２０１０年第７期 煤炭 工程 热气溶胶预制灭火系统的设计与应用 黄君来 （中煤国际工程设计研究总院（北京华宇工程有限公司），北京１￣１２０） 摘 要：简述了热气溶胶灭火剂的发展经历，阐述了热气溶胶灭火剂的灭火机理、分类，并 对几种常用气体灭火剂的灭火性能指标进行了对比，系统地描述了热气溶胶预制灭火系统的设计 适用范围、构成、控制方式及灭火剂设计用量的计算等，指出了热气溶胶灭火技术在煤矿中应用 的前景。 关键词：热气溶胶灭火剂；热气溶胶灭火发生剂；灭火机理；热气溶胶预制灭火系统 中图分类号：ＴＤ７５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—０９５９（２０１０）Ｏ７＿（）Ｏ１３＿《）３ 理为冷却降温和化学抑制燃烧。一方面气溶胶中的高度分 ］ｊ热气溶胶灭火剂作为一种气体灭火技术起步较晚，它 始于２０世纪６０年代，是由我国消防科研人员经过长期的 实践摸索，研制开发出具有自主知识产权的哈龙替代产品， 其具有灭火效率高、环保、维护管理简单、综合费用低等 优点。目前在信息行业的通信基站、数据交换机房、通信 机房，在电力行业的电缆廊道、电缆沟以及重要变电、开 关设备、控制设备场所等得以广泛应用。 散而细小的固体微粒在火场中易于热熔、气化、分解，从 而吸收了火场的热量，使火场得以冷却降温抑制火灾的发 生；另一方面固体微粒对活性燃烧自由基的高效吸收与中 和，消耗掉了大量的活性燃烧自由基，使燃烧链式反应中 断，抑制了燃烧的发生，起到化学抑制作用。 寸ｌ＿ 热气溶胶灭火发生剂一般是由氧化剂、还原剂、粘合 剂，燃速调节剂等物质构成的固体混合药剂。该固体混合 药剂在启动电流或热引发下，经过燃烧反应，生成了以固 体微粒为分散质，以气体为分散介质具有灭火性质的胶体 体系，即热气溶胶。其固体微粒的主要成分是金属氧化物、 １热气溶胶灭火剂 １．１ 热气溶胶灭火剂的灭火机理 热气溶胶灭火剂是由热气溶胶灭火发生剂经过氧化还 原反应而生成的一种具有灭火性质的气溶胶体，其灭火机 碳酸盐等，约占组成的４０％，气体主要成分是Ｎ，、ＣＯ，和 水，疏干降压，在采掘前将危险水源排出，降低含水层或 老空区的水压，减少发生突水的可能性 Ｊ。 河北工程大学学报，２００８，２（６）：６５～６９． 朱刘娟，等．煤矿深部开采存在的问题及对策探讨［Ｊ］．煤 炭技术，２００７，６（６）：１４６—１４８． 谢和平．２１世纪高新技术与我国矿业的发展与展望［Ｊ］．中 国矿业，２００２，１１（１）：１５～２２． ４结语 深部开采问题是河南省当前和今后面临的重要问题， 影响河南省经济的发展，须加以重视。该问题的解决，既 要充分重视、发展现有的研究成果，发挥现有的科学技术， 同时要学习和发展新的理论，引入新的思维和研究方法， 加大科技创新力度，吸收和消化国内外先进技术和经验， 采用先进的技术装备，不断改进和优化生产工艺，从而实 现深部矿井安全、高效、低成本开采。 参考文献： ［１］ 魏锦平，李化敏，等．河南省煤炭深部开采展望［ｃ］．２００６ 年促进中部崛起专家论坛文集，２００６． ［２］ 侯玮，等．深部开采冲击地压发生条件及预测和防治［Ｊ］． 李化敏，付凯．煤矿深部开采面ｌ临的主要技术问题及对策 ［Ｊ］．采矿与安全工程学报，２００６，４（１２）：４６８～４５１． 张华，等．深部岩巷稳定性控制方法及实例研究［Ｊ］．岩石 力学与工程学报，２００８，（９）． 陈炎光，陆士良．中国煤矿巷道围岩控制［Ｍ］．徐州：中国 矿业大学出版社，１９９４． 刘锡明，等．浅谈煤矿高温热害防治技术［Ｊ］．煤，２００９，８ （１３）：３５～３９． 李金凯．矿井岩溶水防治［Ｍ］．