悬挂式脉冲水干粉复合灭火技术及其产品研究

●刘 敏，郑 斌，任希宏，李伟刚

(1．首安工业消防有限公司，北京 101304;2．首钢公司，河北唐山 063200)

(本栏责任编辑、校对 陈 华)

1 研究背景

目前，常用的哈龙替代灭火技术包括细水雾灭火技术、超细干粉灭火技术、惰性气体灭火技术等。其中，细水雾灭火技术依靠排氧窒息、冷却降温等机理扑灭火灾，但其灭火速度相对较慢。超细干粉灭火剂遇火能迅速分解并吸收化学反应中产生的自由基或活性基团，从而起到化学抑制的作用，使燃烧的化学链反应中断，灭火效率高。其缺点是冷却效果差，因此难以控制火灾蔓延、无法防止火灾复燃;此外，细化或者超细化的成品干粉粉末在贮存的过程中容易出现受潮、结块等现象，这将导致其灭火性能极大降低。IG541/CO2/N2等气体灭火剂多为惰性气体，具有对设备无污染、无损害等优点，灭火时主要靠惰性气体稀释氧气后的窒息作用来扑灭火灾。其缺点是灭火性能比较低，且不具备冷却效果，对于火灾复燃无能为力;同时气体灭火系统对防护空间的密封性要求较高，易造成灭火失效。综上，前述的三种灭火技术单独实施时均存在不同程度的缺点和不足。

为克服单相灭火技术存在的问题，近年来多相灭火剂复合灭火技术得到了较大发展，主要包括气水两相、气粉两相灭火技术等，在应用方式则主要以管网式系统为主。另一方面，灭火装置具有构成简单、应用灵活、成本较低的明显优势，但目前的产品均为单相灭火技术，例如悬挂式超细干粉、悬挂式气溶胶、悬挂式脉冲水雾灭火装置等。两相复合灭火装置的相关研究很少见报道。为此，本文提出了一种多相复合灭火装置。除采用多组分复合灭火剂外，与常见的贮压式装置不同，本装置采用脉冲喷射方式工作。这种方式不易发生误动作，且喷射时间短(小于1 s)，喷射速度快，冲击力强，能有效扑救可燃气体、液体喷射式和电气烧爆式等工业恶性火灾。据国外公布的数据，灭火效能是传统连续喷射灭火技术的3～5倍。并通过产品检测和实体火灭火实验对其性能进行了验证。

2 悬挂式脉冲水干粉复合灭火装置

2．1 基本思路

本研究研制完成一种集冷却、窒息、隔离和化学抑制为一体、结构简单、安装使用方便且安全可靠的悬挂式脉冲水干粉复合灭火装置，可克服各种灭火技术单独应用的不足，充分发挥各种灭火介质的优势，形成三相复合灭火剂共同参与灭火。所形成的复合灭火剂集细水雾、超细干粉和引发器产生的惰性气体灭火剂于一体，三种灭火剂互不相溶，各自发挥自己的作用。其中，惰性气体能排开火焰附近的氧气;细水雾汽化时能吸收大量的热量同时稀释氧气，从而可高效冷却火源并降低烟气浓度;干粉灭火剂则参与化学反应，以吸收反应过程中产生的自由基或活性基团，从而切断燃烧的化学反应链。因此，本装置可高效扑灭可燃液体、气体、固体和电气等各类火灾，尤其是可燃液体、气体喷射式和电气烧爆式等恶性火灾，并能有效抑制爆燃爆炸的发生，防止火灾复燃。

2．2 产品构成

如图1所示，悬挂式脉冲水干粉复合灭火装置由壳体、引发器、安装底座、灭火剂密封袋、水干粉复合灭火剂、封口膜、封口圈以及与其配套的联动组件、启动显示盘和消防电源等构成。其中，壳体形状可为圆台形、圆柱形或碗型中的任意一种，封口膜材质为铝膜;干粉灭火剂采用ABC干粉灭火剂，纯净水和干粉灭火剂用塑料薄膜单独封装或混合后封装，如需在5℃以下环境使用，则可在水中添加防冻剂;引发器可采用汽车安全气囊等设备中使用的同类产品。本产品启动方式包括热敏线自动启动、电控启动、热敏线—电控双启动三种，可根据具体应用需要选用。装置既可单具使用，也可多具联动应用，组成无管网灭火系统，扑救较大保护空间或保护面积的火灾。

