清华S型气溶胶灭火系统的特点及应用

近年来，“气溶胶”灭火剂在国内被迅速推广，几乎所有的生产厂家都将之喻为“卤代烷”灭火剂的最佳替代物，并且在国家规范中要求使用清洁灭火剂的场所大力推崇。由于没有相关的国家规范，设计、安装一般都是依照厂标及地方标准进行。其适应场所及应用范围在国内一直都有较多争议，本文就此作一些讨论。

一、概述
    60年代的前苏联曾使用烟雾型灭火剂扑救地下火灾。80年代末，俄罗斯、美国等开始大量研究此类灭火剂，并应用于一些无人机械舱等部位。90年代初，我国研制出了EBM气溶胶灭火剂，并在全国推广。由于第一代气溶胶产品在喷放时有高温和喷焰缺陷，导致了一些重大事故。经过改进后的新一代气溶胶产品，基本解决了以上缺陷，且工程造价低、安装简便，得以广泛应用。
二、系统组成
    气溶胶灭火剂，是由氧化剂、还原剂及粘合物结合成的固体状态含能化学物质，属于烟火型灭火剂。气溶胶灭火系统由气溶胶灭火剂以及相应的贮存和启动装置组成，灭火剂在贮存装置内燃烧反应后直接喷放到防护区，属于无管网灭火系统。气溶胶胶粒具有高分散度、高浓度特点，大部分微粒直径小于1um，可较长时间悬浮在空气中，较易粘附在物体表面。其主要成份有金属盐类、金属氧化物以及水蒸汽、CO2、N2等，碱金属盐（钾盐等）和金属氧化物（K2O等）起主要灭火作用，灭火效率较高。
三、灭火机理
气溶胶的灭火机理主要是化学抑制，也有降温冷却的作用。
1、化学抑制
当燃料（烃类—RH）燃烧时，产生活性游离基H+、O--和OH-，并发生链式反应：
RH + O2 → H+ + 2O-- + R+（可燃物分解，吸热反应）
O-- + H+ → OH-
2OH- → H2O + O--（放热反应）
    最后一步为强烈的放热反应，放热量远大于第一步可燃物分解的吸热量，同时再次分解出游离O--，使得燃烧得以持续。
    在高温燃烧区，气溶胶微粒分解出活性游离基K+，它迅速与H+和OH-发生以下反应：
K+ + OH- → KOH
KOH + H+ → K+ + H2O
    密集的气溶胶微粒提供了较大的表面反应区域，K+不断再生，夺走燃烧链所需的载体OH-和H+，燃烧无法延续。因此，气溶胶的灭火机理是以中断燃烧链为主，与卤代烷的灭火机理基本相同。卤代烷高温下分解出的Br-与上面的K+扮演同样的角色，以1301为例：
              CF3Br → CF3 + Br-（高温下分解）
              Br- + RH → R+ + HBr
              HBr + OH- → H2O + Br-
Br-不断再生，迅速夺走燃烧链载体OH-和H+，使得燃烧迅速终止。
2、吸热降温
    气溶胶的吸热降温作用也不可忽视，以KHCO3为例：
2KHCO3  → K2CO3+CO2+H2O（吸热分解反应）
K2CO3（固相） →  K2CO3（液相） → K2CO3（气相）（吸热相反应）
    卤代烷的灭火机理中也有冷却作用，它主要源于灭火剂由液相转化为气相时的物理吸热反应和高温分解反应。
四、灭火效能
    全淹没的气溶胶灭火系统可以有效地扑灭A、B类火灾和E类电气火灾，对烃类（RH）物质的灭火效果尤其明显，如石油、柴油、天燃气和木材等。以100M3的贮油室为例：在常温常压下，气溶胶灭火剂设计用量为10Kg，而在同样条件下，1301需要35Kg，FM200需要67Kg。因此气溶胶具有较高的灭火效率。
五、应用
我们应该对气溶胶的应用作出客观的分析。
1、喷射物和分解产物对设备的影响。
1）、清洁度。气溶胶微粒不会自动挥发至大气中，且容易粘附在设备表面。由于散热等需要，电子设备内部都必须与室内空气相通，胶体微粒易导致光路堵塞，鼓面、盘面划破以及接插件磨损等。
