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工程系統(tǒng)

氣體及其他滅火系統(tǒng)
氣體滅火系統(tǒng)最早出現(xiàn)于19世紀(jì),美國將高壓二氧化碳用于滅火,20世紀(jì)處,美國開發(fā)成功了鹵代烷滅火系統(tǒng)。氣體滅火系統(tǒng)在世界各國得到廣泛的應(yīng)用。氣體滅火系統(tǒng)一般包括鹵代烷滅火系統(tǒng)、二氧化碳滅火系統(tǒng)、惰性氣體滅火系統(tǒng)、氟化烴滅火系統(tǒng)、混合氣體滅火系統(tǒng)和煙霧滅火系統(tǒng)。

第一節(jié) 基本術(shù)語
1. 全淹沒滅火系統(tǒng)
    在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),向防護(hù)區(qū)噴射一定濃度的氣體滅火劑,并使其均勻地充滿整個(gè)防護(hù)區(qū)的滅火系統(tǒng)。
2. 局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)
   向保護(hù)對(duì)象以設(shè)計(jì)噴射率直接噴射滅火劑,并持續(xù)一定時(shí)間的滅火系統(tǒng)。
3. 防護(hù)區(qū)
   能滿足全淹沒滅火系統(tǒng)應(yīng)用條件,并被其保護(hù)的封閉空間。
4. 組合分配系統(tǒng)
   用一套滅火劑儲(chǔ)存裝置保護(hù)兩個(gè)或兩個(gè)以上防護(hù)區(qū)或保護(hù)對(duì)象的滅火系統(tǒng)。
5. 滅火濃度
    在101kpa大氣壓和規(guī)定的溫度條件下,撲滅某種火災(zāi)所需二氧化碳在空氣與二氧化碳的混合物中的最小體積百分比。
6. 設(shè)計(jì)濃度
    由滅火濃度乘以1.7得到的用于工程設(shè)計(jì)的濃度。
7. 高壓二氧化碳滅火系統(tǒng)
    指在5.7MPa、20℃的條件下儲(chǔ)存,隨著溫度的上升而壓力急劇上升(當(dāng)溫度上升到49℃,壓力達(dá)到15MPa)隨溫度下降,壓力急劇下降(下降到0℃時(shí),壓力在4MPa左右)。充裝率在百分之六十至六十五之間的滅火系統(tǒng)。
8. 低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)
    指在2.0±0.2MPa、-18℃的條件下儲(chǔ)存,裝量系數(shù)在百分之九十至九十五之間的滅火系統(tǒng)。
9. GWP值
    GWP值是指溫室效應(yīng)潛能值,以CO2歷年值為基準(zhǔn)。
10. ALT值
     ALT值是指在大氣中存活壽命,潛在危險(xiǎn)指標(biāo)。
11. ODP值
     ODP值是指臭氧消耗潛能值,以CFC11為基準(zhǔn)。
12. NOAEL值
     NOAEL值是指未觀察到不良反應(yīng)的濃度。
   
第二節(jié) 氣體滅火系統(tǒng)概述
       氣體滅火系統(tǒng)最早出現(xiàn)于19世紀(jì),美國將高壓二氧化碳用于滅火,20世紀(jì)處,美國開發(fā)成功了鹵代烷滅火系統(tǒng)。氣體滅火系統(tǒng)在世界各國得到廣泛的應(yīng)用。氣體滅火系統(tǒng)一般包括鹵代烷滅火系統(tǒng)、二氧化碳滅火系統(tǒng)、惰性氣體滅火系統(tǒng)、氟化烴滅火系統(tǒng)、混合氣體滅火系統(tǒng)和煙霧滅火系統(tǒng)。通常采用冷卻、窒息、隔離、化學(xué)抑制方法中的一種或多種方法撲救不宜用水滅火的場合或設(shè)備的火災(zāi)。


