全氟己酮與七氟丙烷滅火劑的滅火性能對(duì)比研究

■ 張斌 公安部四川消防研究所

早在20 世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)的科學(xué)家就已經(jīng)合成出了全氟己酮作為中間體，但并沒(méi)有大規(guī)模的投入生產(chǎn)，直到2001年美國(guó)的3M公司將其作為代替哈龍和氟代烷類的滅火劑后，其商品名為 Novec 1230。在國(guó)內(nèi)目前已有部分廠家在進(jìn)行全氟己酮滅火劑的工業(yè)化生產(chǎn)。

一、國(guó)產(chǎn)全氟己酮的理化性能

首先采用美國(guó)安捷倫公司的6890-5973N氣質(zhì)聯(lián)用儀對(duì)項(xiàng)目合作單位研制的一種國(guó)產(chǎn)全氟己酮滅火劑進(jìn)行成分測(cè)定，參見(jiàn)圖1，氣質(zhì)聯(lián)用儀的條件如下:

6890-5973N，色譜柱為HP-5MS，30m*0.25mm*0.25um非極性柱，初始溫度為40度，以lO℃/min速率升溫到200℃，進(jìn)樣口溫度200℃，以氦氣為載氣，分流比800比1，離子源230℃，四極桿150℃。

圖1 測(cè)試的全氟己酮質(zhì)譜圖

從圖1，我們可以分析出是全氟己酮CF3CF2COCF（CF3）2的組分。按照滅火劑的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，接下來(lái)利用卡爾費(fèi)休水分測(cè)定儀c20測(cè)試該全氟己酮的含水率來(lái)分析。

從表1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，該全氟己酮滅火劑含水率滿足滅火劑的要求。

表1 全氟己酮滅火劑含水率測(cè)定

最后我們使用安捷倫7890B氣相色譜儀測(cè)試該全氟己酮滅火劑的純度。該氣相色譜儀條件如下：色譜柱：Gaspro 30m×0.32mm；氣相色譜規(guī)格型號(hào)：Agilent Tec hnologies 7890B GC System；柱箱：150℃；FID檢測(cè)器：300℃；進(jìn)樣加熱器：200℃；分流比：40:1，分流流量：80ml/min ，具體色譜圖及面積百分比參見(jiàn)和表2。

表2 全氟己酮面積百分比報(bào)告

通過(guò)該色譜圖，可以得出該全氟己酮滅火劑的純度非常高，純度≥99.0%。

二、滅火性能

設(shè)計(jì)滅火用量是保持防護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)滅火所需的量。它是根據(jù)防護(hù)區(qū)處于其最大凈容積（防護(hù)區(qū)的容積減去其中永久性構(gòu)件體積后的容積）和最低環(huán)境溫度條件下，防護(hù)區(qū)內(nèi)可燃物所需的最低設(shè)計(jì)滅火濃度進(jìn)行計(jì)算的。因目前國(guó)內(nèi)主要是七氟丙烷，全氟己酮滅火系統(tǒng)的防護(hù)區(qū)滅火設(shè)計(jì)用量按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB25972-2010《氣體滅火系統(tǒng)及部件》和設(shè)計(jì)規(guī)范GB50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中七氟丙烷的滅火濃度來(lái)設(shè)計(jì)，具體氣體滅火系統(tǒng)裝置圖參見(jiàn)圖2。

圖2 氣體滅火系統(tǒng)裝置圖

（一）計(jì)算滅火劑的用量

a.設(shè)計(jì)參數(shù)

試驗(yàn)室容積：V = 5.22m×5.22m×4.5m = 122.6m3；

七氟丙烷滅火濃度（按“產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)”附錄B），全氟己酮的滅火濃度為4.0%-6.0%，主要是對(duì)比七氟丙烷的滅火性能，因此參照七氟丙烷滅火濃度：

