CN103974749A - 灭火二元化学冷凝组合物和用于灭火的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及灭火设备，并且更具体涉及灭火二元化学冷凝组合物，用于扑灭可燃性气体、液体和固体材料所引起的火灾，并涉及可以使用该组合物的设备。所述灭火组合物包含：气态减敏剂推进剂，其由与氮气或者空气混合的二氧化碳组成；液态碱性减敏剂，其是氨水与中性抑制剂的混合物，其比例范围为99∶1-80∶20，中性抑制剂即氟化成膜泡沫剂和/或铯盐溶液；以及酸中和剂和推进剂，所述推进剂由二氧化碳、压力稳定剂与防冻剂的体积比为80∶15∶5-97∶2∶1的混合物组成，其中压力稳定剂即氮气或空气。所述设备包括具有化学抑制剂的储罐，通过管道通气装置连接到所述储罐的空腔的气瓶，启动-进气设备，以及通过阀连接到管状喷嘴雾化器的出口管，其中具有不少于3个狭缝状喷嘴，所述不少于3个狭缝状喷嘴相对于水平线具有递减的倾斜角，离雾化器末端最远的喷嘴与水平线垂直，且末端喷嘴的分散矢量与水平线平行。本发明提高了灭火效率，具有改善的环境友好性，可制造性和安全性，并降低了材料成本。

Description

灭火二元化学冷凝组合物和用于灭火的设备

技术领域

本发明涉及灭火设备，即，涉及灭火二元化学冷凝组合物以及采用所述组合物的设备。

本发明提出的灭火组合物和本发明的设备，以及基于此的构件和***，可成功应用于每个产业分支中进行防火、灭火，例如，化学、石化勘探和生产、木工行业，以及民用建筑的防火。

背景技术

本领域中已知，二元化学冷凝组合物包含：与气体推进剂相结合的基于液氨或者其衍生物的碱性组分；酸性组分，其由磷酸的50％-80％水溶液和二氧化碳，或者二氧化碳和空气的混合物组成(RF专利#2393901，申请日2008年10月7日)。

所述组合物的第一个缺点是磷酸的高化学反应性，需要使用非常昂贵的高合金钢容器(参见N.N.Postnikov“Thermal Acids，Salts，and FertilizersBased on such Acids”M.“Khimia”，1976，p.335)；第二个缺点是，由于氨气的高毒性和与皮肤接触时可能的热灼伤(局部过冷)，在工业中使用液氨是有危险的；第三个缺点是，气态氨与空气的混合物是可燃的。

作为与本发明最接近的类似物，所述二元化学冷凝组合物的主要缺点是其低放热性，在火区进行灭火操作时，在灭火剂(FEA)磷酸铵的合成期间不产生足够的水蒸气，以使火区的氧气浓度降低到临界值。

使用气体分散组合物进行3D和平面灭火(areal fire fighting)的灭火器、灭火模块和装置是本领域已知的(RF专利#2362599、RF专利#2355450、RF专利#2393901、RF专利#2283154、RF专利#2258549、专利申请PCTWO2008/103065A1、申请日为2010年02月24日的专利申请#2010106910)。

所有所述设备工作原理相同，是基于通过装配有锁定-释放装置的管道喷射减敏剂推进剂气体到装有分散化学抑制剂的储罐中，在此(储罐中)产生气体分散悬浮物(灭火组合物)，即FEA，并随后通过膜阀和多孔雾化器喷嘴传送到火区中。

所有这样的设备的缺点是整个储罐中FEA分散不均匀，这是由两个因素引起的。第一个因素是：为了在储罐中产生更均一的FEA分布，需要最大可能量的精细喷射流。反过来，这会显著减少FEA喷射流的有效范围，即，产生以下的另一依赖关系：FEA在储罐中均一分散，但是却停留在相当靠近FEA产生源的区域中，或者，有力的喷射流可以达到远射程，但是在整个体积内分散不均一。明显的结论是，在防护边界内或者操作区域内这种结构要么需要设置导水管要么需要设置多个灭火设备。