图1 装置结构示意图

2．3 工作原理

火灾发生时，装置能迅速感应火场温度，通过热引发或电引发方式启动引发器，引发器内部的产气剂将被触发并立即发生化学反应，瞬间产生大量的高压惰性气体，高压惰性气体将高速穿过水干粉复合灭火剂，从而将水和干粉超细化为细水雾和超细干粉，随着壳体内部压力迅速增大，细水雾和超细干粉复合灭火剂在气体压力推动下一同冲破封口膜，从同一个喷口呈脉冲式向外高速喷出并覆盖在火源上，形成三相灭火剂而共同参与灭火。本装置将冷却、窒息、高速冲击、化学抑制等多种灭火机理有机地结合起来，具有高效冷却、排氧窒息、化学抑制、高速多相流冲击、阻隔辐射热等功能，灭火效率高，且能有效防止复燃。经验证，干粉与水直接混合接触贮存的方式，还有效解决了干粉单独存放易受潮结块的问题。通常，干粉存放时易受潮并在表面形成液膜，液膜随稀释不断加厚，相邻液膜将相互连通;而液膜蒸发后相邻干粉粒子会搭桥连接起来，从而发生结块现象，严重影响灭火效果。而本产品将干粉与水直接混合，干粉颗粒比较均匀地分散在水中，有效避免了上述问题的产生。灭火时，干粉可被水携带发送到比较远的射程;在射程的后期后段，密度比较小的干粉可以从水中分离出来，形成冷气溶胶状态，从而极大提高扑灭火灾的能力，同时具有惰化性能，防止爆燃爆轰。

2．4 技术指标

经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心进行委托检验，悬挂式脉冲水干粉复合灭火装置的性能指标符合《干粉灭火装置》行业标准中对非储压式灭火装置的各项技术要求。通过反复试验证明，水干粉复合灭火剂中干粉占总重量的百分比为6%～10%时比较合理。在此配比下，既能有足够的干粉参与有效扑灭火灾，灭火后又无明显的干粉残留，对设备如电路板、芯片等的二次损坏也降到最低。其他部分技术指标:灭火喷射强度＜1 kg·(s·m)-2;有效喷射时间＜1 s;喷射剩余率=0;灭火时间 ＜1 s。

3 实体火灭火试验

为验证悬挂式脉冲水干粉复合灭火装置的灭火性能，开展了多种火灾试验进行验证。此处以电气柜实体火灭火试验为例进行介绍。

参考相关试验标准和工程应用典型案例，试验用电气柜尺寸为800 mm×600 mm×2 100 mm(长×宽×高)。可燃物为电缆盘，尺寸为350 mm×300 mm(长×宽)，由非阻燃电缆(参考型号:BV 3×4 mm2或类似规格)井字编制而成。电缆通过汽油油盘引燃，油盘尺寸为330 mm×330 mm×60 mm(长×宽×高)。试验前，将灭火装置样品固定在试验柜内顶部中央位置。在柜外油盘中先后注入水300 ml、汽油150 ml，用其引燃电缆盘，预燃45 s后将电缆盘移至实验柜内下部距地350 mm并靠角落处，关闭柜门，手动启动灭火装置。多次反复试验表明，灭火装置均能在1s内将电缆火扑灭，并且打开柜门后不出现复燃。试验后可见柜内有细水雾雾滴悬浮，可以有效防止火灾复燃;电缆盘表面仅残留少量干粉，有效避免了干粉对设备的二次损害。灭火前后电气柜内的温度无明显变化，装置引发器的爆炸冲击力没有对电气柜造成破坏。因此，可有效用于扑灭电气柜、配电柜、机柜等电气火灾。此外，还开展了悬挂式脉冲水干粉复合灭火装置扑灭油盘火、电缆桥架火、喷油雾火等多项实体火灭火试验，装置均显示出快速有效的灭火性能。

4 结论

本文提出了一种水、干粉、惰性气体复合灭火技术，并开发了相应的悬挂式脉冲水干粉复合灭火装置。通过产品基本性能检测和实体火灭火试验证明，此装置有效发挥了脉冲超细干粉的化学灭火和细水雾的冷却窒息物理灭火的灭火效能，可以大大提高灭火效果，并有效克服各种灭火剂单独应用所带来的一些问题和不足。本装置可用于高效扑灭可燃液体、气体、固体和电气等各类火灾，尤其是可燃液体、气体喷射式和电气烧爆式等恶性火灾，并能有效防止复燃和抑制爆燃爆炸的发生，具有广阔的应用前景。

［1］NFPA 750-2006，Standard on Water Mist Fire Protection Systems［S］．

［2］GB 50370-2005，气体灭火系统设计规范［S］．

［3］GA 578-2005，超细干粉灭火剂［S］．

［4］GA 602-2006，干粉灭火装置［S］．