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超细干粉灭火系统的特点及应用前景分析

更新时间:2012/2/22 来源:中国报警器网  [收藏此信息]

摘要:简介了超细干粉灭火剂的种类、特点、性能及其灭火原理,重点探讨了超细干粉灭火系统的性能、优势及前景,并分析了超细干粉灭火系统的应用前景。
关键词:超细干粉灭火剂;干粉灭火系统;灭火效能干粉灭火剂最早是20世纪30年代由美国Ansul公司开发出的以碳酸氢钠为基料的干粉灭火剂,而干粉灭火系统的研究与应用历史也较早,据日本的消防资料介绍,日本1969年已将干粉灭火设备用于汽车库和储油罐保护;我国在1970年已将干粉灭火设备用于淬火油槽(池)和室内变压器保护;1975年,前苏联的消防资料介绍已将干粉灭火设备用于大型醇类储罐保护。1974年~1975年,天津消防科研所与吉林化学工业公司化肥厂等单位联合进行了储油罐干粉自动灭火系统的试验研究,并进行了中型航空煤油罐中间灭火试验。后来,天津消防科研所又研制了两种D类干粉灭火剂,以氯化钠为主要原料的D类干粉灭火剂和以碳酸氢钠为主要原料的BCD类干粉灭火剂,但是,没就这两种D类干粉灭火剂进行D类干粉灭火系统工程应用研究;并且,因成本等原因也没再推广应用。

总之,工程应用较成熟的干粉灭火系统是BC类和ABC类干粉灭火系统,D类干粉灭火系统技术上不够成熟,国内之前基本是进口意大利等国家的产品;超细干粉灭火技术是2001年由武汉绿色消防器材有限公司国内首家送检合格的一种新型干粉灭火剂,一直以来,国内企业都停止在无管网灭火装置(含短管网柜式灭火装置)上,近两年起才有超细干粉生产企业在研发超细干粉灭火系统,其中有武汉绿色消防器材有限公司于今年五月份首次按《干粉灭火系统零部件通用技术条件》(16668-2010)送检合格贮气瓶型和贮压型两个系列的超细干粉灭火系统,为国内超细干粉灭火系统的研发、检验提供了有益的实践及试验数据,本文就相关技术作一些简单介绍。

一、超细干粉灭火剂

灭火组分是干粉灭火剂的核心,能够起到灭火作用的物质主要有:KCO、KHCO、NaCl等,目前国产的普通干粉灭火剂主要有:磷酸铵盐、碳酸氢钠干粉灭火剂。每种灭火粒子都存在一上限临界,粒径小于临界粒径的粒子全部起灭火作用,大于临界粒径的粒子灭火效能急剧降低,但其动量大,通过空气对小粒子产生空气动力学拉力,迫使小粒子紧随其后,扑向火焰中心,而不是未到火焰就被热气流吹走,降低灭火效率,常用干粉灭火剂粒度在10~75μm之间,这种粒子弥散性较差,比表面积相对较小。因此,定量干粉所具有的总比表面积小,单个粒子质量较大,沉降速度较快,受热时分解速度慢,导致其捕捉自由基的能力较小,故灭火能力受到限制,一定程度上限制了干粉灭火剂使用范围。干粉灭火剂粒子粒径与其灭火效能直接相关联,灭火组分临界粒径愈大,灭火效果愈好。所以,制备在着火空间可以均匀分散、悬浮的超细灭火粉体,保证灭火组分粒子活性,降低单位空间灭火剂使用量是提高干粉灭火剂灭火效能的很有效手段。超细干粉灭火剂正是基于这个理论开发出的新产品,它成功地把干粉灭火技术拓展到大空间全淹没自动灭火方面。

1.1ABC超细干粉灭火剂

据文献记载:英国KIDD公司在七十年代采用喷雾干燥技术研制出粒径<5µm的碳酸氢钾超细高效干粉灭火剂,经全淹没式灭火实验表明:灭火效能是一般灭火剂的10倍;由于所需设备和工艺要求复杂,至今未能推广应用。国内武汉绿色消防器材有限公司于1997年开始超细干粉研究,采用气流粉碎技术制备出一种能整体防潮,不须硅化处理即能保证粉体流动性好、不吸潮、不结块、灭火效率高的ABC超细干粉灭火剂,干粉平均粒径<5μm,90%粒径<10μm,最小灭火浓度仅为65g/m3,无毒无害、对物体无腐蚀、对人体呼吸道无刺激、高绝缘性;率先把超细干粉灭火理论转化为产品并实现了批量生产。