2）、腐蚀。从上可知，气溶胶喷射物和灭火分解产物的主要成份有碳酸钾、氧化钾和水等，碳酸钾、氧化钾极易吸潮生成强碱氢氧化钾，对铝、锌、硅等有强腐蚀作用，大大缩短设备寿命。有些厂家提议给设备加装防护罩，这是不现实的。笔者认为，一旦灭火或发生误喷后，应马上开启除湿机，保持房间干燥，用除尘器清理干净。对于精密部件，可在厂家的配合下用化学溶液清洗。
3）、导电。气溶胶微粒中的金属盐类和金属氧化物等均有一定的导电性，容易引起电子设备短路。
    电子设备房一般为中心枢纽，火灾或误喷导致系统停顿的间接损失比设备损失大得多。国家规范要求使用清洁灭火剂的目的也在于灭火后设备能迅速投入使用。清洁灭火剂是一种在常温下能迅速蒸发，不留下蒸发残余物，并且非导电、无腐蚀的气体灭火剂，气溶胶显然不属此之列。虽然火灾极少可能发生，但国内已有多起误喷事件，清洁灭火剂误喷后并不造成严重影响。气溶胶误喷后必然导致系统停顿，因此气溶胶应用于这些场所应非常慎重。
2、能见度的影响。
    气溶胶不透明，喷射后防护区内的能见度极低，直接影响人员逃生，因此不宜应用在经常有人场所。
3、气溶胶发热的影响。
    气溶胶在反应喷放时产生大量热量，导致环境温度升高，我国第一代的气溶胶产品还因误喷导致多起火灾事故。目前国外气溶胶产品的喷口温度仍有500℃左右。近年来，国内厂家研制出低温气溶胶，使得大量发热的状况有所改善，但仍会对喷口前1米内的人员或物体造成伤害，同时降低了灭火效率。
4、对人体及环境的影响。
    目前的研究和测试数据尚未发现气溶胶的喷射物和分解产物对人体或环境的严重影响。
5、药剂的有效期限。
    气溶胶灭火剂的有效期限一般为四至六年，并与保存环境有关。
6、防护区面积和体积的划定。
    气溶胶灭火装置与气体灭火的预制灭火装置类似。国家规范规定，气体预制灭火装置的保护面积不宜大于100m2，容积不宜大于300m3，且设置无管网台数不能超过8台。笔者认为气溶胶灭火装置的保护面积也应受到限制，主要原因如下：
1）、为抢救性保护贵重设备，全淹没灭火系统要求灭火剂迅速充满防护区，并确保均匀分布。气溶胶胶体的扩散速度较气体灭火剂要慢得多，且热胶体喷放后存在向上扩散的趋势，不利均匀分布。
2）、灭火装置布置于防护区内，火灾很容易使灭火装置受损，尤其可能烧断启动线路。如果个别装置不能按规定开启，又无法机械应急操作，后果严重。
3）、防护区增大，灭火装置的个数增多，可靠性也就降低。灭火装置的分散布置不便于维护管理，并使误动作的机率增加。
六、应用实例
    工程一：某移动通信公司中心机房，按自然分隔分为四个防护区，每一防护区面积均为280m2，层高3.0米，机房总面积为1120m2，总体积为3360m3。针对本机房状况和储瓶间面积，决定采用气溶胶或七氟丙烷（HFC-227）作为机房消防系统，此二种灭火剂的几项指标对比如下：

    工程二：某单位配电室，面积100m2，层高4.0米，机房总体积为400m3。现将气溶胶或七氟丙烷二种灭火剂的几项指标对比如下：

注：七氟丙烷灭火系统造价除灭火剂外，另有瓶组、管网和报警等多项；气溶胶灭火系统造价按惯例，只须计算药剂和报警两部分。
     通过以上对比可知：在第一个工程中，采用气溶胶是不恰当的；在第二个工程中，气溶胶又有一定的优势。 

七、总结
    气溶胶作为一种新型的灭火剂，有很多优点，对于小空间封闭火灾有很好的灭火效果，例如：
    配电室、变压器室、水泵房等。
    交通运输工具的发动机舱、机器间等。
    油田、油库、采油平台等。
    某些工业封闭空间。
    但气溶胶灭火剂的特点也限制了它的适应场所和范围，不适当的引用可能会给社会带来更大损失。因此应确定正确的推广方向。