烷基类金属火灾灭火技术与灭火效能测试

孙一红，孟庆海

(中国石化工程建设有限公司，北京 100101)

烷基类金属火灾灭火技术与灭火效能测试

孙一红，孟庆海

(中国石化工程建设有限公司，北京100101)

介绍了烷基类金属火灾的特性，阐述了烷基类金属专用D类干粉灭火剂的灭火机理，以及固定式D类干粉灭火系统的设置。在固定式D类干粉系统灭火效能测试试验的基础上，依据现场采集的数据对试验结果进行了分析与总结，并对烷基类专用D类干粉灭火系统的发展提出了建议。

烷基类金属火灾 烷基类金属专用D类干粉灭火剂 固定式D类干粉灭火系统 D类干粉系统灭火效能检测试验

1 烷基类金属火灾灭火技术

1.1 烷基类金属特性及消防措施

烷基类金属主要包括烷基铝(三乙基铝、三异丁基铝等)、锂的烷基衍生物(正丁基锂、甲基锂、苯基锂)等。在石油化工行业，烷基类金属主要应用于烯烃装置的有机合成工艺，如聚丙烯、聚乙烯、橡胶等装置,均是以三乙基铝、正丁基锂等作为有机合成的催化剂，此类装置需设有烷基类金属催化剂的配制系统，包括催化剂储罐和配送设备等。由于烷基类金属化学性质很活泼，在常温下接触空气会发生自燃，遇水会强烈水解引起爆炸，因此烷基类金属催化剂的配制系统是石化行业烷基类金属火灾防控的重点部位。按照GB50160-2008《石油化工企业设计防火规范》规定，在烷基类金属催化剂配制区应采取以下消防措施：①设置火灾自动报警系统；②设置局部喷射式D类干粉灭火系统，其控制方式采用手动遥控启动；③烷基铝储罐设置在有钢筋混凝土隔墙的独立半敞开式建筑物内，并宜设置烷基铝泄漏的收集设施；④配置干砂、D类干粉灭火器等灭火设施。

1.2 烷基类金属专用D类干粉灭火剂技术参数、灭火机理

烷基类金属具有“遇空气自燃，遇水爆炸”的化学性质，其专用干粉灭火剂具有特殊性，即不仅要具备普通干粉的物理覆盖作用，还要具有化学抑制作用，以防止火灾复燃达到彻底灭火之效果。在烷基类金属火灾干粉灭火剂的研制上，火灾的易复燃特性一直是国内消防专业人士攻克的技术难点。随着我国工业发展和石化企业对烷基类火灾的实际防控需求，为了规范D类干粉灭火剂研发与检测，由公安部消防局提出并由公安部天津消防研究所编制了GA979-2012《D类干粉灭火剂》行业标准，于2012年2月1日发布，2012年3月1日正式实施。目前国内一些厂商已经研发成功了烷基类金属专用D类干粉灭火剂，其中浙江某厂研发的产品其性能已于2013年7月4日通过了GA979-2012标准，并取得国内的首份D类干粉灭火剂型式检验合格报告。本文以该厂的烷基类金属专用D类干粉灭火剂(D-AL(C2H5)3产品为例，介绍其技术参数、灭火机理及特点等。

1.2.1烷基类金属专用D类干粉灭火剂技术参数

烷基类金属专用D类干粉灭火剂的主要成分为氯化钠，型号为D-AL(C2H5)3烷基类专用干粉灭火剂，执行标准为GA979-2012《D类干粉灭火剂》。其主要参数见表1。

表1 烷基类金属专用D类干粉灭火剂主要参数

1.2.2烷基类金属专用D类干粉灭火机理及特点

a)D-AL(C2H5)3干粉除了具备物理性覆盖阻隔空气的性能外，当D类干粉灭火剂遇高温时释放出大量混合气体，使燃烧物周边的空气稀释和置换，由于该混合气体为不可燃和非助燃气体，并且具有还原作用，能有效地控制燃烧物吸收空气中水分而产生的氢气，中断燃烧的循环链。

b)D-AL(C2H5)3干粉里添加某些特殊成分能高效充分吸收液体三乙基铝，并与三乙基铝发生化学反应生成一种固态稳定的不燃物质，从根本上消除燃烧介质，防止火灾复燃，从而达到彻底灭火目的。

