气溶胶

气溶胶灭火技术一、气溶胶灭火剂气溶胶，是指以空气为分散介质，以固态或液态的微粒为分散质的胶体体系。人工制造的气溶胶其微粒成分和结构较复杂，可以是无机物质，也可以是有机物质．可以是固态或液态，也可是固、液态结合物。（一）气溶胶的定义分散介质为液态，分散质可以是气态、固态或另一种与分散介质互不相溶成溶解度很小的液态物质，此类胶体称为液溶胶；若分散介质为固态物质，分散质可以呈气态、液态或另一种固态物质，此类胶体称为固溶胶；若分散介质为气态物质，分散质只能是液态或固态物质，此类胶体则称为气溶胶。分散质分散介质气态液态固态气态—云、雾烟雾、高空灰尘液态泡沫乳状液（牛奶、乳化原油）金溶胶、墨汁、AgI溶液、SiO2溶胶固态泡沫塑料、沸石、冰淇凌珍珠、水凝胶红宝石、合金、有色玻璃气溶胶产生的方法有多种，从气溶胶形成的原理角度归类，基本上分为两类：1．由分散法形成的气溶胶称之为分散性气溶胶。它是通过机械、爆炸或自然风化作用使固态或液态的物质粉碎，剥蚀成细小颗粒，并分散于气体中而形成的气溶胶。2．由凝集法形成的气溶胶称之为凝集性气溶胶。它是由固体或液体物质的过饱和蒸气在大气中凝集成固态或液态粒子，并分散于大气中所形成的气溶胶。燃烧形成的烟雾是典型的凝集性气溶胶。（二）气溶胶的分类水基气溶胶固基气溶胶为按气溶胶分散质形态分冷气溶胶型气溶胶型气溶胶热气溶胶按气溶胶生成方式分为气溶胶灭火剂SK）普通型（）微型（按产品的装药量分为悬挂式落地式按产品的安装方式分为无管网系统有管网系统按产品结构分为型型分为按药剂中氧化剂的种类热气溶胶灭火产品kgkg11SK1．热气溶胶灭火剂由氧化剂、还原剂（也称可燃剂）、黏合剂、燃速调节剂等物质构成的固体混合药剂，在启动电流或热引发下，经过药剂自身的氧化还原燃烧反应后而生成灭火气溶胶，这种灭火气溶胶就称为热气溶胶灭火剂。一般由以下两部分组成：一种是固体微粒，主要是金属氧化物（MeO）、碳酸盐（MeCO3）及碳酸氢盐（MeHCO3）；另外一种是气体，主要是N2，少量的CO2以及微量的CO、NOx、O2、水蒸气和极少量的碳氢化合物。K型热气溶胶灭火剂是指其发生剂中采用KNO3作主氧化剂，且含量达到质量百分比30％以上；S型热气溶胶灭火剂是指其发生剂中采用了Sr（NO3）2作主氧化剂，同时以KNO3作为辅氧化剂，其中Sr（NO3）2质量百分比为35％~50％，KNO3为10％~20％。冷气溶胶灭火剂是利用机械或高压气流将固体或液体超细灭火微粒分散于气体中而形成的灭火溶胶。普通干粉灭火剂在加入了助磨剂、分散剂、防潮剂、防静电剂和流变剂等助剂后，经过机械超细粉碎、气流粉碎或喷雾干燥造粒等加工方法之后，粒径可降至1~5μm之间，成为超细粉体。这些超细粉体，由压缩气体（N2或CO2）或炸药、发射药等含能材料作为驱动源，以喷射或抛射的方式进入火灾空间形成分散性气溶胶局部保护或全淹没方式进行灭火。2．冷气溶胶灭火剂两种气溶胶灭火剂的比较项目热气溶胶灭火剂冷气溶胶灭火剂组成氧化剂、还原剂、燃烧速度控制剂和胶黏剂等干粉灭火剂、助磨剂、分散剂、防潮剂、防静电剂和流动剂等灭火效率为哈龙灭火剂的2~4倍高于热气溶胶灭火剂扑救火灾类型A类表面火灾、B、C、E类火灾A、B、C类火灾使用性能产生高温，附带二次危害不附带二次危害续存情况易储存小颗粒间的吸附力使其黏结，不易储存气溶胶（EBM）灭火剂与其他灭火剂的性能比较项目EBM气溶胶Halon1301FM200InergenTriodide细水雾CO2成分气溶胶CF3BRrCF3CH2CF3N2、Ar、CO2CF3I雾状水CO2物质状态微粒1μm液/气液/气气液/气液气灭火浓度70~100g/m35~7%(体积分数)7~9%(体积分数)3.57%(体积分数)3.2%(体积分数)—34%(体积分数)灭火机理抑制抑制抑制抑制抑制稀释抑制能见度能见度低良良较高良良良毒性无毒低毒低于1301无毒低于FM200无毒窒息储运保管常压安全带压带压带压带压带压带压安装方式无管网无管网无管网无管网无管网无管网无管网ODP-10000-0GWP-5800205005-1大气停留时间-87~100年31~42年01天-120年工程造价较低较高为1301的2.5~3倍高于FM200高于Inergen低较高（二）气溶胶灭火剂的发展过程始于20世纪60年代。