全氟己酮滅火劑的應用及展望

江長楠

(珠海醋酸纖維有限公司,廣東 珠海 519000)

20世紀60年代,全氟化學品的生產在歐美國家得到發(fā)展,全氟己酮作為消防領域的新型滅火劑開始被發(fā)現(xiàn)和研究[1]。隨著各種技術難題逐漸被攻克,如噴灑技術、擴散速度等問題均得到了逐步解決,全氟己酮滅火劑的應用范圍正在不斷擴大,最初只用于生產廠房、機房、電信中心等領域,如今已經廣泛應用于更多領域,例如餐飲、文化娛樂、航空運輸?shù)?。除了應用領域的擴大,全氟己酮滅火劑的應用技術和環(huán)保性能也得到了顯著提升[2]。這些技術和性能的提高,進一步推動了全氟己酮滅火劑在各個領域的應用。經過數(shù)十年的發(fā)展,全氟己酮滅火劑已經成為消防領域中最主要的新型滅火劑之一。未來,隨著技術和性能的不斷提高,全氟己酮滅火劑將繼續(xù)在各個領域得到廣泛的應用和推廣,成為更多場景下的首選滅火劑。

1 全氟己酮滅火系統(tǒng)概況

全氟己酮滅火系統(tǒng)是一種高效的滅火系統(tǒng),它采用全氟己酮作為滅火劑,通過噴灑全氟己酮滅火劑來控制和滅火。全氟己酮可作為哈龍的替代品。它的化學結構與3M公司生產的Novec 1230相同,屬于氟酮族的一種化合物。在常溫常壓下,全氟己酮呈無色無味的液體狀態(tài)。由于其優(yōu)異的性能和環(huán)保特性,全氟己酮在滅火領域得到了廣泛應用。全氟己酮滅火劑的蒸發(fā)熱是水的1/25,這意味著它的汽化熱量比水小很多,因此可以更快地將火源周圍的熱量吸收,并將火源溫度迅速降低[3]。此外,全氟己酮的蒸汽壓是水的25倍,這意味著它更容易汽化成為氣體,從而可以更快地擴散到火源周圍,將火源迅速包圍。全氟己酮滅火劑主要依靠吸熱來達到滅火效果。當全氟己酮噴灑到火源上時,它會迅速汽化成為氣體,并與空氣形成一種氣體混合物,這種混合物比空氣本身更能儲存熱量。因此可以吸收周圍的熱量,從而使火源的溫度迅速降低,達到滅火的效果。

與七氟丙烷滅火系統(tǒng)類似,全氟己酮滅火系統(tǒng)也分為管網滅火系統(tǒng)和預制式滅火系統(tǒng)。管網滅火系統(tǒng)主要由滅火劑瓶、驅動瓶、選擇閥、集流管、控制管、信號反饋裝置、檢漏裝置、管道、噴頭等組成。瓶內存放滅火劑和高壓氮氣。當系統(tǒng)啟動滅火時,瓶蓋閥和選擇閥打開,氣體滅火劑由高壓氣體通過管路驅動,從噴頭射出,迅速汽化,通過吸熱冷卻實現(xiàn)滅火。按保護區(qū)數(shù)量可分為單位獨立系統(tǒng)和組合分布系統(tǒng)。預制式滅火系統(tǒng)是根據(jù)一定的應用條件,如滅火劑儲存裝置、噴灑部件等,進行成套設計組裝而成的具有聯(lián)動控制功能的滅火系統(tǒng)。預制式滅火系統(tǒng)又稱柜式氣體滅火裝置,由滅火劑瓶、管路、噴嘴、信號反饋組件、檢漏組件、驅動組件等組成[4]。

全氟己酮滅火劑可撲滅A、B、C、E級火災,即可滅固體、液體、氣體和電器設備等各種類型的火災。全氟己酮滅火劑對電器設備的滅火效果尤其突出,因為它不會導致電器設備的短路或損壞,也不會對電器設備造成二次污染。這使得全氟己酮滅火劑在電力、通訊、計算機等領域得到廣泛應用。全氟己酮滅火劑具有現(xiàn)有商用哈龍?zhí)娲返男顭崮芰?這意味著它能夠吸收更多的熱量,并在滅火過程中釋放出來,從而保持更長時間滅火效果。

2 全氟己酮滅火劑與七氟丙烷滅火劑的區(qū)別

全氟己酮滅火劑和七氟丙烷滅火劑是兩種不同的滅火劑,它們在化學結構、性能和應用領域等方面都有所不同[5]。

首先,兩者的化學結構有所區(qū)別,全氟己酮滅火劑是全氟碳化合物,而七氟丙烷滅火劑是氟氫化合物。全氟己酮滅火劑的沸點較高,為49.2 ℃,而七氟丙烷滅火劑的沸點為-16.4 ℃。因此,七氟丙烷滅火劑在室溫下易揮發(fā)。全氟己酮滅火劑的蒸氣壓比七氟丙烷滅火劑低得多。全氟己酮滅火劑的蒸氣壓為0.045 MPa(25 ℃),而七氟丙烷滅火劑的蒸氣壓為0.404 MPa(25 ℃)。此外,全氟己酮的降溫效果遠大于七氟丙烷滅火系統(tǒng);全氟己酮常態(tài)為液態(tài)可以在常壓狀態(tài)下安全地使用普通容器在較寬的溫度范圍內儲存和運輸(包括空運),相比之下,七氟丙烷需要壓力容器儲存、運輸。

