熱氣溶膠滅火裝置安全隱患探討

●賈冬梅，李 琰，李 斌，賈 南

(1.河北省消防總隊(duì)，河北石家莊 050035;2.廊坊市消防支隊(duì)，河北廊坊 065000;3.保定市消防支隊(duì)，河北保定 071000;4.武警學(xué)院工程十四隊(duì)，河北廊坊 065000)

隨著“哈龍”替代技術(shù)的發(fā)展，氣溶膠由于其環(huán)保性能良好，滅火效能高，造價(jià)低等特點(diǎn)，廣泛用于工業(yè)場所。但由于熱氣溶膠裝置特有的滅火構(gòu)造，也造成在滅火時(shí)發(fā)生爆燃的情況，擴(kuò)大了火災(zāi)損失。本文通過分析氣溶膠裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理，剖析在滅火時(shí)發(fā)生事故的原因，提出預(yù)防措施。

一、熱氣溶膠滅火裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

(一)滅火裝置結(jié)構(gòu)

目前，很多廠家制造的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)基本相同，由外殼降溫器、氣體發(fā)生器和啟動(dòng)裝置組成。產(chǎn)品組裝順序是:先將啟動(dòng)裝置裝在氣體發(fā)生器里面;其次將發(fā)生器固定在外殼底板上，降溫器直筒固定在氣體發(fā)生器外底座或外殼底板上，再往直筒內(nèi)放入若干由輕質(zhì)碳酸鎂(Mg2CO3)做的圓形降溫球或瓷球，球的上面再放幾塊生鐵，直筒的頂端用一塊孔板固定;這樣就做成一套帶物理和化學(xué)同時(shí)吸熱的降溫氣體發(fā)生器;裝上外殼，一臺(tái)熱氣溶膠滅火裝置就制造好了。

(二)熱氣溶膠裝置滅火原理

氣溶膠滅火劑是近三十年發(fā)展起來的一種新型滅火劑。它由氧化劑(如KNO3、Sr(NO3)2)、還原劑(如木炭粉等)、催化劑和粘合劑(如酚醛樹脂溶液)組成的固體混合物。它的滅火原理是燃燒產(chǎn)生大量的惰性氣體(如CO2、N2)、少量的固體(主要是納米級的金屬氧化物K2O、SrO等，這些固體顆粒的直徑一般小于0.45um)及微量的水蒸氣(H2O):釋放出來的惰性氣體會(huì)稀釋火場中的氧濃度;金屬氧化物比表面積大，覆蓋在燃燒物表面，消耗燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的自由基，切斷燃燒反應(yīng)鏈;水蒸氣有冷卻降溫作用。這三個(gè)因素同時(shí)發(fā)揮作用，達(dá)到滅火的效果。簡單地說，氣溶膠滅火劑是一種可懸浮于空氣中的微納米級“干粉”微粒，是煙火技術(shù)和納米技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶。氣溶膠被點(diǎn)燃和燃燒的過程類似煙火藥。

二、影響氣溶膠滅火劑燃速的因素

熱氣溶膠滅火劑是一種煙火藥，影響其燃燒速度(簡稱燃速)的因素有很多。比如:氧化劑、還原劑和催化劑的選擇及相容性;各種物料粒度大小、含水率及滅火劑制造工藝等。

(一)氧化劑對燃燒速率的影響

根據(jù)GA499.1－2010行標(biāo)規(guī)定，氣溶膠滅火劑型號是以氣溶膠滅火劑電絕緣性、毒性、降塵率、固態(tài)沉降物吸濕性、固態(tài)沉降物絕緣強(qiáng)度、水溶液PH值、固態(tài)沉降物腐蝕性來區(qū)分。意在鼓勵(lì)新技術(shù)的發(fā)展。但是，目前社會(huì)上用的氣溶膠滅火劑主要有兩種型號，即S型和K型。K型滅火劑氧化劑以KNO3為主，其還原劑一般是易燃炭粉;催化劑是合金粉;粘合劑是白砂糖等組成。此滅火劑物料細(xì)且混合均勻，極易燃燒起來，燃燒速度很快，其燃速一般在1.208 ～1.046g·cm2.s－1之間。S 型滅火劑的氧化劑以Sr(NO3)2為主，其還原劑一般是易燃炭粉;加上催化劑和粘合劑等組成。此滅火劑物料粒度細(xì)且混合均勻，易燃燒，其燃速一般在0.116～0.138g·cm2.s－1之間。