c)D-AL(C2H5)3干粉对设备损害小，相比其他灭火剂，在扑灭火灾后，对保护对象的腐蚀性、破坏性更小，电绝缘性更好。

d)D-AL(C2H5)3干粉有效期5年，主要原料为氯化钠，环保无污染，具有降解周期短、降解后毒性小、对土地盐碱化影响小、对人体毒副作用小的特点。干粉在灭火使用后，作为普通固体废弃物进行处理。

e)D-AL(C2H5)3干粉喷射强度约为40 kg/m2。

1.3 固定式D类干粉灭火系统设置

固定式D类干粉灭火系统的设置，我国现在还没有国家或行业的设计标准规范，目前D类干粉灭火系统的组件、管网计算、控制与操作等要求是按照GB50347-2004《干粉灭火系统设计规范》有关规定。D类干粉灭火系统基本组成有干粉罐、氮气瓶、分区球阀、系统管网、干粉喷头、控制柜以及火灾报警系统等。启动方式为自动启动、手动启动、机械应急启动3种模式。在石化装置实际操作中按GB50160-2008规定，通常将其控制方式设定在手动遥控启动模式，而不采用自动启动模式，以防止自动模式的误动作情况。烷基类金属专用D类干粉灭火剂的设计用量，则由于各厂商产品组份不同，按各产品的型式检测报告的用量数据确定。为了规范和指导烷基类火灾D类干粉灭火系统的设计，中国石化集团公司安全卫生消防设计技术中心站已将《D类干粉灭火系统设计规范》行业标准的编制纳入到了今后工作计划中。

2 固定式D类干粉系统灭火效能检测试验

2015年2月公安部天津消防研究所针对浙江某厂的烷基类金属专用D类干粉灭火系统进行了“D类干粉系统灭火效能测试试验”。本次试验属委托实验，是由公安部天津消防研究所的固定灭火系统检测人员及公安部建筑消防工程技术重点实验室科研人员亲临现场测试，并通过本次灭火实验，采集、测试D类干粉系统灭火时间，灭火过程中火焰温度、辐射热等数据，对烷基类专用D类干粉灭火剂及固定灭火系统的灭火效能进行评价与分析。

2.1 试验过程

本次灭火效能测试试验场地、固定式D类干粉灭火系统以及烷基类金属专用D类干粉灭火剂(D-AL(C2H5)3均由浙江某厂提供，试验测试仪表由公安部天津消防研究所提供。

试验现场是模拟实际化工装置的三乙基铝储存场所的情况设置，见图1。该场所为三面有墙一面敞开、有顶的半敞开式房间(2.9 m×3.9 m×6 m)，房间内设置有三乙基铝泄放设施、干粉管道、干粉喷头、火灾探测器等；房间外设置D类干粉罐、氮气瓶、分区球阀、控制柜以及推车式D类干粉灭火器等。其中干粉喷嘴型号FPZ3/4数量16个，干粉喷头安装高度为距地面2.9 m；三乙基铝储存量为100 kg，纯度为96%，三乙基铝泄放喷头数量8个，释放喷头安装高度为距地面1.06 m；D类干粉罐(D-AL(C2H5)3储存量为1 000 kg。

在试验现场设置有高清红外热像仪、热流计等测试仪器。其中高清红外热像仪采集火焰热图像数据，设置在距离三乙基铝泄放喷头35 m处；热流计采集火焰辐射热流量数据，热流计1设置在距离三乙基铝泄放喷头5 m处，热流计2设置在距离三乙基铝泄放喷头7 m处。

整个试验过程模拟实际化工装置的三乙基铝储存发生泄漏引起火灾的状态：即三乙基铝泄漏(本试验通过三乙基铝泄放喷头喷射三乙基铝)遇空气自燃起火(图2)，火灾报警系统发出声光报警信号，延时(不大于30 s)火灾报警控制系统输出信号，干粉灭火系统开始启动。此时氮气瓶头阀开启，同时打开相应保护区域的分区球阀，氮气瓶释放出高压氮气经减压器减压进入干粉罐，干粉罐上的压力表值达到1.0 MPa时，干粉出口定压爆破膜片打开，氮气和干粉混合物沿着管网，通过干粉喷头形成干粉云雾，喷射到火焰(图3)，在烷基类D类干粉喷出瞬间，火焰瞬时增大，随着干粉持续喷射作用下，火焰逐渐熄灭。三乙基铝泄放自燃起火到火焰完全被熄灭整个试验过程约1.5 min左右，灭火后搅动未发生复燃。

