全氟己酮灭火剂的应用及展望

江长楠

(珠海醋酸纤维有限公司,广东 珠海 519000)

20世纪60年代,全氟化学品的生产在欧美国家得到发展,全氟己酮作为消防领域的新型灭火剂开始被发现和研究[1]。随着各种技术难题逐渐被攻克,如喷洒技术、扩散速度等问题均得到了逐步解决,全氟己酮灭火剂的应用范围正在不断扩大,最初只用于生产厂房、机房、电信中心等领域,如今已经广泛应用于更多领域,例如餐饮、文化娱乐、航空运输等。除了应用领域的扩大,全氟己酮灭火剂的应用技术和环保性能也得到了显著提升[2]。这些技术和性能的提高,进一步推动了全氟己酮灭火剂在各个领域的应用。经过数十年的发展,全氟己酮灭火剂已经成为消防领域中最主要的新型灭火剂之一。未来,随着技术和性能的不断提高,全氟己酮灭火剂将继续在各个领域得到广泛的应用和推广,成为更多场景下的首选灭火剂。

1 全氟己酮灭火系统概况

全氟己酮灭火系统是一种高效的灭火系统,它采用全氟己酮作为灭火剂,通过喷洒全氟己酮灭火剂来控制和灭火。全氟己酮可作为哈龙的替代品。它的化学结构与3M公司生产的Novec 1230相同,属于氟酮族的一种化合物。在常温常压下,全氟己酮呈无色无味的液体状态。由于其优异的性能和环保特性,全氟己酮在灭火领域得到了广泛应用。全氟己酮灭火剂的蒸发热是水的1/25,这意味着它的汽化热量比水小很多,因此可以更快地将火源周围的热量吸收,并将火源温度迅速降低[3]。此外,全氟己酮的蒸汽压是水的25倍,这意味着它更容易汽化成为气体,从而可以更快地扩散到火源周围,将火源迅速包围。全氟己酮灭火剂主要依靠吸热来达到灭火效果。当全氟己酮喷洒到火源上时,它会迅速汽化成为气体,并与空气形成一种气体混合物,这种混合物比空气本身更能储存热量。因此可以吸收周围的热量,从而使火源的温度迅速降低,达到灭火的效果。

与七氟丙烷灭火系统类似,全氟己酮灭火系统也分为管网灭火系统和预制式灭火系统。管网灭火系统主要由灭火剂瓶、驱动瓶、选择阀、集流管、控制管、信号反馈装置、检漏装置、管道、喷头等组成。瓶内存放灭火剂和高压氮气。当系统启动灭火时,瓶盖阀和选择阀打开,气体灭火剂由高压气体通过管路驱动,从喷头射出,迅速汽化,通过吸热冷却实现灭火。按保护区数量可分为单位独立系统和组合分布系统。预制式灭火系统是根据一定的应用条件,如灭火剂储存装置、喷洒部件等,进行成套设计组装而成的具有联动控制功能的灭火系统。预制式灭火系统又称柜式气体灭火装置,由灭火剂瓶、管路、喷嘴、信号反馈组件、检漏组件、驱动组件等组成[4]。

全氟己酮灭火剂可扑灭A、B、C、E级火灾,即可灭固体、液体、气体和电器设备等各种类型的火灾。全氟己酮灭火剂对电器设备的灭火效果尤其突出,因为它不会导致电器设备的短路或损坏,也不会对电器设备造成二次污染。这使得全氟己酮灭火剂在电力、通讯、计算机等领域得到广泛应用。全氟己酮灭火剂具有现有商用哈龙替代品的蓄热能力,这意味着它能够吸收更多的热量,并在灭火过程中释放出来,从而保持更长时间灭火效果。

2 全氟己酮灭火剂与七氟丙烷灭火剂的区别

全氟己酮灭火剂和七氟丙烷灭火剂是两种不同的灭火剂,它们在化学结构、性能和应用领域等方面都有所不同[5]。

首先,两者的化学结构有所区别,全氟己酮灭火剂是全氟碳化合物,而七氟丙烷灭火剂是氟氢化合物。全氟己酮灭火剂的沸点较高,为49.2 ℃,而七氟丙烷灭火剂的沸点为-16.4 ℃。因此,七氟丙烷灭火剂在室温下易挥发。全氟己酮灭火剂的蒸气压比七氟丙烷灭火剂低得多。全氟己酮灭火剂的蒸气压为0.045 MPa(25 ℃),而七氟丙烷灭火剂的蒸气压为0.404 MPa(25 ℃)。此外,全氟己酮的降温效果远大于七氟丙烷灭火系统;全氟己酮常态为液态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),相比之下,七氟丙烷需要压力容器储存、运输。