第一章   二氧化碳滅火系統(tǒng)
第一節(jié)  概 述
一、二氧化碳的基本特性
    二氧化碳是無色、無味、絕緣性能好(不會(huì)使電器火災(zāi)中帶電物出現(xiàn)擊穿等現(xiàn)象)的惰性氣體,其性能穩(wěn)定,可長期儲(chǔ)存。不會(huì)與其它氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
1. 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(溫度在25 ℃左右,1個(gè)大氣壓,以氣態(tài)存在):
    密度:1.977 kg / m3,分子量:44,摩爾質(zhì)量:44 g / mol.
2. 在臨界狀態(tài)下(壓縮后的氣態(tài)):
   壓力(Pc):7.4 MPa,溫度(Tc):304.2 K(31.1℃),密度(ρ)463.9 kg/m3.
3. 在三相點(diǎn)(固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)分界點(diǎn)):
   溫度(Tc)為 -56.6℃,壓力(Pc)為 0.52MPa.
4. 從固態(tài)到氣態(tài)的指標(biāo):
   蒸發(fā)潛熱:3.88 Kcal /g mol,比熱:0.2,粘度:170 × 10-6
5. 二氧化碳特性表:(壓力與溫度關(guān)系圖)
   固態(tài)區(qū):溫度在 -56.6℃以下,壓力0.52MPa以下
   液態(tài)區(qū):溫度高于 -56.6℃,壓力高于0.52MPa
   三相點(diǎn):溫度 -56.6℃,壓力為0.52MPa
二、二氧化碳?xì)怏w的滅火機(jī)理
       常溫條件下,CO2的物態(tài)為氣相,它的臨界溫度是31.4℃,臨界壓力為7.4MPa(絕 壓)。固、氣、液三相點(diǎn)為 -56.6℃,該點(diǎn)壓力為0.52MPa(絕對(duì)壓力)。在這個(gè)溫度下,液相不復(fù)存在;在這個(gè)溫度上,固相不復(fù)存在。存于低溫容器中的CO2是以氣、液兩相共存(溫度-18℃,壓力2.17MPa),其壓力隨溫度的升高而增加。
      二氧化碳滅火作用主要在于窒息。滅火中,二氧化碳釋放出來,稀釋空氣中的氧含量,氧含量降低會(huì)使燃燒時(shí)熱產(chǎn)生率減小,而熱產(chǎn)生率減小到熱散失率的程度時(shí),燃燒就會(huì)停止,不同物質(zhì)在不同氧含量下燃燒,熱產(chǎn)生率是不同的,熱散失率卻與燃燒物的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系,所以,降低氧含量所需二氧化碳的滅火濃度,是針對(duì)燃燒對(duì)象通過試驗(yàn)進(jìn)行測試而定。
      其次對(duì)于低壓二氧化碳來說還有冷卻作用。在滅火中,當(dāng)二氧化碳從儲(chǔ)存系統(tǒng)中釋放出來,壓力會(huì)驟然下降使得二氧化碳迅速由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài);又因焓降的關(guān)系,溫度會(huì)急劇下降,當(dāng)其達(dá)-56℃以下,氣相的二氧化碳有一部分會(huì)轉(zhuǎn)變成微細(xì)的固體粒子—干冰。這時(shí)干冰的溫度一般為-78℃。干冰吸取周圍熱量而升華,即能產(chǎn)生冷卻燃燒物的作用,但冷卻效果只相當(dāng)于水的十分之一。

三、二氧化碳滅火系統(tǒng)的適用范圍
A類:固體火災(zāi)
B類:液體火災(zāi)或可融化的固體火災(zāi)
C類:可切斷氣源的氣體火災(zāi)和電器火災(zāi)(占火災(zāi)事故的百分之三十)
二氧化碳滅火系統(tǒng)不得用于撲救下列火災(zāi):
1. 硝化纖維、火藥等含氧化劑的化學(xué)制品火災(zāi)。
2. 鉀、鈉、鎂、鈦、鎬等活潑金屬火災(zāi)。
3 氫化鉀、氫化鈉等金屬氫化物火災(zāi)。

