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HLK超细干粉灭火剂———灭火剂研究的最新成果
HLK超细干粉灭火剂
———灭火剂研究的最新成果
 
谢涛
1前言
    二十世纪三十年代, 美国ANSUAL公司首先开发出以碳酸氢钠为基料的干粉灭火剂,发展至今已形成多种产品。ABC类:磷酸铵盐;BC类:碳酸氢钠,碳酸氢钾等;D类:石墨灭火剂等。随着科技的进步,干粉灭火剂生产工艺和应用技术的日趋完善,现在制备的干粉灭火剂,已成地解决了防潮结块等技术难题,通过手提式灭火器、无管网灭火装置、管网灭火系统而得到了广泛的应用。
   干粉灭火剂有优良的灭火速率和效率。干粉地灭火速度是卤代烷的2.5倍,是二氧化碳的4倍,是泡沫的20倍,是水的40倍[1]。干粉灭火剂的灭火机理说明,干粉灭火组分中大粒子仅起载体的作用,小粒子才起灭火的作用。现常用的干粉灭火剂粒径在15μm--75μm之间,因而灭火效能受到限制。当干粉灭火剂粒径小于5μm,甚至是小到纳米级时,灭火效能急剧上升,可以达到常规的几倍甚至是十几倍,其用量也明显的减少,为常规干粉灭火剂用量的十分之几,甚至仅为百分之几[2]。因此,制备超细干粉灭火剂,是灭火剂研究的一个方向。
    超细干粉灭火剂为一种性能良好,应用广泛的新型灭火剂。超细干粉灭火剂目前有以磷酸铵盐为灭火组分的ABC超细干粉灭火剂或以聚合材料为灭火组分的HLK复合型ABC超细干粉灭火剂。该类灭火剂由于90%的粒径≤20µm,比表面积大,在火场反应速度快,因为灭火效率高。普通磷酸铵盐超细干粉灭火剂灭火效能≤0.15kg/m³,HLK复合型超细干粉灭火剂灭火效能≤0.06kg/m³。灭火剂既可全淹没应用灭火,又可局部应用灭火,广泛应用于各种场所扑救A、B、C、E、F类火灾。特种超细干粉灭火剂可用于扑救D类火灾。
2、超细干粉灭火剂组分及制备
     超细干粉灭火剂主要由活性灭火分子、粉碎助剂组分、疏水组分、惰性填料组分等组成。灭火组分是超细干粉灭火剂的核心,其他组分均围绕这个核心,而发挥作用。
2.1灭火组分。目前国内已生产的产品中能够起到灭火作用的物质主要有:磷酸铵盐、碳酸铵盐、氯化钠、氯化钾等。普通干粉灭火剂灭火组分含量在国标中有严格的规定,磷酸二氢铵含量≥75%,碳酸氢钠含量≥82%。超细干粉灭火剂除了有上述物质组分外,还有聚合材料为灭火组分的ABC超细干粉灭火剂,因此有关行业标准未规定灭火组分含量,但严格规定了灭火效能指标≤150g m³。
2.2粉碎助剂。在超细粉体的加工中,加入粉碎助剂组分,可以控制粉碎的极限,延缓粉碎的平衡,提高粉碎的细度。
     微粒的粉碎并非湿一个简单的粗细微粒的过程,而是一个粉碎与团聚的复杂过程。当微粒变小时,颗粒已不再是一个惰性体,而是一个能给供电子和抓取电子的物体,是一个化学活性物质。物料颗粒变小后,比表面积增大,形成表面能。微粒化学活性和表面能促使颗粒间的凝结,从而增大表观粒径,减少比表面积。因此,通过添加粉碎助剂组分,对微粒进行表面物理或化学处理,使粉碎与团聚的两个过程相等,达到粉碎平衡,可获得稳定的单分散的超细粉体。
2.3. 疏水组分。超细粉体由于有很强的吸附性,可以从大气中吸收水蒸气。在超细干粉灭火剂中加入疏水组分,能有效的保持灭火剂的斥水性能,控制超细干粉灭火剂在有效使用期内的吸收水蒸气的量,防止灭火剂结块,保持灭火剂良好的流动性和其它的使用性能。
2.4. 惰性填加组分。 超细干粉中的惰性填加组分主要起如下作用:一、防振实结块;二、提高超细干粉的性能;三、控制超细干粉的松密度。松密度在超细干粉中是一个重要参数,常用的磷酸铵盐干粉灭火剂的松密度在国标上严格规定≥0.8g/ml。本文所论述的HLK超细干粉灭火剂松密度为≤0.40g/ml.
