对七氟丙烷(FM200)气体灭火药剂及其热分解产物的分析

对七氟丙烷(FM200)气体灭火药剂及其热分解产物的分析

1.       关于热分解产物

卤代烷烃灭火剂的热分解产物问题，一直是各个方面比较关心的问题，在选择灭火剂时，由于对该类灭火剂没有更加深入的了解以及相关数据的支持，往往使得用户在选型前乃至使用后都心存疑虑。热分解产物是如何产生的呢？到底FM-200的热分解产物的生成量有多少呢？这样浓度的热分解产物会不会对设备、仪器、文物以及资料产生影响甚至伤害呢？

2.1 热分解产物的生成

2.1.1      A类火灾与B类火灾区别

A类火灾：指含碳可燃固体火灾，如木、棉、毛、麻、纸等。
B类火灾：指甲乙丙类液体火灾，如汽油、甲醇、乙醚、丙酮等。

1972年．Hekestad建立了火灾能量释放与燃烧时间的关系

公式1： Q=α* Tn

公式1中：Q是火灾释放热量值(kw)，α是火焰强度系数(kw/sn)，T是时间(s)， n=1,2,3，在大量火灾试验的基础上得出的结论显示，大部分燃料的n值等于2。图1中各曲线公式Q=α* Tn中的n=2，图中的曲线a为A类火，b为B类火，由图可见，曲线b的斜率大于曲线a的斜率，也就是说B类火的α值（即火焰强度系数）大于A类火的α值。这表明A类火灾比B类火灾的火焰增长速率要缓慢的多，并且由公式1及图1可知相同时间的B类火Q值要大于A类火Q值，即B类火灾具有更高的火灾热量释放能量值。

总的来说，A类火灾属于低热能释放的火灾类型，而相对而言，B类火灾属于高热能释放的火灾。

2.1.2      一般气体灭火保护区的火灾类型

据各实验机构的统计，火焰的大小与火灾所造成的损失有直接的关系。大多数（>90%）的气体灭火系统是用于A类火灾保护区的，而且几乎所有这些装置所保护的设备都是电子、电器设备及电子数据处理设备（属于低负荷可燃物类型，包括电缆、PC板、电子元件、变压器、绝缘物质和塑料等）。

基于广泛的试验，这类电器火灾都表现出释放能量小的特点，通常少于5至10千瓦(Meacham）（见表1）。

表1.     火灾大小与损失程度的一般关系

可接受损失程度
    

火灾尺寸

重大损失
    

>10kw

较大损失
    

5-10kw

中等损失
    

2-5kw

小损失
    

2kw

2.1.3      灭火剂的灭火机理

同哈龙1301一样，FM-200是通过物理、化学双重作用来抑制火焰的燃烧。物理作用是指灭火剂在汽化时从周围环境吸收热能，以及其分子结构中化学键在受热断裂时吸收热能这两方面吸热降温作用的叠加；化学作用是指灭火剂受热分解后产生的不稳定粒子团不断的夺取火焰燃烧所必须的用以维持燃烧链式反应的关键粒子的反应过程。通过同时破坏火焰持续稳定燃烧的几个必备条件（氧气、燃料、温度以及不可抑制的链式反应）中的两个因素（温度和不可抑制的链式反应），从而达到灭火的效果。

2.1.4      卤代烷烃灭火剂的热分解产物种类

卤代烷烃灭火剂的热分解产物的产生是由于灭火剂受热分解后，产生卤族元素与氢离子或其它离子反应而生成的化合物—卤化氢气体及其它气态产物。FM-200在受热到达704℃时，会有热分解产物生成。哈龙1301的热分解产物为气态HF、HBr、Br2、和极少量的COF2；FM-200的热分解产物主要为气态HF和极少量的COF2。

2.1.1      热分解产物的生成量

通常我们用浓度（单位体积的热分解产物的量）来描述热分解产物的多少，其单位通常使用ppm（百万分之单位，可用ml/m3表示）。

     热分解产物的生成量与火焰的大小有关

       本文中主要研究的是A类保护区的情况，为了更好的描述火灾释放能量的大小，引入Hughes Associates Inc试验所得的公式2：                

Qf= 1200 kw/m3 * Vf

公式2中：Qf 是火焰释放的能量(kw)，Vf 是火焰的体积(m3)，由该式可见，火灾生成热量和火焰体积成正比。

美国海关的试验中用FM-200扑灭1至5.5兆瓦的大火（火灾释放能量为典型A类火灾的100倍）并取得HF生成量的数据（除火焰大小外，其它试验条件不变）。应该注意的是：1兆瓦的大火不是典型的A类保护区火灾的情况，并且一兆瓦的大火本身的危害将远远大于热分解产物的影响。

该试验数据显示：火越大，热分解产物的生成量就越多，因为FM-200在灭火时，灭火反应只发生在火焰表面；火焰表面的FM-200分子吸热分解后进行阻断燃烧链的反应，而保护区内没有火焰的地方则没有热分解产物生成。换句话说：火越大，火焰表面参与反应的FM-200分子就越多，热分解产物也就越多；另一方面：火越大，热能释放量也就越大，火焰表面的分子也就越容易受热分解从而产生更多的分解产物。

     热分解产物的生成量与灭火剂喷放时间的长短有关

Hughes Associates Inc的试验表明：灭火剂喷放时间越短（其它条件相同），热分解产物越少。也就是说灭火剂达到有效灭火浓度的时间越短，热分解产物的生成量就越少（见图2）。因为这意味着，在相同的时间内如果参加灭火反应的FM-200分子数量越多，火灾就越容易被扑灭，火灾释放的热能就会迅速减小，热分解产物也就越少。

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