烷基類金屬火災(zāi)滅火技術(shù)與滅火效能測試

孫一紅，孟慶海

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

烷基類金屬火災(zāi)滅火技術(shù)與滅火效能測試

孫一紅，孟慶海

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京100101)

介紹了烷基類金屬火災(zāi)的特性，闡述了烷基類金屬專用D類干粉滅火劑的滅火機理，以及固定式D類干粉滅火系統(tǒng)的設(shè)置。在固定式D類干粉系統(tǒng)滅火效能測試試驗的基礎(chǔ)上，依據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)對試驗結(jié)果進行了分析與總結(jié)，并對烷基類專用D類干粉滅火系統(tǒng)的發(fā)展提出了建議。

烷基類金屬火災(zāi) 烷基類金屬專用D類干粉滅火劑 固定式D類干粉滅火系統(tǒng) D類干粉系統(tǒng)滅火效能檢測試驗

1 烷基類金屬火災(zāi)滅火技術(shù)

1.1 烷基類金屬特性及消防措施

烷基類金屬主要包括烷基鋁(三乙基鋁、三異丁基鋁等)、鋰的烷基衍生物(正丁基鋰、甲基鋰、苯基鋰)等。在石油化工行業(yè)，烷基類金屬主要應(yīng)用于烯烴裝置的有機合成工藝，如聚丙烯、聚乙烯、橡膠等裝置,均是以三乙基鋁、正丁基鋰等作為有機合成的催化劑，此類裝置需設(shè)有烷基類金屬催化劑的配制系統(tǒng)，包括催化劑儲罐和配送設(shè)備等。由于烷基類金屬化學(xué)性質(zhì)很活潑，在常溫下接觸空氣會發(fā)生自燃，遇水會強烈水解引起爆炸，因此烷基類金屬催化劑的配制系統(tǒng)是石化行業(yè)烷基類金屬火災(zāi)防控的重點部位。按照GB50160-2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定，在烷基類金屬催化劑配制區(qū)應(yīng)采取以下消防措施：①設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)；②設(shè)置局部噴射式D類干粉滅火系統(tǒng)，其控制方式采用手動遙控啟動；③烷基鋁儲罐設(shè)置在有鋼筋混凝土隔墻的獨立半敞開式建筑物內(nèi)，并宜設(shè)置烷基鋁泄漏的收集設(shè)施；④配置干砂、D類干粉滅火器等滅火設(shè)施。

1.2 烷基類金屬專用D類干粉滅火劑技術(shù)參數(shù)、滅火機理

烷基類金屬具有“遇空氣自燃，遇水爆炸”的化學(xué)性質(zhì)，其專用干粉滅火劑具有特殊性，即不僅要具備普通干粉的物理覆蓋作用，還要具有化學(xué)抑制作用，以防止火災(zāi)復(fù)燃達到徹底滅火之效果。在烷基類金屬火災(zāi)干粉滅火劑的研制上，火災(zāi)的易復(fù)燃特性一直是國內(nèi)消防專業(yè)人士攻克的技術(shù)難點。隨著我國工業(yè)發(fā)展和石化企業(yè)對烷基類火災(zāi)的實際防控需求，為了規(guī)范D類干粉滅火劑研發(fā)與檢測，由公安部消防局提出并由公安部天津消防研究所編制了GA979-2012《D類干粉滅火劑》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，于2012年2月1日發(fā)布，2012年3月1日正式實施。目前國內(nèi)一些廠商已經(jīng)研發(fā)成功了烷基類金屬專用D類干粉滅火劑，其中浙江某廠研發(fā)的產(chǎn)品其性能已于2013年7月4日通過了GA979-2012標(biāo)準(zhǔn)，并取得國內(nèi)的首份D類干粉滅火劑型式檢驗合格報告。本文以該廠的烷基類金屬專用D類干粉滅火劑(D-AL(C2H5)3產(chǎn)品為例，介紹其技術(shù)參數(shù)、滅火機理及特點等。

1.2.1烷基類金屬專用D類干粉滅火劑技術(shù)參數(shù)

烷基類金屬專用D類干粉滅火劑的主要成分為氯化鈉，型號為D-AL(C2H5)3烷基類專用干粉滅火劑，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GA979-2012《D類干粉滅火劑》。其主要參數(shù)見表1。