其次,全氟己酮滅火劑和七氟丙烷滅火劑的滅火機理也不同[6]。全氟己酮滅火劑主要依靠吸熱來達到滅火效果,可以迅速將火源周圍的熱量吸收,從而使火源溫度迅速降低。而七氟丙烷滅火劑則主要是通過化學反應來滅火,它可以與火源中的自由基發(fā)生反應,從而抑制火焰的擴散和燃燒。此外,全氟己酮滅火劑和七氟丙烷滅火劑的設計濃度也有所不同。一般來說,全氟己酮滅火劑的設計濃度比七氟丙烷滅火劑低,這意味著在滅火過程中,需要使用更多的七氟丙烷滅火劑才能達到相同的滅火效果。與此同時,全氟己酮滅火劑的設計濃度一般為4%～6%,比七氟丙烷滅火劑的8%～10%要低得多,這意味著在滅火過程中使用的全氟己酮滅火劑更加節(jié)約和經濟。

此外,全氟己酮滅火劑的無毒性反應(NOAEL)濃度為10%,比七氟丙烷滅火劑的無毒性反應濃度(NOAEL)濃度(9%)更高,這意味著在使用全氟己酮滅火劑時,安全余量比較高,能夠更好地保護人員的安全和健康。高溫環(huán)境下七氟丙烷還會有HF酸等強酸產生,會危害人和設備的安全性。

3 全氟己酮滅火系統(tǒng)的應用

3.1 應用場景

全氟己酮滅火系統(tǒng)是一種廣泛應用于各大高科技產業(yè)領域的滅火系統(tǒng),包括機械制造、航空航天等。此外,在化工、能源等領域,全氟己酮滅火系統(tǒng)也被廣泛使用以確保生產安全。最近,這種滅火系統(tǒng)也開始在公共場所、商業(yè)建筑等場域逐漸普及。在機械制造及航空器材中,由于機房內設備復雜,且大多數(shù)設備都需要長時間運行,火災發(fā)生的概率較高,使用全氟己酮滅火劑可以迅速滅火。在生產制造業(yè)及化工、能源領域,易燃、易爆、易揮發(fā)物質是生產過程中必須面對的問題,全氟己酮滅火劑可以快速滅火且對環(huán)境污染小,因此,它成為工廠消防安全工程中不可缺少的一部分。在房、餐廳等場所,明火和油污堆積導致火災的風險較高,使用全氟己酮滅火劑可以快速有效地滅火,減少火災損失。在文化娛樂場所,如劇院、電影院等文化場所,因為人員密集,消防安全問題備受關注,全氟己酮滅火劑的使用可以為保障人員安全提供有力保障。在地下車庫、軌道交通等場所,由于封閉空間較大,全氟己酮滅火劑可以快速迅速地滅火,減少火災損失。

3.2 國內普及情況

全氟己酮滅火劑在國外已有近20年應用歷史。2001年,美國3M公司推出了Novec 1230的新型潔凈滅火劑,并于同年在美國進入了商業(yè)推廣階段,并獲得了美國UL、FM認證,全氟己酮滅火劑被NFPA 2001版標準收錄為潔凈氣體滅火劑,后來又被編入ISO 14520標準(ISO 14520-5)。

近年來,隨著中國企業(yè)科技水平提升,國內已有多家氟化工企業(yè)獨立開發(fā)出全氟己酮滅火劑產品,打破美國壟斷,出口歐洲、中東、東南亞等地區(qū)。但不同企業(yè)的生產原料、反應路線、生產工藝、產品性能不盡相同,尚無統(tǒng)一的國家、行業(yè)標準,目前各企業(yè)以自行規(guī)定的企業(yè)標準作為指導生產、檢驗和質量控制的依據(jù)。

目前標準制定的工作也有了部分進展。山東省地方標準《全氟己酮滅火系統(tǒng)設計、施工及驗收規(guī)范》DB37T 3642—2019由山東省市場監(jiān)督管理局發(fā)布,于2019年9月6日實施,是國內首個關于全氟己酮滅火系統(tǒng)的標準。該地方標準主要有系統(tǒng)組件、設計要求、管網滅火系統(tǒng)、預制滅火系統(tǒng)、系統(tǒng)施工、系統(tǒng)驗收、維護管理等章節(jié),其中預制滅火系統(tǒng)除了包括柜式滅火裝置,還包括了框架式、探火管式、懸掛式等多種形式,以及自動跟蹤定位系統(tǒng)。

