际标准化组织等国家和国际组织的标准还正在编制中。无论从技术开创性,市场使用量,还是从行业标准的指导性来看,我们已远远领先于其他国家。我国消防产品的研发,历来都是步国外的后尘。但这一次,中国走在了世界的前列。我们有理由相信,中国将引领世界气溶胶灭火的发展。

参考文献:

《气溶胶灭火技术》,化学工业出版社,2005

气溶胶灭火技术研究所

专家点评:

2004年6月,国家公安部颁布《热气溶胶灭火装置》(GA 499.1)行业标准,将气溶胶灭火装置按灭火剂的配方分为S型、K型两类,其中K型代表目前市场上常见的气溶胶灭火产品,S型则决了K型气溶胶设备无法解决的对电器设备二次损害的问题。2006年5月,中华人民共和国国家标准《气体灭火系统设计规范》(GB PCI薄膜咨询公司(以下简称PCI)最新市场分析报告指出05)正式开始实施。按照新的国标规定, S型气溶胶灭火系统可以完全按照传统的气体灭火系统使用,而K型和其他型气溶胶灭火系统在电气火灾中限于在电缆隧道及自备发电机房使用,K型及其他型热气溶胶预制灭火系统不得用于变电、电子计算机房、通讯机房等场所。国标的颁布,体现了气溶胶灭火技术以及产品已经发展成熟。

--岳大可 高级工程师,国家消防标准委员会委员,气溶胶灭火技术专家

“快速发展中的气溶胶灭火技术”一文较详细地介绍了气溶胶灭火技术的产生背景、发展、国内外的现状等,并系统的介绍了S型与K型两类气溶胶的优缺点,应用领域与市场等,是一篇让更多人认识和了解“气溶胶灭火技术”的好文章。

但是我们应该注意到“气溶胶灭火技术”自身固有的一些缺点,制约了其应用场合的进一步扩大,所以在现有技术的基础上取得突破性进展是进一步成熟的需要,也是中国消防技术创新的需要。

--时虎 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室火灾化学研究室,工程师,主要从事防火、阻燃等方面的研究开发。(end)

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