全氟己酮与七氟丙烷灭火剂的灭火性能对比研究

■ 张斌 公安部四川消防研究所

早在20 世纪70年代，前苏联的科学家就已经合成出了全氟己酮作为中间体，但并没有大规模的投入生产，直到2001年美国的3M公司将其作为代替哈龙和氟代烷类的灭火剂后，其商品名为 Novec 1230。在国内目前已有部分厂家在进行全氟己酮灭火剂的工业化生产。

一、国产全氟己酮的理化性能

首先采用美国安捷伦公司的6890-5973N气质联用仪对项目合作单位研制的一种国产全氟己酮灭火剂进行成分测定，参见图1，气质联用仪的条件如下:

6890-5973N，色谱柱为HP-5MS，30m*0.25mm*0.25um非极性柱，初始温度为40度，以lO℃/min速率升温到200℃，进样口温度200℃，以氦气为载气，分流比800比1，离子源230℃，四极杆150℃。

图1 测试的全氟己酮质谱图

从图1，我们可以分析出是全氟己酮CF3CF2COCF（CF3）2的组分。按照灭火剂的测试标准，接下来利用卡尔费休水分测定仪c20测试该全氟己酮的含水率来分析。

从表1的实验数据可以看出，该全氟己酮灭火剂含水率满足灭火剂的要求。

表1 全氟己酮灭火剂含水率测定

最后我们使用安捷伦7890B气相色谱仪测试该全氟己酮灭火剂的纯度。该气相色谱仪条件如下：色谱柱：Gaspro 30m×0.32mm；气相色谱规格型号：Agilent Tec hnologies 7890B GC System；柱箱：150℃；FID检测器：300℃；进样加热器：200℃；分流比：40:1，分流流量：80ml/min ，具体色谱图及面积百分比参见和表2。

表2 全氟己酮面积百分比报告

通过该色谱图，可以得出该全氟己酮灭火剂的纯度非常高，纯度≥99.0%。

二、灭火性能

设计灭火用量是保持防护区内发生火灾时灭火所需的量。它是根据防护区处于其最大净容积（防护区的容积减去其中永久性构件体积后的容积）和最低环境温度条件下，防护区内可燃物所需的最低设计灭火浓度进行计算的。因目前国内主要是七氟丙烷，全氟己酮灭火系统的防护区灭火设计用量按照产品标准GB25972-2010《气体灭火系统及部件》和设计规范GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》中七氟丙烷的灭火浓度来设计，具体气体灭火系统装置图参见图2。

图2 气体灭火系统装置图

（一）计算灭火剂的用量

a.设计参数

试验室容积：V = 5.22m×5.22m×4.5m = 122.6m3；

七氟丙烷灭火浓度（按“产品标准”附录B），全氟己酮的灭火浓度为4.0%-6.0%，主要是对比七氟丙烷的灭火性能，因此参照七氟丙烷灭火浓度：

对A类木垛表面火：灭火浓度C1A = 5.8%；

对B类正庚烷火：灭火浓度C1B = 6.6% ；

b.计算灭火剂灭火用量和系统贮存量（按“设计规范”3.3.14）

对A类木垛表面火的灭火用量：

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 ℃ 时）

C1A = 5.8% ；

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

灭A类木垛表面火的贮存量：

贮存容器内灭火剂剩余量：ΔW1A ≈ 2kg

管道容积：Vp = 8.36L；

20 ℃ 时七氟丙烷液体密度为1.407kg/L；

管道内灭火剂剩余量：ΔW2A= 8.36×1.407 =11.76kg。

按“设计规范”3.3.14，系统灭火剂贮存量：

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

按“设计规范”3.3.10，对二级增压焊接贮存容器，最大充装率为：950kg/m3，

按企业作型式检验的气瓶规格为90L，气瓶数量为1只，则有：

容器充装率为：（69 ÷90）×1000 = 767 kg/m3＜950kg/m3，

容器在20℃ 时增压压力为4.2MPa。

对B类正庚烷火的灭火用量：

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 ℃ 时）

C1B = 6.6% ；

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

灭B类正庚烷火的贮存量:

贮存容器内灭火剂剩余量：ΔW1B ≈5kg；

管道内灭火剂剩余量：ΔW2B = 11.76kg。

按“设计规范”3.3.14，系统灭火剂贮存量：

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

按“设计规范”3.3.10，对二级增压焊接贮存容器，最大充装率为：950 kg/m3，

c.按企业作型式检验的气瓶规格为90L，气瓶数量为1只，则有：

容器充装率为：（80÷90）×1000 = 889kg/m3＜950 kg/m3，

容器在20 ℃时增压压力为4.2MPa。

参照GB/T 25972-2010《气体灭火系统及部件》建立气体灭火系统，瓶组1，2分别充装80kg（灭B类火）及69 kg（灭A类火）七氟丙烷灭火剂，瓶组3，4分别充装80kg（灭B类火）及69 kg（灭A类火）全氟己酮灭火剂，均用氮气充压至4.2MPa。根据图2进行灭火系统安装。