四、二氧化碳滅火系統(tǒng)主要適用場合

      主要用于電子計(jì)算機(jī)房、通訊中心、微波站、圖書館、博物館、檔案館、發(fā)電機(jī)房、軋機(jī)、電子變送器、印刷機(jī)、烤漆線、煙草、印染、紡織、糧食加工成品庫房、棉花庫房等其他庫房應(yīng)用。

五、采用全淹沒系統(tǒng)的防護(hù)區(qū)應(yīng)具備的條件

A:對(duì)不能自動(dòng)關(guān)閉的開口,其面積不應(yīng)大于防護(hù)區(qū)總內(nèi)表面積的3%;且開口不應(yīng)設(shè)在底面。
B:噴放二氧化碳前,應(yīng)有足夠的通道確保防護(hù)區(qū)內(nèi)的人員應(yīng)能在30秒內(nèi)全部撤離完畢。
C:噴放CO2前,防護(hù)區(qū)內(nèi)的通風(fēng)機(jī)和通風(fēng)管道的防火閥應(yīng)能自動(dòng)關(guān)閉,同時(shí)要切斷可燃性、助燃性氣體的氣源。
D:防護(hù)區(qū)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及門窗,吊頂?shù)葢?yīng)有一定的耐火能力。
E:設(shè)計(jì)濃度不小于滅火濃度的1.7倍,并不得低于34%

六、采用局部應(yīng)用CO2滅火系統(tǒng)的保護(hù)對(duì)象應(yīng)具備的條件
A:保護(hù)對(duì)象周圍的風(fēng)速不宜大于3m/S,必要時(shí)應(yīng)采取擋風(fēng)措施。
B:噴頭噴射角內(nèi)不應(yīng)有遮擋物體。
C:當(dāng)防護(hù)對(duì)象為可燃液體時(shí),為避免液體飛濺,液面距容器緣口距離不得小于150mm。
 

第二章   七氟丙烷滅火系統(tǒng)

第一節(jié)   基本概念
1. 七氟丙烷滅火劑
七氟丙烷(HFC-227ca)滅火劑,國外又稱FM200,是一種無色、無味、無毒、不導(dǎo)電的化學(xué)氣體滅火劑,由美國大湖化學(xué)公司研制,于1996年12月經(jīng)天津國家檢測中心檢測通過。
2. 七氟丙烷滅火劑的性能
七氟丙烷分子式是CF3CHFCF3、分子量約為170.03 、沸點(diǎn)-16.36℃、凝固點(diǎn):-131.1℃、蒸汽密度(21℃) 32.2 kg / m3 、液體密度(21℃)1400 kg / m3 、臨界壓力:3.026mpa 、臨界體積:1.61 L / kg 、系統(tǒng)設(shè)計(jì)濃度7%,  惰化濃度:對(duì)甲烷 8%、 對(duì)丙烷 11.6% 、 ODP值為0,ACT值31年~42年  GWP值0.3~0.5。
3. 七氟丙烷滅火劑的貯存
采用鋼瓶液態(tài)貯存,用氮?dú)饧訅褐?.5MPa或4.2MPa ,其貯存鋼瓶有 40L 、70L 、90L 、120 L、150L、180L等,充裝率不大于1150 kg / m3 。
4. 七氟丙烷滅火劑的優(yōu)點(diǎn)
(1)七氟丙烷是新型、高效、低毒的滅火劑。能適應(yīng)經(jīng)常有人工作的防護(hù)區(qū)。
(2)七氟丙烷不含固體粉塵、油漬,是液態(tài)儲(chǔ)存氣態(tài)釋放,噴放后可自然排出或由通風(fēng)系統(tǒng)迅速排除,現(xiàn)場無殘留物。
(3)七氟丙烷具有良好的滅火效率,滅火速度快,效果好,滅火濃度低(8-10%),與哈龍1301的特性極為相似,系統(tǒng)硬件、軟件也極為相似,故七氟丙烷可以很方便地替代哈龍。
5. 七氟丙烷滅火劑的缺點(diǎn)
(1)七氟丙烷在滅火過程中會(huì)分解產(chǎn)生少量的對(duì)人體有害的氣體,主要是氟化氫(HF)。故設(shè)計(jì)時(shí)要求將七氟丙烷的噴放時(shí)間定為≤10S,盡量縮短滅火時(shí)間。
(2)七氟丙烷是靠氮?dú)庠鰤?,?chǔ)存壓力較低,輸送距離較近。對(duì)距離較遠(yuǎn)的保護(hù)區(qū)可能因?yàn)閴毫颠^大而需增加儲(chǔ)瓶。
     