超细灭火粒子由于比表面积大,活性高,受热分解速度快,捕获自由基能力强,故灭火效能急剧提高能在空气中悬浮数分钟,形成相对稳定的冷气溶胶,所以,不仅灭火效能很高,且使用方法也完全不同于一般传统干粉灭火剂,超细干粉灭火剂可以长时间悬浮,它能类似气体释放并能绕过障碍物,散布到各个角落,在相对封闭的空间实现全淹没式灭火。因干粉灭火时粉体沉降后的物理覆盖特点,又能实现大空间内(或开放场所)局部淹没方式灭火。使干粉灭火得到技术拓宽应用。

1.2D类超细干粉灭火剂

D类干粉灭火剂在我国多见于保护三乙基铝(该物质遇空气燃烧、遇水爆炸,只能用D类干粉灭火)助催化剂储存及配置系统,早年如辽化聚丙烯装置催化剂卸料站采用了意大利引进D类干粉灭火系统,天津乙烯工程三乙基铝储罐也采用了意大利引进的D类干粉灭火系统,上海金山石化三乙基助催化剂配置系统同样采用了意大利引进D类干粉灭火系统,这些系统最初是从意大利引进。近几年国内石化企业除进口以色列、德国D类干粉外,逐渐开始使用国产D干粉,D类超细干粉灭火剂于2006年由武汉绿色消防器材有限公司开发成功,原名“特种超细干粉灭火剂”,现更名为“烷基D类火灾专用超细干粉灭火剂”,它是在ABC超细干粉灭火剂的基础上修改配方,添加重碳酸钠类原料,灭火机理在于以化学反应为主,钝化金属表面,再加入能与烷基类物质发生反应的矿物质成份,在火焰的作用下,与烷基类物质发生反应生成结壳物,加上粉末沉降后覆盖可有效防止复燃,对扑救三乙基铝、正丁基锂等具有极强的灭火能力,同时,原有扑救ABC火灾的性能不变;经国家权威部门检验,最小灭火浓度仅为5kg/㎡,用量及价格是进口产品的三分之一,为国内化工企业节约大量投资,彻底打破了进口产品的垄断。

二、超细干粉灭火系统

超细干粉灭火系统是由超细干粉供应源通过输送管道连接到固定的喷嘴上,再通过喷嘴喷放超细干粉灭火的系统。超细干粉灭火系统是石油化工、油库、油罐、港口码头、机场、机库、大型烟草库房、物流仓库等工程的灭火系统的重要装备。干粉灭火系统是以氮气为动力,向干粉罐内提供压力,推动干粉罐内的干粉灭火剂,通过管路输送到固定喷嘴或干粉炮,干粉枪喷出,以达到扑救易燃、可燃液体,可燃气体和电气设备等火灾的目的。

参照GB16668-2010标准,超细干粉灭火系统以驱动方式分类为:贮气瓶型超细干粉灭火系统、贮压型超细干粉灭火系统和燃气型超细干粉灭火系统,以充装的灭火剂类别又可分为:ABC超细干粉灭火系统、BC超细干粉灭火系统和D类超细干粉灭火系统,以固定方式分类为:固定式超细干粉灭火系统、半固定式超细干粉灭火系统(如柜式超细干粉灭火装置)。

2.1贮气瓶型超细干粉灭火系统

ZFP贮气瓶型超细干粉灭火系统由启动装置(如:启动气瓶+电磁阀)、高压氮气瓶组、减压阀、干粉罐、干粉喷头、阀门、控制柜、干粉炮、干粉枪和钢管等零部件组成。超细干粉灭火系统一般须与火灾自动报警系统联动,同时具备电气手动、电气自动、机械应急手动三种启动方式。干粉罐是中压容器,由罐体、安全阀、人孔(装粉口)、进气口及出粉口等组成。 干粉炮是由耐压铜材和不锈钢制成,根据要求自动干粉炮(电动或液动)可在仰角40°俯角60°回转270°范围内工作;手动干粉炮可在仰角70°俯角60°回转360°范围内工作。干粉枪与卷盘连在一起,卷盘中的软管长度可达30-40m。

由于超细干粉灭火剂是细微的粒子,相对普通干粉其动量小了许多,因而在干粉枪和干粉炮的射程方面不如普通干粉灭火系统,经试验表明,超细干粉使用普通干粉炮其最大射程在15~20m,有待企业对干粉炮进行改进来提高射程,在此之前,超细干粉灭火系统的优势应用还是在通过管道输送到灭火场所进行全淹没或局部淹没方式方面,

