替代哈龙的新型气体灭火系统的优缺点比较
替代哈龙的新型气体灭火系统的优缺点比较与应用选择 全国建筑给水排水协会气体消防分会 会员 郑建兵 摘要：本文对替代哈龙的几种新型气体灭火系统(剂)进行讨论，对已经投入使用和正在研制而尚未投入使用的替代哈龙品进行比较、分析，并通过对每种产品的优缺点、性能的分析，提出哈龙替代系统（品）的研究方向和在推广应用过程中的选择。 关键词：替代哈龙 新型气体灭火系统 优缺点比较 应用选择 1、 前言 目前，国内外比较常见的替代哈龙的气体灭火系统（剂）有：高低压二氧化碳灭火系统、七氟丙烷（FM200）灭火系统、SDE惰性气体灭火系统、烟烙烬（Inergen）灭火系统、气溶胶EBM灭火系统（装置）等，正在研制开发的有卤代烷13001（CF3I） 灭火系统即“取代”、（超）细水雾灭火系统等。 最早作为灭火剂的介质是水，人类在最早的应用中发现：水作为灭火剂有其显著的优点，即廉价、可再生使用，对扑救A、B类火灾、局部火灾和炼油区火灾效果明显，但在扑救某些带有厌水基团的可燃物质和水与之润湿性较差的可燃物时，则灭火效果明显降低，人们在研究中发现，当水与上述物质接触时，因水与可燃物的相亲效应差，灭火时在可燃物的表面停留时间短，对降低可燃物温度的冷却作用降低，对其灭火效能产生很大影响。于是人们开始研究能够替代水所无法扑救的可燃物火灾的新型灭火新产品，随之诞生了泡沫灭火剂、干粉灭火剂和卤代烷1211、1301灭火剂 ，这些产品在扑救其适合的可燃物火灾方面都起到了很好的作用。但随着科学技术的进步，和环保意识的增强，一些高精尖精密仪器、仪表、通讯机房（站）、计算机房等场所用这些灭火剂则受到了越来越多的限制。 泡沫灭火剂属于水成沫灭火剂，其本身是一些化学物质的混合浓缩液体，它通过与水的不同比例的混合、稀释后，通够与空气混合而产生泡沫来实施扑救油类火灾。其灭火机理是水的冷却和泡沫的窒息；干粉灭火剂则是借助易于流动的超细固体粉末，通过灭火器或灭火设备给予的动力来实施灭火，适用于全淹没灭火和局部灭火，可扑救A、B、C、D类火灾，干粉灭火剂灭火效率高、速度快，但是，由于干粉灭火剂没有冷却作用，不具备覆盖和防止燃烧蒸发的作用，在扑救火灾后，还是容易引起复燃，同时干粉灭火剂对人、畜具有强烈的窒息作用，对人类的生命产生危害，所以干粉灭火剂的应用场所受到其自身性能的限制。由于卤代烷1211、1301是通过氟、氯等卤族元素取代低级烷烃的烃基而合成的有机化合物，尽管它具有良好的灭火效能和很快的灭火速度、用量低、不导电、不会在储存时变质等优良性能，但它对大气臭氧层有较大的破坏作用，近年来，人类的环境保护意识有了增强，对人类耐以生存的大气层臭氧空洞引起的全球气候的变化有了进一步的研究，对卤代烷1211、1301的限制生产和使用有了全球性的法规文献并签订了蒙特利尔国际公约，西方发达国家已经率先限制卤代烷1211和1301的使用和生产，我国也已加入了蒙特利尔国际公约，并承诺在2010年停止生产和使用卤代烷1211和1301灭火剂和灭火系统。随着各国对国际公约的执行和实施，替代哈龙品的研制成为各国科学家和消防精英企业的热门研究课题，本文就目前已经使用和正在研制尚未推广使用的几种新型灭火剂和灭火系统进行比较和分析，找出各种产品的优缺点，提出哈龙替代品的研制方向和应用选择。 2、 二氧化碳灭火系统及几种新型灭火剂和灭火系统的介绍和比较 21二氧化碳灭火剂和灭火系统 二氧化碳的灭火原理：气体二氧化碳在高压或低温下被液化，喷放时，气体体积急剧膨胀，同时吸收大量的热，可降低灭火现场或保护区内的温度，并通过高浓度的CO2气体稀释被保护空间的氧气含量，达到窒息灭火的效果。 二氧化碳灭火剂及灭火系统的优点：由于二氧化碳容易被液化，所以容易罐装、储存，在制造技术上的难度小，同时其价格较为便宜，灭火时，不污染火场环境，对保护区内的被保护物不产生腐蚀和破坏作用，不仅可以扑救A、B、C类火灾，在高浓度下还能扑救固态深位火灾，所以在扑救水和泡沫灭火剂无法保护的场所，显示了较好的功能。 