2.5超细干粉灭火剂制备及主要技术参数
     随着现代粉碎技术的新发展,超细粉体的加工已被医药、电子、陶瓷、冶金等领域应用,也为超细干粉灭火剂的制备提供了技术上的支持。超细干粉制备中粉碎方法目前主要有:机械法、物理法、化学法、物理化学法等。化学法粉碎生产成本高,且技术复杂。医药领域使用的脉冲震动粉碎法,可以把粉料加工到亚纳米甚至纳米级,如护肤用的珍珠霜等。但脉冲震动粉碎法产量低,成本高,不适用于灭火剂生产。英国的KIDD公司在储存罐中加入磷酸铵盐、稳定剂、抗结块剂,加压喷射,采用小型喷雾造粉技术,用喷雾干燥器制备出粒径在5μm以下的粉体,加压喷射灭火,经全淹没灭火试验表明:其灭火效能是普通干粉灭火剂的6~10倍,但该方法所需设备和工艺参数要求复杂,生产能耗大,产品成本费用高,因而至今仍未推广使用。
     中国科技人员使用新的材料,应用新发明的合成技术,采用物理化学法,开发制备出平均粒径小于5μm的HLK超细干粉灭火剂。该灭火剂经过国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检验,灭火效能≤0.06kg/m³。灭火剂既可以全淹没灭火,又可局部保护应用灭火,广泛应用于各种场所扑救A、B、C、E、F类及D类火灾。灭火剂对大气臭氧层耗减潜能值(ODP)为零,温室效应潜能值(GWP)为零,无毒无害,对保护物无腐蚀,对人体无刺激。灭火剂充装于移动式灭火装置、固定式灭火装置及管网灭火系统应用,可广泛应用于生产、工作、贮存各种场所消防设施。目前该灭火剂及系列灭火装置已批量上市,表1为该种超细干粉灭火剂的主要技术参数。
表1  HLK超细干粉灭火剂主要技术参数
序号
项目
技术性能
1
粒径(µm)
平均粒径≤5.0,90%粒径≤10.0
2
松密度(g/ml)
0.40±30%
3
含水率(%)
≤0.20
4
吸湿率(%)
≤3.0
5
斥水性
无明显吸水,不结块
6
抗结块性(针入度)(mm)
≥16.0
7
耐低温性(s)
≤5.0
8
电绝缘性(KV)
≥5.0
9
灭B、C类火效能(g/m
≤60.0
10
灭木垛火效能(g/m
≤60.0
11
灭聚丙烯火效能(g/m
≤60.0
12
灭电缆火效能(g/m
≤60.0
13
灭烷基铝火效能(kg/ kg)
5
 
3、HLK超细干粉灭火剂的灭火机理
     现常用的灭火剂按灭火机理可分为两大类:化学灭火和物理灭火。化学灭火采用化学物质与火焰相遇时的化学抑制作用,扑获燃烧自由基,阻断燃烧链式反应,使火焰熄灭,因而灭火速度快、效率高。物理灭火采用窒息灭火,使火得不到具备燃烧的氧而熄灭,因而灭火速度慢、效率低。但物理灭火方式对于熄灭可燃固体的无焰燃烧(阴燃)及防止可燃液体的复燃有独到的效果。
      HLK超细干粉灭火剂通过复合材料,把化学灭火的优势和物理灭火的优势有机结合起来,对有焰燃烧的化学抑作用,对无焰燃烧的窒息作用以及对热辐射的遮隔、冷却作用是这种灭火剂特性的集中体现。
3.1对有焰燃烧的抑制作用。有焰燃烧是一种链式反应过程。燃烧分子在燃烧的高温下或其它形成的能量下被活化,在氧气的存在下产生自由基或是活性团基,并靠这些具有很高能量的自由基传播反应,维持燃烧的进行。OH和H是维持燃烧链式反应的关键自由基,它们具有很高的能量,非常活泼,一旦生成,就立即发生下一步反应,生成更多的自由基,使燃烧过程得以延续,且不断扩大。   HLK超细干粉中的灭火组分是对燃烧的反应的高效抑制物质,当它们进入燃烧区与火焰中的自由基接触时,自由基被瞬时吸附在粉末表面,并发生如下的反应:
            M    (通过喷射形成的粉雾)+OH(自由基)→MOH
                    MOH+H(自由基)→ M+H2O
      上述反应的结果使火焰中的OH和H被消耗的速度大于生产的速度,OH和H很快就耗尽,链式反应历程即被中止,火焰即熄灭。上述作用称为对燃烧的化学抑制作用和负催化作用。
3.2对表面燃烧隔离的熄灭作用
      HLK超细干粉不仅可以扑灭有焰燃烧,而且还可以扑灭一般固定物质的阴燃。超细干粉粉雾与灼烧物质表面接触时,发生一系列的化学反应,反应产生的偏磷酸(HPO3)或聚磷酸铵在固体表面的高温作用下被熔化并形成一个玻璃状覆盖层,并渗透到燃烧表面的孔内。这层玻璃状覆盖层将固体表面与周围空气的氧隔开,使燃烧窒息,对于防止固体燃烧物的复燃,具有类似于水的效能;在扑灭液体火灾时,瞬间熄灭燃烧的火焰,同时以大量超细微粉及粉雾盖于可燃液体表面,对防止可燃液体的复燃,有类似于泡沫的作用。特种超细干粉灭火剂用于扑救三乙基铝、镁等金属火灾时,在燃烧物表面形成的膜,隔离氧气而使燃烧反应停止。
3.3冷却、窒息与对热辐射的遮盖作用。超细干粉灭火剂的基料在火焰的高温下发生一系列的分解反应,分解反应产生的一些不活性体如二氧化碳、水蒸气等,可吸收火焰的部分热量,并对燃烧区的氧浓度稀释,从而起到冷却和窒息作用。
      HLK超细干粉灭火剂由于平均粒径小于5μm,灭火剂在火场分解反应迅速,灭火的活性大大增加使灭火速度加快,灭火效率剧增。由于其粒径小,单位体积中的粒子比表面积大大增加,喷放形成的粉雾(冷气溶胶)与火焰相混合,有效的降低了火焰对燃烧物表面的热敷设,瞬间使火焰的温度降低,使燃烧缓慢。
4、超细干粉灭火剂灭火组分粒径对灭火效能的影响
      HLK超细干粉灭火剂之所以灭火效能高,除其灭火组分属高效灭火物质的特性外,还有一个重要的原因,即灭火组分中的物质粒径要比普通粉剂粒径小得多。
4.1常用干粉灭火剂粒径及灭火效能。常用的干粉灭火剂的粒径在15μm--75μm之间,60%的粒径在40μm左右,定量的粉体中小粒子所占得比例小,所具有的比表面积也相对小。同时,由于每个粒子的质量比较大,受热分解的速度慢,因而其灭火能力受到限制。粒子质量较大,沉降的速度快,弥漫性相对差,用于空间全淹没灭火效果也不理想,显然干粉灭火剂的粒径直接影响其灭火效能。
4.2 HLK超细干粉灭火剂的粒径及灭火效能。
HLK超细干粉灭火剂的平均粒径小于或等于5μm,90%的粒径小于或等于10μm。
     该灭火剂全淹没应用灭火效能实测小于60g/m³。
     众所周知,就化学灭火剂而言,颗粒尺寸与灭火效能之间成反比关系。这是因为由于颗粒的细化,颗粒的表面原子与总原子之比而大幅度增加,所以具有很高的化学活性和比表面积。在灭火过程中,粉末与火焰的接触面就会大大增加,粉末对自由基的吸附能力也会大大提高,故灭火效能急剧提高。由于颗粒质量小,活性大,经加压喷射,可在保护空间形成均匀分布相对稳定的气溶胶,所以不仅灭火效能高,使用方法和范围也不同于一般传统干粉灭火剂。超细干粉灭火剂能类似于卤代烷在封闭的空间全淹没灭火,且灭火效能是卤代烷灭火剂的2-3倍。表2是HLK超细干粉与几种灭火剂的性能比较。
 
 
表2 灭火剂性能参数一览表
名称
项目
HLK超细干粉
高温技术气溶胶
1301卤代烷
FM200七氟丙烷
混合惰性气体
普通ABC干粉
物质状态
微粒粒径
平均<5μm
微粒粒径