(二)滅火劑物料粒度對燃燒速率的影響

滅火劑物料粒度越細(xì)且混合越均勻，氧化劑和還原劑接觸的比表面越大，燃燒反應(yīng)更容易建立起來，所以燃燒速度快。

(三)松密度對燃燒速率的影響

松散的滅火劑燃速比成型滅火劑燃速快。這是因?yàn)樗缮⒌臏缁饎┫∷?，縫隙多，里有很多空氣，氧氣相對較多，燃燒反應(yīng)很容易建立起來且是無序的，所以快。而成型滅火劑縫隙小，空氣較少，氧氣相對少;其燃燒是逐層燃燒，是有序得，所以是平穩(wěn)燃燒。

(四)滅火劑成型密實(shí)度對燃燒速率的影響

在油壓成型，沒有壓緊，出現(xiàn)縱向裂痕時(shí)，一旦啟動(dòng)滅火劑，定會(huì)出現(xiàn)串火現(xiàn)象。燃燒面瞬間增大，形成無序燃燒，導(dǎo)致滅火劑燃燒速度過快。

(五)滅火劑的含水率對燃燒速率的影響

滅火劑的含水率在2%～4%之間，其燃速較快。這里有個(gè)微妙的物理反應(yīng)。滅火劑中的氧化劑和個(gè)別還原劑是易溶于水的物質(zhì)，這樣就有少部分氧化劑和還原劑溶解于水中而形成納米級的顆粒，甚至?xí)霈F(xiàn)氧化劑和還原劑共結(jié)晶現(xiàn)象，局部增加比表面接觸，導(dǎo)致速度快。

三、熱氣溶膠滅火裝置“爆炸”原因分析

熱氣溶膠滅火裝置“爆炸”原因有以下幾個(gè):一是當(dāng)熱氣溶膠滅火劑出現(xiàn)無序燃燒時(shí)，則在很短時(shí)間和一個(gè)狹窄的空間內(nèi)，積聚大量的高溫高壓熱氣溶膠氣體，而瞬間又釋放不出去，可能產(chǎn)生“爆炸”。二是氧化劑以KNO3為主的氣溶膠滅火劑，如工藝控制不當(dāng)，滅火劑燃速過快，產(chǎn)品容易建立起一個(gè)高溫高壓熱氣體而形成“爆炸”。三是從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可以看出，降溫器是氣溶膠熱氣體釋放得唯一通道，它要過于阻塞，也是引起“爆炸”的關(guān)鍵因素之一。

四、熱氣溶膠滅火裝置“爆炸”預(yù)防對策

分析熱氣溶膠滅火裝置“爆炸”的原因，提出如下解決方案:

一是根據(jù)熱氣溶膠滅火裝置產(chǎn)生爆炸的原因。必須從如下幾方面著手:降溫器的通道要暢通;滅火劑個(gè)組份粒度控制在120目左右;粘結(jié)劑采用酚醛樹脂的酒精溶液;滅火劑要經(jīng)過造粒、烘干、油壓成型;滅火劑各種物料含水率控制在1%以下;藥劑的含水率控制在2%以下;氣體發(fā)生器和啟動(dòng)器密封性要好;滅火劑成型后，要認(rèn)真檢驗(yàn)，不能有縱向裂痕，藥劑密度1.526g·cm－3以上。

二是增加熱氣溶膠滅火裝置專用泄壓閥。熱氣溶膠滅火裝置專用泄壓閥是解決爆燃最關(guān)鍵的部件。這種專用泄壓閥是由專業(yè)制造熱氣溶膠滅火裝置的廠家自主研發(fā)生產(chǎn)。其工作原理是:熱氣溶膠滅火裝置釋放過程中，當(dāng)降溫器里的熱氣溶膠氣體壓力超過1 400Pa時(shí)，泄壓閥就自行打開，氣體通過泄壓通道，經(jīng)過備用的降溫器進(jìn)行除塵降溫后，再釋放到防護(hù)區(qū)里。所以，建議今后制造的熱氣溶膠滅火裝置要嚴(yán)格按工藝制作氣體發(fā)生器和降溫器，并安裝泄壓閥，這樣產(chǎn)品就不會(huì)產(chǎn)生“爆炸”現(xiàn)象，也不會(huì)對設(shè)備或人形成二次危害。

三是加強(qiáng)管理。消防監(jiān)督部門加強(qiáng)對熱氣溶膠滅火裝置的監(jiān)督管理，規(guī)范市場秩序，堅(jiān)決杜絕不按國家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的假冒偽劣產(chǎn)品。

［1］馮亞青.助劑化學(xué)及工藝學(xué)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1997.

［2］潘功配，楊碩.煙火學(xué)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1997.

［3］張英華，黃志安.燃燒與爆炸學(xué)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2010.