國家市場監(jiān)督管理總局標準技術管理司2020年5月9日下達了《全氟己酮滅火劑》國家標準的制訂計劃,主要起草單位是應急管理部天津消防研究所,該標準非等效采用ISO國際標準ISO 14520-5:2016。該國家標準將規(guī)定全氟己酮滅火劑的通用要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝、標示、充裝、運輸和儲存。

中國工程建設協(xié)會的《2019年第二批協(xié)會標準 制訂、修訂計劃》中,也批準了《預置式全氟己酮滅火裝置》提出立項申請,主要起草單位也是應急管理部天津消防研究所。該團體標準將規(guī)定預置式全氟己酮滅火裝置的分類和標記、性能要求、試驗方法、檢測規(guī)則、包裝運輸和儲存。

4 技術特點

4.1 主要優(yōu)點

1)全氟己酮滅火劑具備優(yōu)異的環(huán)保性能:其臭氧損耗潛能值(ODP)等于0,溫室效應潛能值(GWP)為 1,大氣存留壽命僅有5 d,可用于七氟丙烷的替代滅火劑;

2)全氟己酮滅火劑安全無毒,滅火濃度低,安全余量高,在使用時對人體更安全;

3)常溫下,全氟己酮為液體,在常壓狀態(tài)下,可以在較寬的溫度范圍內儲存和運輸(包括空運)安全地使用普通容器;

4)全氟己酮對氯丁橡膠、丁基橡膠、氟化橡膠、三元乙丙橡膠、硅聚酯等常用的橡塑密封材料如無明顯化學反應,因此在這些密封材料在使用全氟己酮滅火的系統(tǒng)過程中,可以正常工作。對于碳鋼、銅、鋁、不銹鋼等常用的金屬材料不會被腐蝕,不會損害電子部件和線路,也不會造成二次損害;

5)有研究表明:全氟己酮對撲滅鋰離子電池火災的性能優(yōu)于七氟丙烷;

6)通過比較全氟己酮滅火劑的理化性能及滅火性能等重要特性與七氟丙烷滅火劑,結果表明,全氟己酮滅火劑具備滅火效率高、環(huán)境友好的優(yōu)點,具有廣闊的應用前景。

4.2 存在的問題

1)有研究表明[7]:全氟己酮在滅火過程中,高溫裂解時有劇毒氣體全氟異丁烯和毒性氣體一氧化碳產生。全氟己酮滅火系統(tǒng)啟動后,防護區(qū)內不能有人員滯留;

2)全氟己酮極易吸收水分,產生酸性物質,可腐蝕金屬部件及密封件,應在生產、儲存、灌裝階段采取措施嚴格控制滅火劑中的水分;

3)國內全氟己酮滅火劑尚沒有統(tǒng)一的國家或行業(yè)標準,產品國家標準剛剛立項起草,產品標準目前按照ISO標準執(zhí)行,國內僅有少數(shù)企業(yè)能生產該滅火劑;

4)全氟己酮滅火系統(tǒng)應用場景,尚缺全尺度滅火試驗的支撐,也缺少設計標準的支撐。

5 未來展望

隨著全氟己酮滅火劑在各個領域中的廣泛應用,未來它將繼續(xù)發(fā)展并迎來更多機會。其中,未來的發(fā)展趨勢可能包括提高滅火效率、加強環(huán)保性能以及智能化應用等方面。隨著科技的不斷進步,全氟己酮滅火劑的滅火效率將不斷提高。未來可能會推出更加高效的全氟己酮滅火劑,可以更快速、更有效地滅火,減少火災造成的損失。全氟己酮滅火劑的環(huán)保性能將成為未來發(fā)展的重點之一。目前,全氟己酮滅火劑中含有氟化物,會對環(huán)境造成一定的影響。未來可能會推出更加環(huán)保的全氟己酮滅火劑,減少對環(huán)境的污染,更好地保護生態(tài)環(huán)境。此外,隨著物聯(lián)網和人工智能技術的發(fā)展,未來全氟己酮滅火劑也將智能化應用。例如,在機房等場景中,可以通過傳感器和智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)全氟己酮滅火劑的自動檢測和釋放,提高滅火的效率和精準度。此外,全氟己酮滅火劑的智能化應用還可以通過數(shù)據(jù)分析和預測算法,提前預測火災發(fā)生的可能性,及時采取措施,減少火災對生命和財產造成的損失。

總之,全氟己酮滅火劑作為一種高效的化學滅火劑,未來將繼續(xù)在消防領域持續(xù)走俏,具有適用性廣、滅火效果好、無毒無害等優(yōu)點。同時,上述提到的未來發(fā)展趨勢將為全氟己酮滅火劑帶來更多的機遇和挑戰(zhàn),也將為人們的生命財產安全提供更加可靠的保障。此外,全氟己酮滅火劑的未來發(fā)展也需要關注環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的問題,盡可能減少對環(huán)境的影響,更好地保護生態(tài)環(huán)境。