對七氟丙烷(FM200)氣體滅火藥劑及其熱分解產物的分析

1.       關于熱分解產物

鹵代烷烴滅火劑的熱分解產物問題，一直是各個方面比較關心的問題，在選擇滅火劑時，由于對該類滅火劑沒有更加深入的了解以及相關數據的支持，往往使得用戶在選型前乃至使用后都心存疑慮。熱分解產物是如何產生的呢？到底FM-200的熱分解產物的生成量有多少呢？這樣濃度的熱分解產物會不會對設備、儀器、文物以及資料產生影響甚至傷害呢？

2.1 熱分解產物的生成

2.1.1      A類火災與B類火災區別

A類火災：指含碳可燃固體火災，如木、棉、毛、麻、紙等。
B類火災：指甲乙丙類液體火災，如汽油、甲醇、乙醚、丙酮等。

1972年．Hekestad建立了火災能量釋放與燃燒時間的關系

公式1： Q=α* Tn

公式1中：Q是火災釋放熱量值(kw)，α是火焰強度系數(kw/sn)，T是時間(s)， n=1,2,3，在大量火災試驗的基礎上得出的結論顯示，大部分燃料的n值等于2。圖1中各曲線公式Q=α* Tn中的n=2，圖中的曲線a為A類火，b為B類火，由圖可見，曲線b的斜率大于曲線a的斜率，也就是說B類火的α值（即火焰強度系數）大于A類火的α值。這表明A類火災比B類火災的火焰增長速率要緩慢的多，并且由公式1及圖1可知相同時間的B類火Q值要大于A類火Q值，即B類火災具有更高的火災熱量釋放能量值。

總的來說，A類火災屬于低熱能釋放的火災類型，而相對而言，B類火災屬于高熱能釋放的火災。

2.1.2      一般氣體滅火保護區的火災類型

據各實驗機構的統計，火焰的大小與火災所造成的損失有直接的關系。大多數（>90%）的氣體滅火系統是用于A類火災保護區的，而且幾乎所有這些裝置所保護的設備都是電子、電器設備及電子數據處理設備（屬于低負荷可燃物類型，包括電纜、PC板、電子元件、變壓器、絕緣物質和塑料等）。

基于廣泛的試驗，這類電器火災都表現出釋放能量小的特點，通常少于5至10千瓦(Meacham）（見表1）。

表1.     火災大小與損失程度的一般關系

可接受損失程度
    

火災尺寸

重大損失
    

>10kw

較大損失
    

5-10kw

中等損失
    

2-5kw

小損失
    

2kw

2.1.3      滅火劑的滅火機理

同哈龍1301一樣，FM-200是通過物理、化學雙重作用來抑制火焰的燃燒。物理作用是指滅火劑在汽化時從周圍環境吸收熱能，以及其分子結構中化學鍵在受熱斷裂時吸收熱能這兩方面吸熱降溫作用的疊加；化學作用是指滅火劑受熱分解后產生的不穩定粒子團不斷的奪取火焰燃燒所必須的用以維持燃燒鏈式反應的關鍵粒子的反應過程。通過同時破壞火焰持續穩定燃燒的幾個必備條件（氧氣、燃料、溫度以及不可抑制的鏈式反應）中的兩個因素（溫度和不可抑制的鏈式反應），從而達到滅火的效果。

2.1.4      鹵代烷烴滅火劑的熱分解產物種類

鹵代烷烴滅火劑的熱分解產物的產生是由于滅火劑受熱分解后，產生鹵族元素與氫離子或其它離子反應而生成的化合物—鹵化氫氣體及其它氣態產物。FM-200在受熱到達704℃時，會有熱分解產物生成。哈龍1301的熱分解產物為氣態HF、HBr、Br2、和極少量的COF2；FM-200的熱分解產物主要為氣態HF和極少量的COF2。

2.1.1      熱分解產物的生成量

通常我們用濃度（單位體積的熱分解產物的量）來描述熱分解產物的多少，其單位通常使用ppm（百萬分之單位，可用ml/m3表示）。

     熱分解產物的生成量與火焰的大小有關

       本文中主要研究的是A類保護區的情況，為了更好的描述火災釋放能量的大小，引入Hughes Associates Inc試驗所得的公式2：                

Qf= 1200 kw/m3 * Vf

公式2中：Qf 是火焰釋放的能量(kw)，Vf 是火焰的體積(m3)，由該式可見，火災生成熱量和火焰體積成正比。

美國海關的試驗中用FM-200撲滅1至5.5兆瓦的大火（火災釋放能量為典型A類火災的100倍）并取得HF生成量的數據（除火焰大小外，其它試驗條件不變）。應該注意的是：1兆瓦的大火不是典型的A類保護區火災的情況，并且一兆瓦的大火本身的危害將遠遠大于熱分解產物的影響。

該試驗數據顯示：火越大，熱分解產物的生成量就越多，因為FM-200在滅火時，滅火反應只發生在火焰表面；火焰表面的FM-200分子吸熱分解后進行阻斷燃燒鏈的反應，而保護區內沒有火焰的地方則沒有熱分解產物生成。換句話說：火越大，火焰表面參與反應的FM-200分子就越多，熱分解產物也就越多；另一方面：火越大，熱能釋放量也就越大，火焰表面的分子也就越容易受熱分解從而產生更多的分解產物。

     熱分解產物的生成量與滅火劑噴放時間的長短有關

Hughes Associates Inc的試驗表明：滅火劑噴放時間越短（其它條件相同），熱分解產物越少。也就是說滅火劑達到有效滅火濃度的時間越短，熱分解產物的生成量就越少（見圖2）。因為這意味著，在相同的時間內如果參加滅火反應的FM-200分子數量越多，火災就越容易被撲滅，火災釋放的熱能就會迅速減小，熱分解產物也就越少。

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