北京：煤炭工业出版 社，１９９０． （责任编辑李泽荃） 收稿日期：２０１０—０３—０４ 作者简介：黄君来（１９６５一），男，陕西咸阳人，高级工程师，注册设备工程师，注册监理工程师，现在中煤国际工程 设计研究总院（北京华宇工程有限公司）从事给排水设计工作。 １３ 煤炭工程 ２０１０年第７期 水蒸气等，约占组成的６０％。虽然其产生的气体为惰性气 并能快速与空气中的水结合形成一种发黄的强碱性溶液。 这种强碱性溶液可对精密仪器、文物、档案等造成一定腐 蚀、污染。而ＳｒＣ０，、Ｓｒ（ＨＯ） 、ｓｒ（）则不会吸收空气中的 水分，形成腐蚀性的电解质液膜对被保护的设备造成损害。 体，但真正起灭火作用的是气溶胶中高度分散而细小的胶 体微粒（微粒的直径一般小于５ ｍ）。这种灭火气体可长时 间悬浮在空间，并能绕过障碍物，散布到各个角落，因此 它是一种全淹没式的高效灭火剂。 这正是ｓ型热气溶胶装置与Ｋ型热气溶胶装置适用范围不 同的原因所在。 １．２热气溶胶灭火装置的分类及性能指标 １．２．１热气溶胶灭火装置的分类 热气溶胶灭火装置按灭火装置充装气溶胶发生剂的主 化学组分可分为Ｋ型热气溶胶灭火装置、Ｓ型热气溶胶灭 火装置和其他型热气溶胶灭火装置。 １．２．２热气溶胶灭火剂的综合性能指标 从上述热气溶胶灭火剂的主要成分可以看出，其无论 是毒性指标，还是臭氧耗损潜能值ＯＤＰ、温室效应潜能值 ＧＷＰ、大气存留时间ＡＬＴ以及储存压力等指标均为零。因 此无论从纯净环保性能、灭火效果、工程造价、安全可靠 Ｋ型热气溶胶灭火装置的氧化剂主要是ＫＮＯ ，Ｓ型热 气溶胶灭火装置的氧化剂主要是Ｓｒ（ＮＯ ）：。因此Ｋ型热气 溶胶灭火装置产生热气溶胶的固体微粒成分主要为Ｋ ＣＯ。、 性，还是使用维护的角度来看，气溶胶都有着不可比拟的 优势。正是因为气溶胶具备上述诸多优势，倡导使用热气 ＫＨＣＯ，、Ｋ２０，Ｓ型热气溶胶灭火装置产生热气溶胶的固体 微粒成分主要为Ｓｒｌ＝０ 、Ｓｒ（ＨＯ）２、ＳｒＯ。由于Ｋ２ＣＯ３、 溶胶灭火装置替代哈龙产品已是大势所趋。 热气溶胶灭火剂与其它几种常用气体灭火剂综合性能 指标对比详见表１。 ＫＨＣＯ 、Ｋ：０极易吸湿，这些微粒沉降于被保护物表面， 表１常用气体灭火剂综合性能指标对比表 １．３热气溶胶灭火系统适用范围 １．３．１ 热气溶胶灭火系统适用扑救火灾的范围 １）电器火灾，如变（配）电室、电缆夹层、电缆井 （沟）等场所的火灾。 ４）金属氢化物的火灾， 如氢化钾、氢化钠等。 ５）能自然的物质火灾， 如磷等。 ６）人员密集场所火灾， 如剧场、礼堂等，主要是因为 气溶胶灭火剂具有消光性， 从而使防护区的能见度过低， 不利于人员疏散。 ２）固体表面火灾，如木材、纸张、塑料等表面火灾， 但不适用于固体深位火灾。 ３）液体火灾，如生产、使用或储存柴油、重油、变压 ７）Ｋ型及其他型热气溶胶预制灭火系统不得用于电子 计算机房、通讯机房等。 器油、动植物油等丙类可燃液体场所的火灾。 ４）灭火前能切断起源的气体火灾。 １．３．２热气溶胶灭火系统不适用扑救的火灾范围 １）无空气仍能氧化的物质的火灾，如硝酸纤维、火 药等。 ２热气溶胶预制灭火系统的设计及使用要求 ２．１ 热气溶胶预制灭火系统的设计 ２．１．１ 热气溶胶预制灭火系统的构成及控制方式 热气溶胶预制灭火系统是按一定的应用条件，将热气 ２）活泼金属的火灾，如钾、钠、镁、钛等。 ３）能自行分解的化合物的火灾，如某些过氧化物、联 氨等。 １４ 溶胶灭火发生剂储存装置和喷放组件等预先设计、组装成 套且具有联动控制功能的灭火系统。其一般由热气溶胶灭 火装置、气体灭火控制装置及火灾报警装置三部分组成。 ２０１０年第７期 煤炭 工程 热气溶胶预制灭火系统的控制方式须同时设置自动控 制和手动控制两种启动方式，并应能实现相互转换。