1．第一代气溶胶灭火技术——烟雾灭火技术第一代气溶胶灭火技术诞生于我国，也称烟雾灭火技术，始于20世纪60年代初，是由天津消防研究所的一批科研工作者完成的。他们首次将“以火攻火”的理论应用到现代消防技术中的贮罐类火灾的扑救领域。该技术曾获我国发明三等奖和1987年布鲁塞尔国际发明展览会尤里卡金奖。其结构包括发烟系统、导烟系统、引火系统及附件，属有管网导入式灭火装置，可分为罐内式和罐外式两种，其中应用较广泛的为罐外式。一种油罐外布置的烟雾灭火装置该技术的优点是喷发速度快，灭火时间短，一般扑救过程不超过30s，而且无需水电，在偏远地方的独立贮罐的消防保护上具有无可比拟的优越性，这种技术在国内已得到相当规模的实际应用，并成功的扑灭了几起火灾。2．第二代气溶胶灭火技术——K型气溶胶灭火技术最早始于20世纪60年代中期的前苏联。我国始于20世纪90年代初，第一代产品为北京理工大学研制成功的EBM气溶胶灭火装置。K型气溶胶灭火技术的局限性：（1）释放气体的温度较高（2）对精密仪表有一定的腐蚀其根源是由主氧化剂钾盐造成的，由于其喷发后的固体微粒主要是K2CO3、KHCO3、K2O三种物质，这三种物质均是极易吸湿，或易溶水的物质，并且均与水能生成强碱性溶液。3．第三代气溶胶灭火技术——S型气溶胶灭火技术S型气溶胶灭火技术的核心是在固体灭火气溶胶发生剂配方中采用了以硝酸锶为主氧化剂，硝酸钾为辅氧化剂的新型复合氧化剂。作为一种新型的哈龙替代品，其优点是：•灭火效率高；灭火设备构造简单，无需耐压容器；•灭火装置为模块化组合，可在常温、常压下存放，维护方便；•储存期长（一般为5~10年），成本低廉，性/价比明显优于其他类型的灭火剂；•臭氧消耗值ODP=0，且温室效应值GWP较低。热气溶胶灭火剂的优点①灭火时会出现火焰外喷的现象，药剂燃烧时放出大量的热，使容器外壁热的让人无法接近，而含冷却元件的灭火装置，冷却时消耗了部分活性物质，使灭火效率受到影响。②基于高氯酸盐的热气溶胶可产生氯化钾的气溶胶，这种气溶胶对铝和某些钢具有很大的腐蚀性，K盐的气溶胶产品喷发后产生的固体微粒含有（KO），这种物质很容易吸潮与水反应形成强碱，对仪器设备产生腐蚀和破坏。③热气溶胶灭火剂属于自反应性物质，在存储和运输过程中有可能会产生物理或化学的变化，以至发生自燃或爆炸等危险事故。热气溶胶的局限性冷气溶胶灭火剂的主要优缺点。①冷气溶胶灭火剂的主要优点：气溶胶的扩散没有方向性，无论喷射方向或喷口的位置如何，在很短的时间内能很快扩散到保护空间内，以全淹没方式灭火，并可以绕过障碍物在灭火空间有较长的驻留时间，灭火效率高；毒性和腐蚀性小，对臭氧层无耗损；克服了热气溶胶灭火剂释放时所产生的高温连带反应等缺点，且比它有更高的灭火效率。②冷气溶胶灭火剂的主要缺点：气溶胶的固体颗粒对人的呼吸有刺激性；气溶胶释放后，火场中的能见度降低，影响人员在火场中的逃生（一般不允许在有人的场所使用，必须确保人员撤离保护区域后喷射）；由于颗粒小，表面电荷越多，其分子间的范德华力将大于其本身重力，故气溶胶粒子的超细化，会导致颗粒间的团聚、烧结等问题，所以还需对其严格进行表面包覆处理，且粒子的超细化包覆工艺复杂，制造上存在一定难度，造价高；不洁净，不能用于精密仪器等洁净场所。二、气溶胶灭火剂的灭火机理(1)冷却作用，气溶胶中的固体微粒(主要是金属氧化物)进入燃烧高温区时会进行强烈的分解吸热反应，使着火区的温度迅速下降，以达到降温灭火的作用。