表1 烷基類金屬專用D類干粉滅火劑主要參數(shù)

1.2.2烷基類金屬專用D類干粉滅火機理及特點

a)D-AL(C2H5)3干粉除了具備物理性覆蓋阻隔空氣的性能外，當(dāng)D類干粉滅火劑遇高溫時釋放出大量混合氣體，使燃燒物周邊的空氣稀釋和置換，由于該混合氣體為不可燃和非助燃氣體，并且具有還原作用，能有效地控制燃燒物吸收空氣中水分而產(chǎn)生的氫氣，中斷燃燒的循環(huán)鏈。

b)D-AL(C2H5)3干粉里添加某些特殊成分能高效充分吸收液體三乙基鋁，并與三乙基鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成一種固態(tài)穩(wěn)定的不燃物質(zhì)，從根本上消除燃燒介質(zhì)，防止火災(zāi)復(fù)燃，從而達到徹底滅火目的。

c)D-AL(C2H5)3干粉對設(shè)備損害小，相比其他滅火劑，在撲滅火災(zāi)后，對保護對象的腐蝕性、破壞性更小，電絕緣性更好。

d)D-AL(C2H5)3干粉有效期5年，主要原料為氯化鈉，環(huán)保無污染，具有降解周期短、降解后毒性小、對土地鹽堿化影響小、對人體毒副作用小的特點。干粉在滅火使用后，作為普通固體廢棄物進行處理。

e)D-AL(C2H5)3干粉噴射強度約為40 kg/m2。

1.3 固定式D類干粉滅火系統(tǒng)設(shè)置

固定式D類干粉滅火系統(tǒng)的設(shè)置，我國現(xiàn)在還沒有國家或行業(yè)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，目前D類干粉滅火系統(tǒng)的組件、管網(wǎng)計算、控制與操作等要求是按照GB50347-2004《干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》有關(guān)規(guī)定。D類干粉滅火系統(tǒng)基本組成有干粉罐、氮氣瓶、分區(qū)球閥、系統(tǒng)管網(wǎng)、干粉噴頭、控制柜以及火災(zāi)報警系統(tǒng)等。啟動方式為自動啟動、手動啟動、機械應(yīng)急啟動3種模式。在石化裝置實際操作中按GB50160-2008規(guī)定，通常將其控制方式設(shè)定在手動遙控啟動模式，而不采用自動啟動模式，以防止自動模式的誤動作情況。烷基類金屬專用D類干粉滅火劑的設(shè)計用量，則由于各廠商產(chǎn)品組份不同，按各產(chǎn)品的型式檢測報告的用量數(shù)據(jù)確定。為了規(guī)范和指導(dǎo)烷基類火災(zāi)D類干粉滅火系統(tǒng)的設(shè)計，中國石化集團公司安全衛(wèi)生消防設(shè)計技術(shù)中心站已將《D類干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制納入到了今后工作計劃中。

2 固定式D類干粉系統(tǒng)滅火效能檢測試驗

2015年2月公安部天津消防研究所針對浙江某廠的烷基類金屬專用D類干粉滅火系統(tǒng)進行了“D類干粉系統(tǒng)滅火效能測試試驗”。本次試驗屬委托實驗，是由公安部天津消防研究所的固定滅火系統(tǒng)檢測人員及公安部建筑消防工程技術(shù)重點實驗室科研人員親臨現(xiàn)場測試，并通過本次滅火實驗，采集、測試D類干粉系統(tǒng)滅火時間，滅火過程中火焰溫度、輻射熱等數(shù)據(jù)，對烷基類專用D類干粉滅火劑及固定滅火系統(tǒng)的滅火效能進行評價與分析。

2.1 試驗過程

本次滅火效能測試試驗場地、固定式D類干粉滅火系統(tǒng)以及烷基類金屬專用D類干粉滅火劑(D-AL(C2H5)3均由浙江某廠提供，試驗測試儀表由公安部天津消防研究所提供。