    

第二節(jié) 七氟丙烷滅火機(jī)理及應(yīng)用

1. 七氟丙烷的滅火機(jī)理
七氟丙烷是一種化學(xué)滅火劑, 通過滅火劑的熱分解產(chǎn)生含氟的自由基,與燃燒反應(yīng)過程中產(chǎn)生支鏈反應(yīng)的H+、OH-活性自由基發(fā)生氣相作用,從而抑制燃燒過程中的化學(xué)反應(yīng)來實(shí)施滅火。
2. 七氟丙烷的應(yīng)用范圍
七氟丙烷在應(yīng)用上可分為管網(wǎng)式七氟丙烷滅火系統(tǒng)和柜式七氟丙烷滅火裝置,除可應(yīng)用于經(jīng)常有人工作的場合外,其余與CO2 的應(yīng)用范圍相同。 

第三節(jié)  管網(wǎng)式七氟丙烷滅火系統(tǒng)
1. 系統(tǒng)簡介
通常可以組成單元獨(dú)立系統(tǒng)、組合分配系統(tǒng)兩種形式。單元獨(dú)立系統(tǒng)是由一套滅火劑儲(chǔ)存裝置對(duì)應(yīng)一套管網(wǎng)系統(tǒng),保護(hù)一個(gè)防護(hù)區(qū)所組成的系統(tǒng)形式。組合分配系統(tǒng)是由一套滅火劑儲(chǔ)存裝置對(duì)應(yīng)幾套管網(wǎng)系統(tǒng),保護(hù)兩個(gè)或兩個(gè)以上的防護(hù)區(qū)所組成的系統(tǒng)形式。


第三章  其它滅火系統(tǒng)