其次,全氟己酮灭火剂和七氟丙烷灭火剂的灭火机理也不同[6]。全氟己酮灭火剂主要依靠吸热来达到灭火效果,可以迅速将火源周围的热量吸收,从而使火源温度迅速降低。而七氟丙烷灭火剂则主要是通过化学反应来灭火,它可以与火源中的自由基发生反应,从而抑制火焰的扩散和燃烧。此外,全氟己酮灭火剂和七氟丙烷灭火剂的设计浓度也有所不同。一般来说,全氟己酮灭火剂的设计浓度比七氟丙烷灭火剂低,这意味着在灭火过程中,需要使用更多的七氟丙烷灭火剂才能达到相同的灭火效果。与此同时,全氟己酮灭火剂的设计浓度一般为4%～6%,比七氟丙烷灭火剂的8%～10%要低得多,这意味着在灭火过程中使用的全氟己酮灭火剂更加节约和经济。

此外,全氟己酮灭火剂的无毒性反应(NOAEL)浓度为10%,比七氟丙烷灭火剂的无毒性反应浓度(NOAEL)浓度(9%)更高,这意味着在使用全氟己酮灭火剂时,安全余量比较高,能够更好地保护人员的安全和健康。高温环境下七氟丙烷还会有HF酸等强酸产生,会危害人和设备的安全性。

3 全氟己酮灭火系统的应用

3.1 应用场景

全氟己酮灭火系统是一种广泛应用于各大高科技产业领域的灭火系统,包括机械制造、航空航天等。此外,在化工、能源等领域,全氟己酮灭火系统也被广泛使用以确保生产安全。最近,这种灭火系统也开始在公共场所、商业建筑等场域逐渐普及。在机械制造及航空器材中,由于机房内设备复杂,且大多数设备都需要长时间运行,火灾发生的概率较高,使用全氟己酮灭火剂可以迅速灭火。在生产制造业及化工、能源领域,易燃、易爆、易挥发物质是生产过程中必须面对的问题,全氟己酮灭火剂可以快速灭火且对环境污染小,因此,它成为工厂消防安全工程中不可缺少的一部分。在房、餐厅等场所,明火和油污堆积导致火灾的风险较高,使用全氟己酮灭火剂可以快速有效地灭火,减少火灾损失。在文化娱乐场所,如剧院、电影院等文化场所,因为人员密集,消防安全问题备受关注,全氟己酮灭火剂的使用可以为保障人员安全提供有力保障。在地下车库、轨道交通等场所,由于封闭空间较大,全氟己酮灭火剂可以快速迅速地灭火,减少火灾损失。

3.2 国内普及情况

全氟己酮灭火剂在国外已有近20年应用历史。2001年,美国3M公司推出了Novec 1230的新型洁净灭火剂,并于同年在美国进入了商业推广阶段,并获得了美国UL、FM认证,全氟己酮灭火剂被NFPA 2001版标准收录为洁净气体灭火剂,后来又被编入ISO 14520标准(ISO 14520-5)。

近年来,随着中国企业科技水平提升,国内已有多家氟化工企业独立开发出全氟己酮灭火剂产品,打破美国垄断,出口欧洲、中东、东南亚等地区。但不同企业的生产原料、反应路线、生产工艺、产品性能不尽相同,尚无统一的国家、行业标准,目前各企业以自行规定的企业标准作为指导生产、检验和质量控制的依据。

目前标准制定的工作也有了部分进展。山东省地方标准《全氟己酮灭火系统设计、施工及验收规范》DB37T 3642—2019由山东省市场监督管理局发布,于2019年9月6日实施,是国内首个关于全氟己酮灭火系统的标准。该地方标准主要有系统组件、设计要求、管网灭火系统、预制灭火系统、系统施工、系统验收、维护管理等章节,其中预制灭火系统除了包括柜式灭火装置,还包括了框架式、探火管式、悬挂式等多种形式,以及自动跟踪定位系统。