試驗現(xiàn)場是模擬實際化工裝置的三乙基鋁儲存場所的情況設(shè)置，見圖1。該場所為三面有墻一面敞開、有頂?shù)陌氤ㄩ_式房間(2.9 m×3.9 m×6 m)，房間內(nèi)設(shè)置有三乙基鋁泄放設(shè)施、干粉管道、干粉噴頭、火災(zāi)探測器等；房間外設(shè)置D類干粉罐、氮氣瓶、分區(qū)球閥、控制柜以及推車式D類干粉滅火器等。其中干粉噴嘴型號FPZ3/4數(shù)量16個，干粉噴頭安裝高度為距地面2.9 m；三乙基鋁儲存量為100 kg，純度為96%，三乙基鋁泄放噴頭數(shù)量8個，釋放噴頭安裝高度為距地面1.06 m；D類干粉罐(D-AL(C2H5)3儲存量為1 000 kg。

在試驗現(xiàn)場設(shè)置有高清紅外熱像儀、熱流計等測試儀器。其中高清紅外熱像儀采集火焰熱圖像數(shù)據(jù)，設(shè)置在距離三乙基鋁泄放噴頭35 m處；熱流計采集火焰輻射熱流量數(shù)據(jù)，熱流計1設(shè)置在距離三乙基鋁泄放噴頭5 m處，熱流計2設(shè)置在距離三乙基鋁泄放噴頭7 m處。

整個試驗過程模擬實際化工裝置的三乙基鋁儲存發(fā)生泄漏引起火災(zāi)的狀態(tài)：即三乙基鋁泄漏(本試驗通過三乙基鋁泄放噴頭噴射三乙基鋁)遇空氣自燃起火(圖2)，火災(zāi)報警系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號，延時(不大于30 s)火災(zāi)報警控制系統(tǒng)輸出信號，干粉滅火系統(tǒng)開始啟動。此時氮氣瓶頭閥開啟，同時打開相應(yīng)保護區(qū)域的分區(qū)球閥，氮氣瓶釋放出高壓氮氣經(jīng)減壓器減壓進入干粉罐，干粉罐上的壓力表值達到1.0 MPa時，干粉出口定壓爆破膜片打開，氮氣和干粉混合物沿著管網(wǎng)，通過干粉噴頭形成干粉云霧，噴射到火焰(圖3)，在烷基類D類干粉噴出瞬間，火焰瞬時增大，隨著干粉持續(xù)噴射作用下，火焰逐漸熄滅。三乙基鋁泄放自燃起火到火焰完全被熄滅整個試驗過程約1.5 min左右，滅火后攪動未發(fā)生復(fù)燃。

2.2 滅火效能測試試驗數(shù)據(jù)結(jié)果及分析

本次實驗數(shù)據(jù)采集方為公安部天津消防研究所、建筑消防工程技術(shù)公安部重點實驗室。其數(shù)據(jù)及分析只限于本次實驗。以下為本次D類干粉系統(tǒng)滅火效能測試試驗結(jié)果描述及分析。

圖1 烷基鋁儲存試驗現(xiàn)場

圖2 三乙基鋁泄放自燃起火

圖3 D類干粉系統(tǒng)啟動D類干粉噴射

2.2.1高清紅外熱像儀的熱圖像采集結(jié)果

a)三乙基鋁泄漏后15 s內(nèi)熱圖像結(jié)果：三乙基鋁泄漏后遇空氣迅速燃燒，1 s內(nèi)溫度升至1 001.63 ℃，高溫范圍隨著三乙基鋁的流淌移動，3 s內(nèi)達到1 218.23 ℃，持續(xù)燃燒到11 s時達到最高溫度1 276.80 ℃，至15 s仍維持高溫1 148.10 ℃。

b)D類干粉啟動后12 s內(nèi)熱圖像結(jié)果：D類干粉啟動后1 s內(nèi)溫度下降至584.36 ℃，3 s內(nèi)溫度降至356.99 ℃，隨著D類干粉持續(xù)作用，12 s內(nèi)溫度降至321.97 ℃。

2.2.2熱流計輻射熱流量測試結(jié)果

a)熱流計1：從三乙基鋁噴放開始到火焰平熄的平均熱輻射強度為14.9 kW/m2，最大瞬時輻射強度為49.9 kW/m2。

b)熱流計2：從三乙基鋁噴放開始到火焰平熄平均熱輻射強度為6.9 kW/m2，最大瞬時輻射強度為24.7 kW/m2。

2.2.3滅火過程分析

三乙基鋁噴射泄放遇空氣自燃，燃燒69 s后，自動啟動固定式D類干粉滅火系統(tǒng)，在滅火系統(tǒng)啟動瞬間，火焰被干粉覆蓋，火焰燃燒區(qū)域?qū)ν獾妮椛鋸姸缺挥行б种?，噴放的干粉及大量氣流在受限空間內(nèi)對三乙基鋁噴射火焰產(chǎn)生強烈擾動，使得瞬間火焰輻射增強，火焰最高溫度被有效控制在實驗區(qū)域的頂端，隨著干粉的持續(xù)作用，火焰逐漸熄滅，火焰熱輻隨之減弱。