二氧化碳灭火剂及灭火系统的缺点：因二氧化碳灭火剂扑救火灾时需要34%-75%的灭火浓度，所以，二氧化碳灭火系统必须要使之液化才便于储存、运输。通常采用高压液化储存的高压系统和低温储存的低压系统。高压储存，在实际的应用中，需要的瓶组数多，储瓶间占地面积大，同时压力过高，对储存环境的温度要求比较严格，在夏季，尤其需要注意其因储存环境温度升高而导致的钢瓶爆炸的危险，所以，在设计时，一般要求储瓶间不可被阳光直接照射。另外，二氧化碳高压灭火系统还需要高压氮气驱动方能实现系统的自动启动，系统的附属配件多，一方面投资费用提高，另一方面，由于附属配件多，系统发生故障的机率增加，为维护带来了困难。同时，由于高压储存，年泄漏率达到5%左右，在每年的补压上也存在着相当的困难。应用低压系统则需要将温度降低到-18至-20才能实现液化，所以需要外设制冷设备，造价相对高压钢瓶来说增加，同时，由于低压系统的本身CO2从液态气化的过程中容易形成“干冰”，而干冰又能直接升华成气体，在升华的过程中，气体体积成千上万倍的剧烈膨胀，对输送管道带来严重的破坏，使管道发生冷脆而断裂，对人员和保护区形成伤害和破坏，这在上海大众汽车厂、上海宝山钢铁厂的应用中已得到验证。加之气体在膨胀过程中还能产生静电，有可能引起着火；另外，使用CO2的设计浓度太高，还有可能使未能从防护区安全撤离的人员发生窒息死亡。所以，二氧化碳灭火系统对经常有人停留或工作的场所，不可设计、使用。 近年来，科学家研究发现，国际、国内发生的许多自然灾害，如：洪涝灾害、干旱、雪灾、海啸等均为大气温室效应所致，而二氧化碳的大量应用，无疑是罪魁祸首，近期，引起各国广泛关注的美国宣称退出的京都协定，就是对温室气体排放要求的国际协定。可见，广泛使用二氧化碳灭火系统对保护生态环境极为不利，广泛推广不具备条件，在应用选择上要予以慎重、全面地考虑。 22七氟丙烷（FM200）灭火系统 FM200的基本情况：七氟丙烷HFC227ea的化学分子式为CF3CHFCF3。FM200是一种较为理想的哈龙替代物，对大气的臭氧层没有破坏作用，消耗大气臭氧层的潜能值ODP为零，但有很大的温室效应，其潜能值GWP高达2050。FM200有很好的灭火效果，并被美国环境保护署推荐，得到美国NFPA2001及ISO的认可。 FM200的灭火机理：FM200的灭火机理与卤代烷系列灭火剂的灭火机理相似，属于化学灭火的范畴，通过灭火剂的热分解产生含氟的自由基，与燃烧反应过程中产生支链反应的H+、OH-、O2-活性自由基发生气相作用，从而抑制燃烧过程中化学反应来实施灭火。 FM200灭火系统的优点：FM200具有良好的灭火效率，灭火速度快、效果好，灭火浓度（8-10%）低，基本接近哈龙1301灭火系统的灭火浓度（5-8%）。 FM200灭火系统的缺点：作为哈龙替代物，除了要考虑替代物本身的环保效应，也要考虑替代物自身的急性毒性和灭火时产生的其他物质对保护对象的破坏作用。 1）毒性指标可以用下列几个指标来衡量，即：NOAEL、LOAEL、LC50。 NOAEL：是未观察到不良反应的最高浓度，在此浓度下，动物实验时，被实验动物未出现可以观察到的不良反应。任何灭火剂的设计浓度小于NOAEL时，可以认为适用于有人区域或工作场所。 LOAEL：是可以观察到有害作用的最低浓度，在此浓度下，动物实验时，被实验动物出现可以观察到毒性反应。 表1 FM200与哈龙1301的毒性比较 项 目 名 称 符号代码 杯式燃烧法浓度（%V/V） 设计浓度（%V/V） NOAEL（%V/V） LOAEL（%V/V） 哈龙1301 Halon1301 3.0 5.0 5.0 9.5 FM200 HFC-227ea 5.8 8-10 9.0 10.5 2）大量的实验证明，含氟卤代烷灭火剂在灭火现场的高温下，会产生大量的氟化氢（HF）气体，经与气态水结合，形成氢氟酸（白雾状），氢氟酸是一种腐蚀性很强的酸，对皮肤、皮革、纸张、玻璃、精密仪器有强烈的酸蚀作用。