對(duì)A類木垛表面火：滅火濃度C1A = 5.8%；

對(duì)B類正庚烷火：滅火濃度C1B = 6.6% ；

b.計(jì)算滅火劑滅火用量和系統(tǒng)貯存量（按“設(shè)計(jì)規(guī)范”3.3.14）

對(duì)A類木垛表面火的滅火用量：

WA= K（V/S）［C1A/（100 – C1A ）］kg ； （取K = 1）

S = 0.1269 + 0.000513T = 0.1269 + 0.000513×20= 0.1372m3/kg ； （20 ℃ 時(shí)）

C1A = 5.8% ；

WA =（122.6 / 0.1372）［5.8 /（100 – 5.8）］=55kg；

滅A類木垛表面火的貯存量：

貯存容器內(nèi)滅火劑剩余量：ΔW1A ≈ 2kg

管道容積：Vp = 8.36L；

20 ℃ 時(shí)七氟丙烷液體密度為1.407kg/L；

管道內(nèi)滅火劑剩余量：ΔW2A= 8.36×1.407 =11.76kg。

按“設(shè)計(jì)規(guī)范”3.3.14，系統(tǒng)滅火劑貯存量：

WoA = WA +ΔW1A+ΔW2A = 55 + 2 +11.76≈69kg

按“設(shè)計(jì)規(guī)范”3.3.10，對(duì)二級(jí)增壓焊接貯存容器，最大充裝率為：950kg/m3，

按企業(yè)作型式檢驗(yàn)的氣瓶規(guī)格為90L，氣瓶數(shù)量為1只，則有：

容器充裝率為：（69 ÷90）×1000 = 767 kg/m3＜950kg/m3，

容器在20℃ 時(shí)增壓壓力為4.2MPa。

對(duì)B類正庚烷火的滅火用量：

WB = K（V/S）［C1B /（100 – C1B）kg ； （取K = 1）

S = 0.1269 + 0.000513 T = 0.1269 + 0.000513×20= 0.1372m3/kg ； （20 ℃ 時(shí)）

C1B = 6.6% ；

WB =（122.6 / 0.1372）［6.6 /（100 – 6.6）］=63.14kg；

滅B類正庚烷火的貯存量:

貯存容器內(nèi)滅火劑剩余量：ΔW1B ≈5kg；

管道內(nèi)滅火劑剩余量：ΔW2B = 11.76kg。

按“設(shè)計(jì)規(guī)范”3.3.14，系統(tǒng)滅火劑貯存量：

WoB = WB +ΔW1B +ΔW2B = 63.14 + 5 +11.76≈80 kg

按“設(shè)計(jì)規(guī)范”3.3.10，對(duì)二級(jí)增壓焊接貯存容器，最大充裝率為：950 kg/m3，

c.按企業(yè)作型式檢驗(yàn)的氣瓶規(guī)格為90L，氣瓶數(shù)量為1只，則有：

容器充裝率為：（80÷90）×1000 = 889kg/m3＜950 kg/m3，

容器在20 ℃時(shí)增壓壓力為4.2MPa。

參照GB/T 25972-2010《氣體滅火系統(tǒng)及部件》建立氣體滅火系統(tǒng)，瓶組1，2分別充裝80kg（滅B類火）及69 kg（滅A類火）七氟丙烷滅火劑，瓶組3，4分別充裝80kg（滅B類火）及69 kg（滅A類火）全氟己酮滅火劑，均用氮?dú)獬鋲褐?.2MPa。根據(jù)圖2進(jìn)行滅火系統(tǒng)安裝。

試驗(yàn)時(shí)用電氣手動(dòng)啟動(dòng)方式遙控開(kāi)啟滅火劑瓶組，以保證試驗(yàn)人員安全，電氣啟動(dòng)電源為：電壓DC24V，電流2A。瓶組安放在地秤上，以便于在滅火劑噴放過(guò)程中檢測(cè)瓶組內(nèi)滅火劑的變化。

（二）A類木垛火滅火試驗(yàn)

參照GB/T 25972-2010《氣體滅火系統(tǒng)及部件》試驗(yàn)空間的體積為于122.6m3，其長(zhǎng)、寬均為5.22m，高度4.5m。

該木垛由每層六根方木（橫截面為40mm×40mm，長(zhǎng)450mm±50mm）的四層構(gòu)成。木垛層間我們采取直角交錯(cuò)后均勻擺成正方形，然后將其釘成木垛。木材采用含水率9%～13%的松木。該木垛的底部距離地面為600mm。將該木垛放在自制的鋼質(zhì)試驗(yàn)架上，燃燒油盤放在木垛的正下方，油盤為正方形，面積0.25m2±0.02m2，高度100mm，油盤壁6mm。油盤固定在試驗(yàn)空間正中心，底部距地面600rnm。該油盤的上沿距木垛的底部約300mm。