2.2.4啟動方式

固定式D類干粉滅火系統(tǒng)啟動方式為自動、手動和機械應(yīng)急啟動。機械應(yīng)急操作機構(gòu)的操作力為40 N，操作行程8 mm。設(shè)有保險裝置，解脫力為10 N。系統(tǒng)管道設(shè)有吹掃裝置，位于出口釋放閥前。

2.2.5干粉剩余率

干粉剩余率為1.44%。

2.2.6滅火效能

系統(tǒng)有效噴射時間19 s，滅火時間11 s；滅火30 min后攪動未發(fā)生復(fù)燃。

3 結(jié)語

a)烷基類金屬火災(zāi)是一種比較特殊的金屬類火災(zāi)，其撲滅難度主要是復(fù)燃性，此類火災(zāi)應(yīng)設(shè)置D類干粉滅火系統(tǒng)，滅火劑應(yīng)采用烷基類金屬專用D類干粉，滅火劑性能應(yīng)符合國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GA979-2012《D類干粉滅火劑》，即“滅火時間不大于3 min,且噴射結(jié)束后30 min時攪動鋼盤內(nèi)的試樣，不出現(xiàn)復(fù)燃，則認(rèn)為滅三乙基鋁火成功”。

b)固定式D類干粉滅火系統(tǒng)的設(shè)置目前按照GB50347-2004《干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》有關(guān)規(guī)定。

c)本次“D類干粉系統(tǒng)滅火效能測試試驗”屬委托實驗，主要采集和測試烷基類金屬專用D類干粉系統(tǒng)滅火時間，火焰溫度、輻射熱等數(shù)據(jù)，并對其數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析和總結(jié)。為了廣泛采集試驗數(shù)據(jù)，希望今后有更多的烷基類金屬專用滅火劑廠商進行此類的滅火效能測試試驗，以確定和完善不同組份的烷基類金屬專用D類干粉和滅火系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)，為《D類干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制以及烷基類金屬消防工程的設(shè)計提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

d)由于大多數(shù)廠商無法做到既能生產(chǎn)滅火劑，又能進行滅火系統(tǒng)設(shè)備部件的制造，因此建議國內(nèi)廠商應(yīng)統(tǒng)一烷基類金屬專用D類干粉滅火系統(tǒng)設(shè)備部件(如干粉罐、氮氣瓶、分區(qū)球閥、爆破膜片、控制柜等)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，特別建議應(yīng)保持設(shè)備部件品牌的一致性，即廠商供貨的D類干粉滅火系統(tǒng)的各設(shè)備部件應(yīng)與進行檢測合格的D類干粉滅火系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)備部件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及品牌保持一致，使烷基類金屬專用D類干粉滅火系統(tǒng)設(shè)置規(guī)范化和系統(tǒng)化，以確保固定式D類干粉滅火系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量。

Fire-FightingTechnologyandPerformanceTestingofMetalAlkylsFires

Sun Yihong, Meng Qinghai

(SINOPEC Engineering Construction Incorporation, Beijing, 100101)

This paper introduces metal alkyls fires particular characteristics; explains fire-fighting mechanism of special Class D dry-powder fire extinguishing agent for metal alkyls fires, and discusses the configuration of fixed Class D dry-powder fire extinguishing system. The author observed performance testing experiment of special Class D dry-powder fire extinguishing system, analyzed and summarized the testing result based on field collected data, and provided constructive suggestions on development of special Class D dry-powder fire extinguishing system for metal alkyls fires.

metal alkyls fires; special class D dry-powder fire extinguishing agent for metal alkyls fires; fixed class D dry-powder fire extinguishing system; performance testing experiment of class D dry-powder fire extinguishing system

2016-01-11

孫一紅，高級工程師，畢業(yè)于北京建筑工程學(xué)院給排水專業(yè)，長期從事石油化工工程給排水及消防設(shè)計工作。