第一節(jié) IG541滅火系統(tǒng)
1. IG541簡介
    IG541又叫煙烙盡,是一種無毒、無色、無味、不導(dǎo)電的混合惰性氣體。它的主要成分是:氮?dú)?2%、氬氣40% 、CO28% ,其ODP值為0,ATL和GWP值不計(jì),NOAEL值為43% 。
2.IG541的貯存壓力:
   分為15MPa和20MPa兩種,用專用鋼瓶和專用瓶頭閥以氣態(tài)方式貯存,即是高壓氣體貯存方式。
3.IG541的優(yōu)點(diǎn):
(1)IG541的成分全部來自大氣,既不會(huì)消耗臭氧層物質(zhì),也不會(huì)引起地球的“溫室效應(yīng)” ,又不會(huì)產(chǎn)生長久影響大氣壽命的化學(xué)物質(zhì),故它被稱為潔凈氣體。從環(huán)保角度看,它是最好的滅火劑之一。
(2)541是有效的滅火劑,能適用于封閉空間內(nèi)的A類表面火災(zāi)B類易燃液體火災(zāi)及C類電氣火災(zāi),在一定范圍內(nèi)使用對(duì)人體是無毒、無窒息作用。
(3)滅火時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有毒氣體。故可在有人的場合使用。
4. IG541的缺點(diǎn):
(1)IG541是將混合氣體壓縮至15MPa或20MPa來貯存,由于貯存壓力高,其危險(xiǎn)性也很大,故對(duì)零部件的要求很高。特別是釋放過程中的減壓,由于減壓技術(shù)不過關(guān),國內(nèi)現(xiàn)在幾家檢測中的IG541在檢測時(shí)都發(fā)生意外事故,個(gè)別廠家甚至連續(xù)傷人,造成了嚴(yán)重的后果。而國外光減壓技術(shù)就花費(fèi)幾百萬美元。自然是不會(huì)輕易就將該技術(shù)轉(zhuǎn)到國內(nèi),而國內(nèi)企業(yè)也沒有哪家能夠花這么大筆資金用于該項(xiàng)技術(shù)。在減壓技術(shù)過關(guān)之前,要使用該產(chǎn)品是相當(dāng)危險(xiǎn)的。
(2)由于IG541的滅火效率與CO2差不多,但單位容積所裝的滅火劑就比高壓CO2 約少一半,也就是說,保護(hù)同樣大小的區(qū)域,IG541所用的瓶組數(shù)比高壓 CO2多一倍,而且要求還高得多,故工程造價(jià)約是高壓 CO2滅火系統(tǒng)的一倍多,經(jīng)濟(jì)性太差。
(3)IG541只適用于全淹沒系統(tǒng),不適用于局部應(yīng)用系統(tǒng)。
5. IG541的滅火機(jī)理:
   IG541系純物理滅火方式,是靠釋放后將保護(hù)區(qū)的氧氣濃度降低到12.5%并把CO2 的濃度提高到4%,而氧氣濃度降低到15%以下,大多數(shù)普通可燃物可停止燃燒。
6.IG541的性能:
   IG541的分子量約34.0 ,沸點(diǎn)為-196℃,蒸汽密度為1.1kg / m3 ,蒸汽比熱(25℃)為  0.574kj/kg.℃,最小設(shè)計(jì)濃度為35%,惰化(抑爆)濃度為49%。
7.IG541的工程應(yīng)用情況:
  全世界有1萬多個(gè)工程采用了IG541,我國已逐步開始在一些地區(qū)使用IG541(特別是新疆地區(qū))。 


第二節(jié) 氣溶膠滅火系統(tǒng)

      氣溶膠是指以固體或液體的微粒懸浮于氣體介質(zhì)中的一種物態(tài)。常見的氣溶膠為煙氣、霧等。滅火用的氣溶膠微粒直徑只有約10~100um,能夠像氣體一樣長時(shí)間懸浮在空中而不會(huì)落下來。
1.氣溶膠的滅火機(jī)理:
      氣溶膠滅火劑在使用前呈固體狀態(tài),使用時(shí),感溫,感煙探測器會(huì)自動(dòng)接通點(diǎn)火裝置,點(diǎn)燃?xì)馊苣z藥劑,并很快產(chǎn)生大量煙霧(氣溶膠 ),迅速彌漫整個(gè)防護(hù)區(qū)。氣溶膠產(chǎn)生的固體微粒主要是金屬氧化物及碳酸鹽等,當(dāng)遇到火焰時(shí),會(huì)產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng),這些反應(yīng)都是強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng),可大量吸收燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量,同時(shí),燃燒會(huì)使氣溶膠的金屬離子與燃燒物中的自由基因產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),大量消耗這些活性基因,同時(shí)產(chǎn)生N2、CO2等惰性氣體,從而中斷燃燒鏈,而達(dá)到滅火的目的。
以氣龍-100氣溶膠為例,其主要的組成為:氣溶膠貯存裝置、噴嘴、反應(yīng)室、控制器、煙感探測器、溫感探測器。
2.氣溶膠的優(yōu)點(diǎn):
(1)無毒害,不破壞臭氧層。
(2)貯存方式為常溫常壓固態(tài)貯存,不需安裝管網(wǎng),故其運(yùn)輸、貯存、安裝均很方便。
(3)工程初期投資較小,在小型空間非常適合(一般≤200m3)
3. 氣溶膠的缺點(diǎn):
(1)氣溶膠燃燒時(shí)產(chǎn)生的微粒沉降到被保護(hù)物表面,會(huì)產(chǎn)生一種點(diǎn)狀膠性物質(zhì)黏附在設(shè)備表面,如保護(hù)對(duì)象為貴重精密的電子設(shè)備,容易導(dǎo)致光路堵塞,鼓面,盤面劃破及插接件磨損。
(2)氣溶膠的噴射物和滅火分解產(chǎn)物的主要成分為碳酸鉀、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(duì)鋁、鋅、硅等有強(qiáng)腐蝕作用,大大縮短設(shè)備壽命。
(3)氣溶膠微粒中的金屬鹽類有一定的導(dǎo)電性,容易引電子設(shè)備短路。
(4)氣溶膠滅火劑有效期一般不超過5年,并與保存環(huán)境有關(guān)??傊?,氣溶膠在使用過程中出現(xiàn)了一些問題,公安部以(1997)040號(hào)文,禁止使用第一代固定式全淹沒EBM氣溶膠自動(dòng)滅火裝置。 