2.2 灭火效能测试试验数据结果及分析

本次实验数据采集方为公安部天津消防研究所、建筑消防工程技术公安部重点实验室。其数据及分析只限于本次实验。以下为本次D类干粉系统灭火效能测试试验结果描述及分析。

图1 烷基铝储存试验现场

图2 三乙基铝泄放自燃起火

图3 D类干粉系统启动D类干粉喷射

2.2.1高清红外热像仪的热图像采集结果

a)三乙基铝泄漏后15 s内热图像结果：三乙基铝泄漏后遇空气迅速燃烧，1 s内温度升至1 001.63 ℃，高温范围随着三乙基铝的流淌移动，3 s内达到1 218.23 ℃，持续燃烧到11 s时达到最高温度1 276.80 ℃，至15 s仍维持高温1 148.10 ℃。

b)D类干粉启动后12 s内热图像结果：D类干粉启动后1 s内温度下降至584.36 ℃，3 s内温度降至356.99 ℃，随着D类干粉持续作用，12 s内温度降至321.97 ℃。

2.2.2热流计辐射热流量测试结果

a)热流计1：从三乙基铝喷放开始到火焰平熄的平均热辐射强度为14.9 kW/m2，最大瞬时辐射强度为49.9 kW/m2。

b)热流计2：从三乙基铝喷放开始到火焰平熄平均热辐射强度为6.9 kW/m2，最大瞬时辐射强度为24.7 kW/m2。

2.2.3灭火过程分析

三乙基铝喷射泄放遇空气自燃，燃烧69 s后，自动启动固定式D类干粉灭火系统，在灭火系统启动瞬间，火焰被干粉覆盖，火焰燃烧区域对外的辐射强度被有效抑制，喷放的干粉及大量气流在受限空间内对三乙基铝喷射火焰产生强烈扰动，使得瞬间火焰辐射增强，火焰最高温度被有效控制在实验区域的顶端，随着干粉的持续作用，火焰逐渐熄灭，火焰热辐随之减弱。

2.2.4启动方式

固定式D类干粉灭火系统启动方式为自动、手动和机械应急启动。机械应急操作机构的操作力为40 N，操作行程8 mm。设有保险装置，解脱力为10 N。系统管道设有吹扫装置，位于出口释放阀前。

2.2.5干粉剩余率

干粉剩余率为1.44%。

2.2.6灭火效能

系统有效喷射时间19 s，灭火时间11 s；灭火30 min后搅动未发生复燃。

3 结语

a)烷基类金属火灾是一种比较特殊的金属类火灾，其扑灭难度主要是复燃性，此类火灾应设置D类干粉灭火系统，灭火剂应采用烷基类金属专用D类干粉，灭火剂性能应符合国家行业标准GA979-2012《D类干粉灭火剂》，即“灭火时间不大于3 min,且喷射结束后30 min时搅动钢盘内的试样，不出现复燃，则认为灭三乙基铝火成功”。

b)固定式D类干粉灭火系统的设置目前按照GB50347-2004《干粉灭火系统设计规范》有关规定。

c)本次“D类干粉系统灭火效能测试试验”属委托实验，主要采集和测试烷基类金属专用D类干粉系统灭火时间，火焰温度、辐射热等数据，并对其数据结果进行分析和总结。为了广泛采集试验数据，希望今后有更多的烷基类金属专用灭火剂厂商进行此类的灭火效能测试试验，以确定和完善不同组份的烷基类金属专用D类干粉和灭火系统的各项数据，为《D类干粉灭火系统设计规范》行业标准的编制以及烷基类金属消防工程的设计提供可靠的数据基础。

d)由于大多数厂商无法做到既能生产灭火剂，又能进行灭火系统设备部件的制造，因此建议国内厂商应统一烷基类金属专用D类干粉灭火系统设备部件(如干粉罐、氮气瓶、分区球阀、爆破膜片、控制柜等)的技术标准，特别建议应保持设备部件品牌的一致性，即厂商供货的D类干粉灭火系统的各设备部件应与进行检测合格的D类干粉灭火系统的相应设备部件的技术标准及品牌保持一致，使烷基类金属专用D类干粉灭火系统设置规范化和系统化，以确保固定式D类干粉灭火系统的产品质量。

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

孙一红，高级工程师，毕业于北京建筑工程学院给排水专业，长期从事石油化工工程给排水及消防设计工作。