對(duì)七氟丙烷(FM200)氣體滅火藥劑及其熱分解產(chǎn)物的分析

1.       關(guān)于熱分解產(chǎn)物

鹵代烷烴滅火劑的熱分解產(chǎn)物問題，一直是各個(gè)方面比較關(guān)心的問題，在選擇滅火劑時(shí)，由于對(duì)該類滅火劑沒有更加深入的了解以及相關(guān)數(shù)據(jù)的支持，往往使得用戶在選型前乃至使用后都心存疑慮。熱分解產(chǎn)物是如何產(chǎn)生的呢？到底FM-200的熱分解產(chǎn)物的生成量有多少呢？這樣濃度的熱分解產(chǎn)物會(huì)不會(huì)對(duì)設(shè)備、儀器、文物以及資料產(chǎn)生影響甚至傷害呢？

2.1 熱分解產(chǎn)物的生成

2.1.1      A類火災(zāi)與B類火災(zāi)區(qū)別

A類火災(zāi)：指含碳可燃固體火災(zāi)，如木、棉、毛、麻、紙等。
B類火災(zāi)：指甲乙丙類液體火災(zāi)，如汽油、甲醇、乙醚、丙酮等。

1972年．Hekestad建立了火災(zāi)能量釋放與燃燒時(shí)間的關(guān)系

公式1： Q=α* Tn

公式1中：Q是火災(zāi)釋放熱量值(kw)，α是火焰強(qiáng)度系數(shù)(kw/sn)，T是時(shí)間(s)， n=1,2,3，在大量火災(zāi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出的結(jié)論顯示，大部分燃料的n值等于2。圖1中各曲線公式Q=α* Tn中的n=2，圖中的曲線a為A類火，b為B類火，由圖可見，曲線b的斜率大于曲線a的斜率，也就是說B類火的α值（即火焰強(qiáng)度系數(shù)）大于A類火的α值。這表明A類火災(zāi)比B類火災(zāi)的火焰增長速率要緩慢的多，并且由公式1及圖1可知相同時(shí)間的B類火Q值要大于A類火Q值，即B類火災(zāi)具有更高的火災(zāi)熱量釋放能量值。

總的來說，A類火災(zāi)屬于低熱能釋放的火災(zāi)類型，而相對(duì)而言，B類火災(zāi)屬于高熱能釋放的火災(zāi)。

2.1.2      一般氣體滅火保護(hù)區(qū)的火災(zāi)類型

據(jù)各實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)，火焰的大小與火災(zāi)所造成的損失有直接的關(guān)系。大多數(shù)（>90%）的氣體滅火系統(tǒng)是用于A類火災(zāi)保護(hù)區(qū)的，而且?guī)缀跛羞@些裝置所保護(hù)的設(shè)備都是電子、電器設(shè)備及電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備（屬于低負(fù)荷可燃物類型，包括電纜、PC板、電子元件、變壓器、絕緣物質(zhì)和塑料等）。

基于廣泛的試驗(yàn)，這類電器火災(zāi)都表現(xiàn)出釋放能量小的特點(diǎn)，通常少于5至10千瓦(Meacham）（見表1）。

表1.     火災(zāi)大小與損失程度的一般關(guān)系

可接受損失程度
    

火災(zāi)尺寸

重大損失
    

>10kw

較大損失
    

5-10kw

中等損失
    

2-5kw

小損失
    

2kw

2.1.3      滅火劑的滅火機(jī)理

同哈龍1301一樣，F(xiàn)M-200是通過物理、化學(xué)雙重作用來抑制火焰的燃燒。物理作用是指滅火劑在汽化時(shí)從周圍環(huán)境吸收熱能，以及其分子結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵在受熱斷裂時(shí)吸收熱能這兩方面吸熱降溫作用的疊加；化學(xué)作用是指滅火劑受熱分解后產(chǎn)生的不穩(wěn)定粒子團(tuán)不斷的奪取火焰燃燒所必須的用以維持燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的關(guān)鍵粒子的反應(yīng)過程。通過同時(shí)破壞火焰持續(xù)穩(wěn)定燃燒的幾個(gè)必備條件（氧氣、燃料、溫度以及不可抑制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）中的兩個(gè)因素（溫度和不可抑制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)），從而達(dá)到滅火的效果。

2.1.4      鹵代烷烴滅火劑的熱分解產(chǎn)物種類

鹵代烷烴滅火劑的熱分解產(chǎn)物的產(chǎn)生是由于滅火劑受熱分解后，產(chǎn)生鹵族元素與氫離子或其它離子反應(yīng)而生成的化合物—鹵化氫氣體及其它氣態(tài)產(chǎn)物。FM-200在受熱到達(dá)704℃時(shí)，會(huì)有熱分解產(chǎn)物生成。哈龍1301的熱分解產(chǎn)物為氣態(tài)HF、HBr、Br2、和極少量的COF2；FM-200的熱分解產(chǎn)物主要為氣態(tài)HF和極少量的COF2。

2.1.1      熱分解產(chǎn)物的生成量

通常我們用濃度（單位體積的熱分解產(chǎn)物的量）來描述熱分解產(chǎn)物的多少，其單位通常使用ppm（百萬分之單位，可用ml/m3表示）。

     熱分解產(chǎn)物的生成量與火焰的大小有關(guān)

       本文中主要研究的是A類保護(hù)區(qū)的情況，為了更好的描述火災(zāi)釋放能量的大小，引入Hughes Associates Inc試驗(yàn)所得的公式2：                

Qf= 1200 kw/m3 * Vf

公式2中：Qf 是火焰釋放的能量(kw)，Vf 是火焰的體積(m3)，由該式可見，火災(zāi)生成熱量和火焰體積成正比。

美國海關(guān)的試驗(yàn)中用FM-200撲滅1至5.5兆瓦的大火（火災(zāi)釋放能量為典型A類火災(zāi)的100倍）并取得HF生成量的數(shù)據(jù)（除火焰大小外，其它試驗(yàn)條件不變）。應(yīng)該注意的是：1兆瓦的大火不是典型的A類保護(hù)區(qū)火災(zāi)的情況，并且一兆瓦的大火本身的危害將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱分解產(chǎn)物的影響。

該試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：火越大，熱分解產(chǎn)物的生成量就越多，因?yàn)镕M-200在滅火時(shí)，滅火反應(yīng)只發(fā)生在火焰表面；火焰表面的FM-200分子吸熱分解后進(jìn)行阻斷燃燒鏈的反應(yīng)，而保護(hù)區(qū)內(nèi)沒有火焰的地方則沒有熱分解產(chǎn)物生成。換句話說：火越大，火焰表面參與反應(yīng)的FM-200分子就越多，熱分解產(chǎn)物也就越多；另一方面：火越大，熱能釋放量也就越大，火焰表面的分子也就越容易受熱分解從而產(chǎn)生更多的分解產(chǎn)物。

     熱分解產(chǎn)物的生成量與滅火劑噴放時(shí)間的長短有關(guān)

Hughes Associates Inc的試驗(yàn)表明：滅火劑噴放時(shí)間越短（其它條件相同），熱分解產(chǎn)物越少。也就是說滅火劑達(dá)到有效滅火濃度的時(shí)間越短，熱分解產(chǎn)物的生成量就越少（見圖2）。因?yàn)檫@意味著，在相同的時(shí)間內(nèi)如果參加滅火反應(yīng)的FM-200分子數(shù)量越多，火災(zāi)就越容易被撲滅，火災(zāi)釋放的熱能就會(huì)迅速減小，熱分解產(chǎn)物也就越少。

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