第三節(jié)  細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

1. 簡介
    將水在高壓下轉(zhuǎn)化為20~120um細(xì)水霧的滅火系統(tǒng),類似于氣溶膠的滅火原理。它屬于氣體滅火劑的范疇。
2. 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的滅火機(jī)理:
   當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),利用高壓氣體(N2、空氣等)將水霧化成50~120um的細(xì)水霧,當(dāng)細(xì)水霧直接噴射進(jìn)入或被卷進(jìn)火焰區(qū)時(shí),由于表面積相對(duì)較大,吸收熱量快,迅速汽化,大量的水汽降低了防護(hù)區(qū)內(nèi)的氧氣及可燃?xì)怏w的含量,達(dá)到滅火的目的。
3.細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的適用范圍:
   主要是可燃性液體火災(zāi)或部分電器火災(zāi)。主要應(yīng)用場合為變壓器室、油類火災(zāi)、飛機(jī)艙室、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、輪船機(jī)艙、輪船客艙和部分電器設(shè)備
4.細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的發(fā)展前景:
   由于價(jià)格低廉、無環(huán)境污染,其發(fā)展前景看好,特別在石化、交通、電力部門的應(yīng)用也較為廣泛。


第四節(jié)  水噴淋及泡沫滅火系統(tǒng)

1. 水噴淋滅火系統(tǒng)
    是指用水作滅火劑的能自動(dòng)噴灑的滅火系統(tǒng)。它是裝設(shè)量最大、應(yīng)用范圍最廣的滅火系統(tǒng),幾乎在所有重要的建筑中都安裝有水噴淋滅火系統(tǒng)。但不適合油類和電器火災(zāi)。
2.高倍數(shù)、中倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)
   泡沫的體積與生產(chǎn)這些泡沫的泡沫混合液的體積之比稱為發(fā)泡倍數(shù)。高倍數(shù)泡沫是指發(fā)泡倍數(shù)為201-1000倍的泡沫,中倍數(shù)泡沫是指發(fā)泡倍數(shù)為21-200倍的泡沫。低倍數(shù)泡沫是指發(fā)泡倍數(shù)為20倍以下的泡沫,混合比一般為3%或6%。
3.高、中倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)的適用范圍:
適用:
a.汽油、煤油、柴油等B類火災(zāi)。
b.木材、紙張、橡膠、紡織品等深位A類火災(zāi)。
c.封閉的帶電場所的火災(zāi)。
d.控制石油液化氣,液化天然氣的流淌火災(zāi)。
不適用:
a.硝化纖維,炸藥等。
b.鉀、鈉、鎂、鈦等活潑金屬。
c.五氧化二磷等能與水起反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)。
d.未封閉的帶電設(shè)備。