1、动力瓶组架2、启动氮气瓶3、电磁瓶头阀4、紫铜管

5、动力氮气瓶6、先导阀7、瓶头阀8、高压压力表

9、高压软管10、单向阀11、集气管12、泄压阀

13、不锈钢弯头14、防爆型自动控制箱15、高压球阀16、不锈钢弯头

17、减压器18、钢管活接19、干粉储罐20、清扫口

21、出粉总阀(防爆型电动球阀)22、干粉汇集管23、分区阀(防爆型电动球阀)

24、压力讯号器(分区释放反馈)25、安全阀26、防爆型压力开关

27、不锈钢压力表28、放空球阀

2.1.1贮气瓶型超细干粉灭火系统控制

ZFP贮气瓶型超细干粉灭火系统(与火灾报警系统联动)的启动方式应为电气自动控制、电气手动控制和机械应急启动三种。

a、在保护区无人看守的情况下,可将火灾报警控制器的选择开关置于“自动”位置,超细干粉灭火系统便处于自动探测、自动报警及自动释放(探测到火警并报警后延时30S)灭火剂灭火的状态。

b、当保护区有人看守时,可将火灾报警控制器的选择开关置于“手动”位置。当火灾探测器发出火灾信号时,火灾报警控制器便发出声、光报警信号,而灭火系统不启动。经人员确认火灾,按下设置在防护区门口的紧急启动按钮,灭火系统启动并释放超细干粉灭火剂灭火(或由值班人员将报警控制器上的开关转换到自动位置,超细干粉灭火系统即可自动完成灭火过程)。

C、在火灾报警系统失灵或消防电源断电的情况下,超细干粉灭火系统不能自动启动灭火;此时,现场人员可以机械方式操作,人工启动超细干粉灭火系统。首先拔掉启动瓶电磁阀上的保险卡簧,用力拍下手柄(或依次拔掉动力瓶上的保险插销,直接按下每个动力瓶手柄),当听到动力瓶气体进入粉罐的声音后,观察粉罐上的压力表,当压力上升到1.4Mpa时,快速摇动出粉总阀上的开启手轮,释放灭火剂进入防护区灭火(特别提醒:如系统为组合分配方式时,必须首先确认发生火灾区域的分区阀,并快速摇动分区阀上的手轮开启阀门,然后再按上述机械应急操作全过程启动超细干粉灭火系统)。

D、紧急启动或紧急停止操作:当现场人员发现防护区发生火情后,在火灾报警系统还未报警的情况下,可提前直接启动灭火系统灭火。此时,现场人员击破紧急启停按钮上的防护玻璃,按下启动按钮,超细干粉灭火系统立即按自动灭火程序进行灭火。反之,当现场人员发现防护区并未发生火灾时,而声光报警器发出火警(或发生小型火情,可以人工扑救,不需要启动灭火系统),在延时30S时间内,现场人员击破紧急启停按钮上的防护玻璃,按下停止按钮,可立即停止灭火系统动作程序。
2.1.2超细干粉灭火系统的主要特点

ZFP型超细干粉干粉灭火系统对A、B、C、D四类火灾都可使用,工程设计时,应根据保护对象选用相应的超细干粉干粉灭火剂。其主要特点如下:其内充装的是超细干粉灭火剂,灭火剂无毒、无害,对保护物无腐蚀,对人体皮肤和呼吸道无刺激,灭火迅速,灭火时间短、灭火效率高、对石油产品的灭火效果尤为显著;充装D类超细干粉灭火剂,可保护化工企业三乙基铝储罐及添加装置等,其组合分配的保护方式特别适合化工企业三乙基铝的储罐及装置(如聚丙烯塑料等产品的活化剂),并因绝缘性好,可扑救带电设备的火灾,灭火后对设备污损较小;寒冷地区不需防冻(在北方室外安装使用,必须采用低温钢材制作),且可用于缺水地区;超细干粉灭火剂久贮不变质(一般可达到八年以上)。

2.1.3系统工作原理

超细干粉灭火系统的工作原理是:利用氮气瓶组内的高压氮气经减压阀减压后,使氮气进入干粉罐,其中一部分被送到罐的底部,起到松散干粉灭火剂的作用。随着罐内压力的升高,当干粉罐上的压力表值达1.4MPa时,压力控制器动作打开出粉总阀(或者定压爆破膜片自动爆破),将压力能迅速转化为速度能,高速的气粉流经过管道输送到安装在防护区内的喷嘴中喷出,射向火源,以化学灭火方式切断燃烧链,终止燃烧;扑灭明火后,粉体沉降并覆盖到保护物上,以物理方式防止复燃,起到迅速扑灭或抑制火灾的作用。