当人 员进入防护区时，可将灭火系统转换为手动控制方式，当 人员离开时，能恢复为自动控制方式，并且防护区内外应 设有手动、自动控制状态的显示装置。对设有消防控制中 和地板下需同时保护时，可合为一个防护区，一个防护区 的面积不宜大于５００ｍ ，容积不宜大于１６００ｍ ，高度不宜 大于６．Ｏｍ。 ２）防护区的环境温度为一２０～５５％，环境相对湿度不 大于９０％； 心的场所，防护区内的灭火信息、灭火动作、手动与自动 ３）防护区应保证一定的密封性，防护区内不宜开口， 转换及设备故障等信息均应能传送至消防监控中心。热气 溶胶预制灭火装置系统示意图如图１所示。 ７ ， ＡＣ２２Ｏｖ消防电源 图１热气溶胶预制灭火装置系统 ２．１．２热气溶胶灭火剂设计用量的计算 对于不同类型的火灾，由于其燃烧的性能和扑灭的难 易程度不同，其所需的灭火剂用量也不同，因此热气溶胶 灭火剂用量需根据火灾类型选取相应的灭火设计密度进行 计算。由于灭火剂在较大防护区内存在扩散速度较慢的问 题，除了合理布置灭火装置外，需根据防护区的容积大小 适当增加灭火剂浓度以确保灭火效果，因此需根据容积的 大小进行一定的修正。热气溶胶灭火剂设计用量的计算公 式如下： Ｗ＝Ｃ２・Ｋ ・Ｖ 式中 一灭火设计用量，ｋｇ； ——灭火设计密度，ｋｓ／ｍ ，固体表面火灾Ｃ２≥ ０．１３ｋｇ／ｍ 、通信机房和电子计算机房等场所 的电器设备火灾Ｃ：≥０．１３ｋｇ／ｍ 、电缆隧道 （夹层、井）及自备发电机房火灾Ｇ２≥ ０．１４ｋｓ／ｍ ； 防护区净容积，ｍ ； ——容积修正系数，当Ｖ＜５００ｍ ，Ｋ ＝１．０、５００ ｍ ≤Ｖ＜１０００ｍ ，Ｋ ＝１．１、Ｖ≥１０００ｍ ，Ｋ ＝１．２。 ２．２使用要求 ２．２．１防护区的要求 １）防护区宜按单个封闭空间划分，同一区间的吊顶层 防护区的门应向疏散方向开启，并能自动关闭，在任何情 况下均应能从防护区内打开； ４）地下防护区和无窗或固定窗户的防护区应设置机械 排风装置。 ２．２．２其他要求 １）在灭火系统启动前，防护区的通风、换气设施应自 动关闭； ２）防护区内的气溶胶灭火装置应均匀分散布置，以便 气溶胶灭火剂能在瞬时间内以一定的设计灭火剂浓度充满 防护区； ３）单台热气溶胶预制灭火系统装置的保护容积不应大 于１６０ｍ ，设置多台装置时，其相互间距离不得大于ｌＯｍ， 灭火系统装置的喷日宜高于防护区地面２．Ｏｍ； ４）防护区内应有能在延时３０ｓ内使该区人员疏散完毕 的通道与出口，在疏散走到与出口处，应设火灾事故照明 和疏散指示标志； ５）灭火装置喷口前１．Ｏｍ内，装置的背面、侧面、顶 部０．２ｍ内不应设置或存放设备、器具等。 ３结语 综上所述，热气溶胶灭火技术无论从环保、灭火机 理、工程造价、安全可靠性，还是维护管理角度来看，完 全适用于煤矿地面供配电设施的防灭火，但是否适用于井 下尚需进一步探讨，因井下环境条件较为复杂，在此不再 赘述。 由于当前煤炭行业设计标准偏低，该灭火技术在矿井 中应用还处于较低的水平。近年来随着我国国民经济突飞 猛进的发展，煤矿现代化水平也得到大幅提高，矿井的井 型规模越来越大，矿井的自动化水平以及供电保证率越来 越高。如何防止供配电设施火灾的发生，确保矿井的安全 供电显得尤为重要。今后随着我国煤矿综合水平的不断提 升，随着人们安全意识水平的不断提高，该消防灭火技术 一定会在煤炭行业得以推广应用，为我国煤矿现代化水平 的提升起到保驾护航的作用，为矿井安全生产及人民的生 命财产提供更为有力的保障。 参考文献： ［１］ 郭鸿宝．气溶胶灭火技术［Ｍ］．北京：化学工业出版 社，２００５． ［２］ ＧＡ４９９．１—２００４，气溶胶灭火系统［Ｓ］． ［３］ ＧＢ５０３７０—２００５，气体灭火系统设计规范［ｓ］． （责任编辑赵巧芝） １５