国家市场监督管理总局标准技术管理司2020年5月9日下达了《全氟己酮灭火剂》国家标准的制订计划,主要起草单位是应急管理部天津消防研究所,该标准非等效采用ISO国际标准ISO 14520-5:2016。该国家标准将规定全氟己酮灭火剂的通用要求、试验方法、检验规则、包装、标示、充装、运输和储存。

中国工程建设协会的《2019年第二批协会标准 制订、修订计划》中,也批准了《预置式全氟己酮灭火装置》提出立项申请,主要起草单位也是应急管理部天津消防研究所。该团体标准将规定预置式全氟己酮灭火装置的分类和标记、性能要求、试验方法、检测规则、包装运输和储存。

4 技术特点

4.1 主要优点

1)全氟己酮灭火剂具备优异的环保性能:其臭氧损耗潜能值(ODP)等于0,温室效应潜能值(GWP)为 1,大气存留寿命仅有5 d,可用于七氟丙烷的替代灭火剂;

2)全氟己酮灭火剂安全无毒,灭火浓度低,安全余量高,在使用时对人体更安全;

3)常温下,全氟己酮为液体,在常压状态下,可以在较宽的温度范围内储存和运输(包括空运)安全地使用普通容器;

4)全氟己酮对氯丁橡胶、丁基橡胶、氟化橡胶、三元乙丙橡胶、硅聚酯等常用的橡塑密封材料如无明显化学反应,因此在这些密封材料在使用全氟己酮灭火的系统过程中,可以正常工作。对于碳钢、铜、铝、不锈钢等常用的金属材料不会被腐蚀,不会损害电子部件和线路,也不会造成二次损害;

5)有研究表明:全氟己酮对扑灭锂离子电池火灾的性能优于七氟丙烷;

6)通过比较全氟己酮灭火剂的理化性能及灭火性能等重要特性与七氟丙烷灭火剂,结果表明,全氟己酮灭火剂具备灭火效率高、环境友好的优点,具有广阔的应用前景。

4.2 存在的问题

1)有研究表明[7]:全氟己酮在灭火过程中,高温裂解时有剧毒气体全氟异丁烯和毒性气体一氧化碳产生。全氟己酮灭火系统启动后,防护区内不能有人员滞留;

2)全氟己酮极易吸收水分,产生酸性物质,可腐蚀金属部件及密封件,应在生产、储存、灌装阶段采取措施严格控制灭火剂中的水分;

3)国内全氟己酮灭火剂尚没有统一的国家或行业标准,产品国家标准刚刚立项起草,产品标准目前按照ISO标准执行,国内仅有少数企业能生产该灭火剂;

4)全氟己酮灭火系统应用场景,尚缺全尺度灭火试验的支撑,也缺少设计标准的支撑。

5 未来展望

随着全氟己酮灭火剂在各个领域中的广泛应用,未来它将继续发展并迎来更多机会。其中,未来的发展趋势可能包括提高灭火效率、加强环保性能以及智能化应用等方面。随着科技的不断进步,全氟己酮灭火剂的灭火效率将不断提高。未来可能会推出更加高效的全氟己酮灭火剂,可以更快速、更有效地灭火,减少火灾造成的损失。全氟己酮灭火剂的环保性能将成为未来发展的重点之一。目前,全氟己酮灭火剂中含有氟化物,会对环境造成一定的影响。未来可能会推出更加环保的全氟己酮灭火剂,减少对环境的污染,更好地保护生态环境。此外,随着物联网和人工智能技术的发展,未来全氟己酮灭火剂也将智能化应用。例如,在机房等场景中,可以通过传感器和智能控制系统实现全氟己酮灭火剂的自动检测和释放,提高灭火的效率和精准度。此外,全氟己酮灭火剂的智能化应用还可以通过数据分析和预测算法,提前预测火灾发生的可能性,及时采取措施,减少火灾对生命和财产造成的损失。

总之,全氟己酮灭火剂作为一种高效的化学灭火剂,未来将继续在消防领域持续走俏,具有适用性广、灭火效果好、无毒无害等优点。同时,上述提到的未来发展趋势将为全氟己酮灭火剂带来更多的机遇和挑战,也将为人们的生命财产安全提供更加可靠的保障。此外,全氟己酮灭火剂的未来发展也需要关注环保和可持续发展的问题,尽可能减少对环境的影响,更好地保护生态环境。