试验时用电气手动启动方式遥控开启灭火剂瓶组，以保证试验人员安全，电气启动电源为：电压DC24V，电流2A。瓶组安放在地秤上，以便于在灭火剂喷放过程中检测瓶组内灭火剂的变化。

（二）A类木垛火灭火试验

参照GB/T 25972-2010《气体灭火系统及部件》试验空间的体积为于122.6m3，其长、宽均为5.22m，高度4.5m。

该木垛由每层六根方木（横截面为40mm×40mm，长450mm±50mm）的四层构成。木垛层间我们采取直角交错后均匀摆成正方形，然后将其钉成木垛。木材采用含水率9%～13%的松木。该木垛的底部距离地面为600mm。将该木垛放在自制的钢质试验架上，燃烧油盘放在木垛的正下方，油盘为正方形，面积0.25m2±0.02m2，高度100mm，油盘壁6mm。油盘固定在试验空间正中心，底部距地面600rnm。该油盘的上沿距木垛的底部约300mm。

在试验空间的外面，我们将1.6L正庚烷倒入燃烧油盘中，用点火器点燃正庚烷后引燃了木垛，等待木垛燃烧3min及正庚烷耗尽后，木垛继续燃烧3min，见图3。在试验空间外总的预燃时间为6min+10S，等待木垛的预燃时间结束后立即将燃烧的木垛移入试验空间中，从移入燃烧木垛到启动我们设计的灭火系统的时间不超过15s。同时立即关闭试验空间的入口，形成一个密闭空间，手动启动灭火系统灭火。灭火剂喷射结束后，试验空间维持密封10min浸渍期。等待10min后将木垛移出，观察是否复燃，参见图4。

图3 点燃木垛火

图4 灭火后的木垛

对于A类木垛火，全氟己酮和七氟丙烷灭火系统都在喷射结束后60s内扑灭所有明火，在喷射结束后10min不复燃。

（三）B类正庚烷火灭火试验

参照GB/T 25972-2010《气体灭火系统及部件》，其试验空间的体积为于122.6m3，其长、宽均为5.22m，高度4.5m。油盘为正方形，面积0.25m2±0.02m2，高度100mm，油盘壁厚6mm。油盘固定在试验空间正中心，底部距地面600rnm。

在燃烧油盘内加人12.5L的正庚烷作为燃料，在油盘底部注水，正庚烷的液面距油盘的上沿为50mm，使之处于正常工作状态。点燃油盘（见图5），预燃30s，关闭试验空间所有开口，手动启动灭火系统灭火。图6为灭火后的油盘。

图5 点燃正庚烷

图6 灭火后的油盘

对于B类正庚烷火，全氟己酮和七氟丙烷灭火系统都在喷射结束后30s内灭火。

（四）全淹没喷嘴喷射特性试验

参照GB/T 25972-2010《气体灭火系统及部件》，其试验空间的体积为于122.6m3，其长、宽均为5.22m，高度4.5m，浓度分布试验布置示意图参见图7。灭火系统应符合下列要求:

a.灭火剂瓶组应放置在最低工作温度下16h以上； b.管路布置应保证喷嘴处产生最低喷嘴压力（+20℃～+22℃时）；c.灭火剂的喷放量按实际试验空间和+20℃时最低设计浓度的76.92%计算（参见GB/T 25972-2010《气体灭火系统及部件》附录B或附录C）； d.灭火剂喷放时间:七氟丙烷灭火系统和全氟己酮灭火系统为8s～10s。燃料为正庚烷。在试验中药注意布置喷嘴的位置，喷嘴不能直接对着火源。点燃燃料罐，预燃30s后，启动灭火系统。

图7 浓度分布试验布置示意图

针对全氟己酮和七氟丙烷灭火系统的全淹没喷嘴喷射特性试验，九个燃料罐在规定的实验时间内熄灭。

三、结语

全氟己酮灭火剂对环境无害、对人体安全、作为灭火剂及清洗剂有着的优良性能。由于全氟己酮的灭火浓度为4%～6%，安全余量比较高，在使用时对人体更安全。另一方而由于全氟己酮常温下是液体，又不属于危险物品，可以在常压状态下安全地使用普通容器在较宽的温度范围内储存和运输（包括空运），而不象其它哈龙替代品那样需要压力容器储存、运输，但其沸点为48℃，作为灭火剂的用途仍有一定的局限。