美国海军实验室和美国航天航空局对FM200做了的大量研究，对不同规模和喷放时间的火灾进行了实验，测定出哈龙1301与FM200的灭火时间和灭火时所产生的HF的浓度。以下数据是美国航天航空局用FM200、哈龙1301灭火剂在1.2m3的分隔空间里进行试验的试验结果。（灭火剂的浓度是杯式燃烧法浓度的1.2倍） 实验条件和结果 灭火剂名称 火灾规模 （KW） 喷放时间 （s） 灭火时间 （s） 最大HF含量（ppm） Halon1301 0.8 5.0 11.0 195 Halon1301 1.9 4.8 3.0 161 Halon1301 4.0 5.0 6.5 434 Halon1301 0.8 3.0 2.9 88 Halon1301 1.9 3.3 2.5 161 Halon1301 4.0 2.8 3.2 322 FM200 0.8 8.5 5.8 572 FM200 1.9 7.7 7.0 1001 FM200 4.0 8.7 6.7 2520 FM200 0.8 5.3 3.2 408 FM200 1.9 5.0 3.5 762 FM200 4.0 5.0 4.3 1962 从试验结果分析：FM200灭火系统随着火灾规模和喷放时间的越长，产生的HF浓度越高，对精密仪器和设备的酸蚀作用越强，对人的皮肤腐蚀作用随之增强。同时，因FM200在喷放时产生“白雾”，具有腐蚀性，在气体疏散的过程中具有更大的危害性。 3）FM200自身的设计要求：因FM200的储存压力为2.5Mpa/4.2Mpa,要求喷嘴的工作压力为不小于0.8Mpa,所以在输送距离上受到很大的限制，尤其应用于组合分配系统，则较为困难，在消防实践上不主张使用组合分配系统，特别是当保护区多、输送距离要求长的工程，更要引起注意。 可见，FM200在有人场所、精密仪器场所和远距离输送场所和使用必须加以注意，对高温裂解的产物HF给与重视，以免造成损失。 23 SDE惰性气体灭火系统 SDE的基本情况：SDE气体灭火剂及灭火系统由昆山宁华公司于1991年开始研制，并于1997年研制成功的一种新型气体灭火产品，灭火剂在常温常压下以固体形态储存，工作时经电子气化启动器激活催化剂启动灭火剂，并立即气化，气态组分约为CO2占35%、N2占25%、气态水占39%，雾化金属氧化物占1.2%。因不含F、Cl、Br、I等卤族元素，故对臭氧层破坏指数ODP=0，且温室效应潜能值GWP0.35。是目前国内唯一拥有自主知识产权的一个气体灭火新产品，尚未得到广泛的推广和应用。 SDE灭火剂及灭火系统的优点：SDE灭火剂灭火迅速、在被保护物上不留残留物。毒性指标中，可观察到有害作用的最低浓度LOAEL=17.5(%)，未观察到有害作用的最高浓度NOAEL=15(%),均在SDE有效灭火浓度8-14.16%以上，产品经中国预防医学科学院毒理学家王淑洁教授分析后认为：SDE气体产物特性明显，可以认为“SDE综合气体是低毒的安全的产品。” SDE的电气绝缘性试验：将SDE惰性气体喷入设有电动机、计算机、收音机线路板、配电盘的密闭空间内，设备的工作电压为220V-240V。试验结果为：在喷放SDE气体的过程中，电阻的读数明显下降，但设备仍能正常工作；当将气体通过排烟系统排出后，随着设备变得干燥，电阻值又逐渐恢复正常值。在电视机的高压包没有卸压（20KV）时，重复上述试验，电视机同样能正常工作。 SDE产品灭火机理：是以物理窒息和低温气态水冷却火场温度的物理灭火为主，抑制燃烧反应的化学灭火为辅的物理、化学二种灭火方式相结合，实现全淹没、全方位灭火。 1）灭火原理：在惰性气体发生器内的化学反应式： SDECO2+N2+H2O（）+MO 以CO2、N2、H2O（）物理“窒息”灭火为主方式，为了提高灭火效率，加快灭火速率，让MO起作用 MO+ H2O（）MOH·+OH· MOH·+H·