(2)气相化学抑制作用，由于气溶胶中的固体微粒受热分解产生的以阳离子“蒸气”为主要形式存在的金属物质，与燃烧物质分解产生的H、OH、O等活性游离基团优先进行瞬间链式反应，从而消耗活性基团，抑制住活性基团之间的放热反应，达到气相化学抑制的目的。(3)固相化学抑制作用，由于溶胶中固体微粒直径极小，具有很大的比表面积和表面积能，因而未被分解和气化的固体微粒在与物质燃烧中产生的活性基团碰撞过程中，会被瞬时吸附，在吸附过程中会反复产生化学反应，消耗掉大量的活性基团，因而起到对燃烧链阻断终止的固相化学抑制作用2.1发生剂气溶胶发生剂是一种烟火药剂为固体复合物，由氧化剂、燃烧剂、添加剂等成份组成，在释放时发生剂在灭火装置的反应室中经过燃烧气化、降温凝聚，迅速形成浓密的气溶胶微粒，看上去是纯白色的烟雾，与军用烟幕剂非常相似。一般是由粉末状物质压制成形或加树脂浇铸成形。应有若干重要的指标，分述如下：1）药剂的理化性能。通过药剂相容性测试可以得出相关的理化性能参数。灭火产品，需要药剂长期稳定，尤其是添加剂部分，不能因时间的延长而衰减，这是保持灭火设备整体性能的关键。2）药剂吸湿率。消防设备的使用周期很长，设置的环境比较复杂。气溶胶发生剂的吸湿率对设备长时间工作过程中的可靠性影响很大，有可能长期在潮湿环境下因药剂受潮而失效。此外，药剂吸湿性在生产环节中对质量的影响也很大。三、气溶胶的产生装置3）药剂密度。气溶胶发生剂能否以稳定的速度燃烧发烟不但与药剂本身的成分有关，而且与药剂的密度关系很大。药剂达到致密时能够形成稳定的顺层燃烧发烟，气体释放均匀稳定。如果药剂的密度较低，甚至为粉末状，则燃烧产物的高温会点燃粉末药剂的孔隙内壁，形成比正常稳定燃烧高出几十倍的对流燃烧现象，可能造成压力越高燃速越快、燃速越快压力越高的失控状态。这在灭火装置释放时会造成相对密闭的保护区内产生尖峰超压，会破坏房屋结构物（如窗户玻璃等），实际应用当中已发生过多次。4）热稳定性和机械感度。该类性能参数与安全性有关。尽管不同品牌的气溶胶发生剂均能发生出相似的灭火气溶胶，但发生剂本身有很大差异。燃点高意味着在物料的加工、运输、贮存和使用过程中更为安全。燃点小于350℃时在原料处理、生产和运输环节有些特殊要求。如涉及使用硝化棉或硝酸胍等敏感物质时（如俄罗斯的MAG），还应有专门的许可。德国产品Dynameco特别声明不含硝化棉，这完全是出于安全考虑。硝化棉是一种单基火药，2.2引发器引发器是决定气溶胶灭火装置可靠性的核心部件。目前引发器普遍采用电爆管为动作元件，该类引发器面临两个方面问题：一是寿命问题，二是抗电磁干扰性问题。电爆管属电火工品，由电点火具和发火装药组成。电点火具的结构是双引线端头焊接一根极细的桥丝，桥丝埋在三硝基间苯二酚铅等发火药中（见图2）。由于桥丝焊接工艺的原因和从保证电动元件的可靠性出发，电爆管的寿命都比较短，一般工程电爆管的寿命只有2～3年，军用电爆管的寿命3～5年。超过寿命年限时电爆管发火的可靠性无法保证。所以，采用电爆管做引发器的气溶胶灭火装置，其有效期不能超过电爆管的寿命。电爆管对电磁干扰比较敏感，最小发火能量一般不大于1毫焦耳，最大安全能量为10－5～10－6焦耳。雷电感应、带电云层感应、射频电、静电、杂散浪涌电流等常常会激发电爆管。当电火工品的引线处于电磁场中时，能起天线作用，并从中接收电磁能量。进入电火工品的射频能量可能在负载(桥丝)上产生热作用，致使电火工品以正常(脚-脚发火)方式意外起爆；也可能在脚壳之间积累高电位，该电压足以在电火工品中引起电压击穿而导致非正常起爆(脚-壳发火)。1987年6月9日美国肯尼迪航天中心的火箭发射场上的三枚小型火箭因雷电而自行点火升空。在国内曾经发生多起因雷电感应导致灭火系统误喷的事例。2.3发生器气溶胶灭火装置是由气溶胶发生剂、引发器、发生器等部分构成。气溶胶发生器一般是由化学反应室、吸热降温材料、绝热材料、喷口和外壳等构成。平时气溶胶发生剂和引发器盛装于化学反应室中，释放时在该区域直接燃烧生成烟雾而喷放