2.1.4超细干粉灭火系统组合分配保护

一套超细干粉灭火系统,保护一个防护区或保护对象通常称之为单元独立超细干粉灭火系统;而用一套超细干粉灭火系统,保护两个或两个以上防护区或保护对象的系统称之为组合分配干粉灭火系统,按GB5037-2004标准,一套组合分配超细干粉灭火系统最多只能保护八个防护区或对象,设计时须按其中最大的一个防护区计算灭火剂量,防护区及保护对象超过八个或释放后四十八小时内不能恢复正常工作状态的,须等量备用一套超细干粉灭火系统,并与系统管网串连,能快速与主系统切换使用。

2.2贮压型超细干粉灭火系统

ZFY贮压型超细干粉灭火系统由于驱动气体量、超细干粉灭火剂受到贮存容器容积的限制(超细干粉灭火剂松密度小于普通干粉,体积约为普通干粉的2倍),输送超细干粉灭火剂量一般较少且输送距离较短,主要作单元独立系统使用,不宜用于带有干粉枪和干粉炮的场所。贮压型干粉灭火系统与贮气瓶型干粉灭火系统相比,该系统无驱动装置部分。干粉灭火剂与驱动气体预先混装在贮存容器中,驱动气体一般为CO2、N2等惰性气体。系统的工作压力一般为1.4Mpa,一般也不用于组合分配方式保护。

2.2.1、贮压型超细干粉灭火系统的控制

ZFY贮压型超细干粉灭火系统一般须与火灾报警系统联动,其启动方式为电气自动控制、电气手动控制和机械应急启动三种。

a、在保护区无人看守的情况下,可将火灾报警控制器的选择开关置于“自动”位置,灭火系统便处于自动探测、自动报警及自动释放(探测到火灾并报警后延时30S)灭火剂灭火的状态。

b、当保护区有人看守时,可将火灾报警控制器的选择开关置于“手动”位置。当火灾探测器发出火灾信号时,火灾报警控制器便发出声、光报警信号,而灭火系统不启动。经人员确认火灾,按下手动启动按钮启动灭火系统,释放灭火剂灭火。

C、当现场人员发现火灾后,可直接转动超细干粉灭火系统出粉球阀上的手柄(或转盘)直接开启球阀释放超细干粉灭火剂灭火。

2.2.2热引发方式贮压型超细干粉灭火系统(油罐专用)

ZFY贮压型超细干粉灭火系统的控制方式基本与ZFP贮气瓶型相同,如果不与火灾报警系统联动的情况下(或在无电源区使用),都无法实现自动灭火,武汉绿色消防器材有限公司针对油田野外油罐无电源控制,开发出一种超细干粉灭火系统热引发启动装置专利产品,这种启动装置还具备机械应急启动,将其应用在ZFY贮压型号超细干粉灭火系统上,启动非常可靠,经在江汉油田、河南中州铝厂等油罐上大量使用,效果很好。

1、启动阀2、热启动组件(启动热敏线、释放阀)3、压力表

4、输粉管5、气动球阀6、安全阀7、干粉储罐8、防护柜体

9、探测管10、机械启动手柄11、手动球阀

2.2.3热引发方式贮压型超细干粉灭火系统应用于野外油罐

ABC超细干粉灭火剂对油品类火灾具有极强的灭火效能,一直受到油田的青睐,在野外油罐区无电源控制下的罐内灭火一直是个难题,热引发启动方式是采用快速导火线作为火灾探测及启动控制的热引发器,火灾时能自发启动,且无误动作,
2.3燃气式超细干粉灭火系统

燃气驱动型超细干粉灭火系统其驱动装置是通过燃烧可燃固体药剂产生高压气体来驱动和输送超细干粉灭火剂。该系统的优点是通常状况下系统无压贮存,只有当发生火灾后,燃气驱动器接收到控制盘发出的电源信号引爆电点火头,在干粉罐中产生高压气体,驱动干粉灭火剂从喷嘴等部件中喷放出来。当然,燃气驱动器燃烧固体药剂产生的气体量及气体在干粉贮罐中形成的压力必须通过详细的计算和精确的试验来确定。因此,该系统对干粉贮罐及其配套部件的耐压等级要求比较高,要求产品设计人员在设计产品的过程中必须进行精确的设计计算和试验,否则会存在相当大的安全隐患。