在試驗(yàn)空間的外面，我們將1.6L正庚烷倒入燃燒油盤中，用點(diǎn)火器點(diǎn)燃正庚烷后引燃了木垛，等待木垛燃燒3min及正庚烷耗盡后，木垛繼續(xù)燃燒3min，見(jiàn)圖3。在試驗(yàn)空間外總的預(yù)燃時(shí)間為6min+10S，等待木垛的預(yù)燃時(shí)間結(jié)束后立即將燃燒的木垛移入試驗(yàn)空間中，從移入燃燒木垛到啟動(dòng)我們?cè)O(shè)計(jì)的滅火系統(tǒng)的時(shí)間不超過(guò)15s。同時(shí)立即關(guān)閉試驗(yàn)空間的入口，形成一個(gè)密閉空間，手動(dòng)啟動(dòng)滅火系統(tǒng)滅火。滅火劑噴射結(jié)束后，試驗(yàn)空間維持密封10min浸漬期。等待10min后將木垛移出，觀察是否復(fù)燃，參見(jiàn)圖4。

圖3 點(diǎn)燃木垛火

圖4 滅火后的木垛

對(duì)于A類木垛火，全氟己酮和七氟丙烷滅火系統(tǒng)都在噴射結(jié)束后60s內(nèi)撲滅所有明火，在噴射結(jié)束后10min不復(fù)燃。

（三）B類正庚烷火滅火試驗(yàn)

參照GB/T 25972-2010《氣體滅火系統(tǒng)及部件》，其試驗(yàn)空間的體積為于122.6m3，其長(zhǎng)、寬均為5.22m，高度4.5m。油盤為正方形，面積0.25m2±0.02m2，高度100mm，油盤壁厚6mm。油盤固定在試驗(yàn)空間正中心，底部距地面600rnm。

在燃燒油盤內(nèi)加人12.5L的正庚烷作為燃料，在油盤底部注水，正庚烷的液面距油盤的上沿為50mm，使之處于正常工作狀態(tài)。點(diǎn)燃油盤（見(jiàn)圖5），預(yù)燃30s，關(guān)閉試驗(yàn)空間所有開(kāi)口，手動(dòng)啟動(dòng)滅火系統(tǒng)滅火。圖6為滅火后的油盤。

圖5 點(diǎn)燃正庚烷

圖6 滅火后的油盤

對(duì)于B類正庚烷火，全氟己酮和七氟丙烷滅火系統(tǒng)都在噴射結(jié)束后30s內(nèi)滅火。

（四）全淹沒(méi)噴嘴噴射特性試驗(yàn)

參照GB/T 25972-2010《氣體滅火系統(tǒng)及部件》，其試驗(yàn)空間的體積為于122.6m3，其長(zhǎng)、寬均為5.22m，高度4.5m，濃度分布試驗(yàn)布置示意圖參見(jiàn)圖7。滅火系統(tǒng)應(yīng)符合下列要求:

a.滅火劑瓶組應(yīng)放置在最低工作溫度下16h以上； b.管路布置應(yīng)保證噴嘴處產(chǎn)生最低噴嘴壓力（+20℃～+22℃時(shí)）；c.滅火劑的噴放量按實(shí)際試驗(yàn)空間和+20℃時(shí)最低設(shè)計(jì)濃度的76.92%計(jì)算（參見(jiàn)GB/T 25972-2010《氣體滅火系統(tǒng)及部件》附錄B或附錄C）； d.滅火劑噴放時(shí)間:七氟丙烷滅火系統(tǒng)和全氟己酮滅火系統(tǒng)為8s～10s。燃料為正庚烷。在試驗(yàn)中藥注意布置噴嘴的位置，噴嘴不能直接對(duì)著火源。點(diǎn)燃燃料罐，預(yù)燃30s后，啟動(dòng)滅火系統(tǒng)。

圖7 濃度分布試驗(yàn)布置示意圖

針對(duì)全氟己酮和七氟丙烷滅火系統(tǒng)的全淹沒(méi)噴嘴噴射特性試驗(yàn)，九個(gè)燃料罐在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)熄滅。

三、結(jié)語(yǔ)

全氟己酮滅火劑對(duì)環(huán)境無(wú)害、對(duì)人體安全、作為滅火劑及清洗劑有著的優(yōu)良性能。由于全氟己酮的滅火濃度為4%～6%，安全余量比較高，在使用時(shí)對(duì)人體更安全。另一方而由于全氟己酮常溫下是液體，又不屬于危險(xiǎn)物品，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(nèi)儲(chǔ)存和運(yùn)輸（包括空運(yùn)），而不象其它哈龍?zhí)娲纺菢有枰獕毫θ萜鲀?chǔ)存、運(yùn)輸，但其沸點(diǎn)為48℃，作為滅火劑的用途仍有一定的局限。