平均<1μm
液/气
液/气
气体
粉体
灭火浓度 g/m³
50~60
50~100
200~300
200~620
800~1000
650
 
注:表2资料的出处:
1)《1301灭火系统规范》GB50163—92
2)《1211灭火系统规范》GBZ110--87
3) 西安坚瑞化工有限责任公司《固定式DKL自动灭火装置》
4) 江西三星气龙新材料有限公司《气溶胶自动灭火装置》
5、HLK超细干粉灭火剂的应用
     HLK超细干粉灭火剂不吸潮、不结块,在常态下不变色、不分解,非常方便于运输和贮存。该灭火剂具有良好的流动性、弥散性和电绝缘性,可充装普通使用的灭火器、移动式灭火装置、固定式无管网灭火系统及管网灭火系统,用于开放的场所灭火及封闭的空间全淹没灭火。
HLK超细干粉灭火剂及灭火器、灭火系统适用于扑救A类、B类、C类、E类、F类火灾,如:
1)用于办公室、居住房、档案资料室、生产车间、物资仓库、森林等场所扑救A类表面火灾;
2) 用于油罐、油库、机库、汽车库、燃油锅炉房、加油站、输油泵房、淬火油槽、漆槽等场所扑救B类火灾;
3) 用于液化气站、输气站等场所扑救C类火灾;
4) 用于变配电站、发电机房、电缆隧道、电缆夹层、电缆井等场所扑救E类火灾;
5) 用于厨房、食品加工车间等场所扑救F类火灾。
6) HLK特种超细干粉灭火装置,可用于扑救烷基铝、镁等金属火灾。
      同其它灭火系统一样,HLK超细干粉灭火系统扑救火灾的类型也有局限性。HLK超细干粉灭火系统不适用于扑救的火灾主要指本身含有氧原子的强氧化剂,这些氧原子可供燃烧之用,在具备燃烧的条件下与可燃物结合成新的分子,燃烧突然,反应激烈,超细干粉灭火剂分子不能很快渗入其内部起化学反应,阻止其燃烧。这类物质主要包括硝化纤维、炸药等。
6、HLK超细干粉灭火剂发展前景
   哈龙灭火剂自问世以来,以其优良的性能在世界各地普遍使用。但哈龙也是造成大气臭氧层破坏的罪魁祸首之一。1987年43国签顶定了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利列尔协定书》就是对哈龙灭火剂提出了控制时间表。《中国消耗臭氧层物质淘汰国家方案》规定,从1998年开始国家逐步停止使用哈龙灭火剂及哈龙系列产品,2005年12月31日完全停止哈龙1211灭火剂的生产和使用,2010年完全停止哈龙1301灭火剂的生产和使用。因此,开发能够完全代替哈龙的新型灭火剂已势在必行。综观目前国内外的研究现状,短期内很难找到一种完全替代哈龙的产品。HLK超细干粉以其良好的性能,在众多哈龙替代品中具有很强的竞争优势。
     HLK超细干粉灭火剂只是目前能规模生产一种性能优良的灭火剂。现在全世界范围内掀起了纳米技术研究热潮,新成果不断涌现出来。当灭火剂粒径不是微米而是纳米时,灭火剂在火场中与火焰接触面积成千上万倍的增加,纳米粉末对自由基的吸附,捕捉能力也将成千上万增加,其灭火效能急剧提高。纳米粉体灭火剂所呈现的卓越灭火效能和微小灭火用量将使人们耳目一新,那时超细干粉   灭火剂的研究将推进到一个崭新的时代[3]
参考文献:
1、宋旭东《论干粉灭火系统的应用》消防科学与技术
2、周文英《新型干粉灭火剂研究》消防技术与信息
3、李培春《纳米粉末灭火剂的可行性及应用前景》消防技术与产品信息
 
发表时间:〖2009-12-1〗    浏览次数:〖12571
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