经过多次试验,我们发现,燃气驱动型超细干粉灭火系统存在一些技术上的问题,一是由于燃气驱动型超细干粉灭火系统的驱动气量受到限制,管道输送距离不宜超过三十米,粉罐容积亦不宜超过200L,因而只能作为单元独立系统使用;二是干粉灭火剂剩余率大,可燃固体药剂量是否足够、燃烧是否完全、燃烧时间是否快速,都城会影响灭火剂的剩余率;三是遭雷击会发生误动作,近年九江石化、武汉感化等用户都出现过燃气驱动型干粉灭火系统被雷击而启动;四是可燃固体药剂燃烧时产生的高压气体,同时也是高温气体,高温状态对干粉灭火剂有损伤,磷酸铵盐类灭火剂会因为硅油熔化在罐内结块,并降低了灭火剂的灭火效果。 燃气驱动型超细干粉灭火系统常压贮存,平时几乎免维护,是其优点,但因上述技术问题需要生产企业进行革新,否则,建议慎用这种燃气驱动方式。

三、柜式超细干粉灭火装置

柜式超细干粉灭火装置是一种无管网(或短管网)、轻便可移动的高科技消防设备,该装置适用于全淹没灭火和局部应用灭火。全淹没灭火用于扑救相对封闭空间内的火灾;局部应用灭火用于扑救具体保护对象的火灾。灭火装置置于防护区内靠墙安放,也可连接管道输送至防护区内灭火(有地方标准规定其管道长度不超过25米),可与火灾报警控制系统相联,既可单具使用,又可多具联动使用,组成灭火系统。 柜式超细干粉灭火装置原属于无管网灭火装置的范围,《干粉灭火系统及部件通用技术条件》(GB16668-2010)将其纳入灭火系统,定义为:集干粉贮存容器、驱动组件、干粉喷放组件、和探测控制器件于一体的柜式灭火装置。

3.1柜式超细干粉灭火装置的特点

柜式超细干粉也分贮压型和贮气瓶型,动作原理基本相同,其特点主要体现在以下几点:

1、灭火装置可移动,属于半固定式超细干粉灭火系统范围。

2、灭火装置可安放在防护区内,即可单台使用,也可以多台并联组网,运用灵活。

3、可以将火灾报警部分器件与灭火装置构成一体,安放即用,安装维护方便简单。

4、柜式灭火装置的所有器件均设置在一个柜子里面,因而装置规格一般较小,以目前国内送检情况,均在50kg以下,再大些的规格就难已放入柜子里面。

3.2柜式超细干粉灭火装置应执行的标准

《干粉灭火系统及部件通用技术条件》(GB16668-2010)没有颁布之前,柜式超细干粉灭火装置的产品标准都是采用的企业标准,在设计、施工及验收方面执行的是地方标准或《干粉灭火设计规范》(GB50347-2004),导致设计人员不知所依,现在把柜式超细干粉纳入了系统范围,产品标准应执行GB16668-2010,那么设计施工及验收应该执行GB50347-2004;这样,柜式超细干粉灭火装置从此可以放心投入使用。

四、结束语

我国的超细干粉灭火剂自2001年开始进入市场,经过十年的发展,已经成为灭火产品中的主力,在石油石化、电力能源、钢铁冶金、交通通讯等行业得到广泛应用,全国超细干粉灭火产品生产企业已发展到近百家,但多数企业只停留在一些简单的灭火装置生产方面,而且大都是相互抄袭产品样式,以低价位参与市场竞争,更因为低价效应带来产品粗制乱造现象,少有企业愿意投入资金从事超细干粉新产品的开发,笔者担心超细干粉灭火剂这样好的灭火产品会慢慢退化成为普通干粉产品了,可喜的是国内已经有企业率先开发出了系列超细干粉灭火系统,相信高科技灭火设备能让超细干粉灭火剂在消防减灾中发挥更大的作用,因为超细干粉灭火系统的确能起到别的消防产品不可能替代的作用,它将成为消防行业的一把利器,为国内消防保护提供保障。

参考文献:

[1]董海斌,刘连喜,李姝,盛彦锋.D类干粉灭火系统.[M]北京:消防技术与产品信息2011(5)

[2]GB16668-2010,干粉灭火系统及部件通用技术条件[S]

[3]GB50347-2004,干粉灭火系统设计规范[S]

作者地址:武汉市东湖开发区关南路12号

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