在可用的典型RF专利#83926中描述了最接近的雾化器喷嘴设备和模型本身，该专利的分类号A62C13/62，A62C35/02，申请日2008年1月15日，“气体粉末灭火器(Gas Powder Fire Extinguisher)”，其被选择作为原型。所述气体粉末灭火器包括：含有粉末FEA抑制剂和减敏剂推进剂气体的桶、锁定-释放装置、汲取管和进口管道，该进口管道将FEA在1.2-30mPa压力下送入到管道雾化器喷嘴中，总体排出面积等于进口雾化器喷嘴管道面积的0.4-0.95倍，其中所述雾化器喷嘴是圆柱体形状，外径等于中心管道内径的1.5-1.7倍，而外表面包括至少2个圆锥形凹槽，其带有不同倾角的圆柱形元件，其中所述凹槽的母线包括径向圆柱雾化器喷嘴或者斜度为3-15°的扩散雾化器喷嘴，其轴与母线垂直，其中径向扩散器的轴和雾化器喷嘴的中心管的轴之间的倾角从80-90°逐渐减小为15-30°。

所述设备的缺点在于，当用作独立灭火模块或者作为灭火单元时，储罐中的FEA分布不均一，结果就是，减少了火势控制的特定容量。例如，气体粉末灭火模块M_ΠΠ7.5-3-KД1-y2，其中FEA的重量为8.5kg，在45m³的体积内灭火，即C_sup＝0.19kg/m³，对于现在的灭火设备来说这是不合格的。

发明内容

本发明的目的是提供一种水基灭火二元化学冷凝组合物，其在汇聚(也就是喷雾)的过程中表现出更高的热释放，便于水转换为水蒸气，结果提高灭火效率，并且同时提高环境友好性、性能和安全性，并降低总体成本。因此，二元组合物的喷雾和混合产生集群型细分散气溶胶。

所述目的是通过制备灭火二元化学冷凝组合物来实现的，所述组合物包含与氮气或者空气混合的气态减敏剂推进剂(phlegmatizer propellant)二氧化碳；液态碱性减敏剂氨水或者其衍生物；其中所述碱性减敏剂是化学式为NH₃·nH₂O，其中n＝0.5÷4的氨水与中性抑制剂的混合物，所述中性抑制剂是氟化成膜泡沫剂和/或铯盐溶液(卤化物、硫酸盐、磷酸盐和碳酸盐)，二者以下述比例混合：氨水/中性抑制剂为99∶1到80∶20；并且酸中和剂/推进剂混合物是二氧化碳、压力稳定剂、防冻剂的混合物，所述压力稳定剂即氮气或者空气，所述防冻剂为烷基甲醇和/或烷基酮，二氧化碳、压力稳定剂和防冻剂具有以下组成比例(重量％)：

带有中性抑制剂的碱性减敏剂 30-60，

酸中和剂/推进剂 余量。

本发明的精神是使用内能，即，在合成新的灭火化合物期间最初组分的焓；根据热力学法则，所述焓，当反应是放热的并且释放热量时可以是正的，或者当通过施加热进行合成时吸热。本发明提供两种类型的反应来获得磷酸铵和碳酸铵：

NH₃+H₃PO₄→NH₄H₂PO₄+826kJ/kg

NH₃+NH₄H₂PO₄→(NH₄)₂HPO₄+780kJ/kg

换句话说，制备1kg安福粉(ammophos)的反应平均释放热量～800kJ，所述安福粉是磷酸一铵和磷酸二铵的混合物。

由于70％的磷酸用于反应中，释放能量为800kJ×0.7＝560kJ。

当转化为水蒸汽，即温度t≥100℃时，1dm³的水释放出1700dm³水蒸汽，即1kg水产生1.7m³水蒸汽。在t＝0℃时水转换成水蒸汽需要2675kJ/kg，或者640kcal/kg。因此，根据专利模型，在合成1kg安福粉中，560kJ：2675kJ＝0.2kg水转化成水蒸汽，等于1.7m³/kg×0.2kg＝0.34m³水蒸汽。

根据提出的发明，反应如下：

NH₃·H₂O+CO₂→NH₄HCO₃+2177kJ/kg

在70℃时，碳酸氢铵分解成强阻燃剂NH₄OH，减敏剂二氧化碳CO₂。因此，1kg根据本发明的二元组合物的热混合物产生0.45kg氢氧化铵NH₄OH和0.55kg CO₂，相当于1m³CO₂。根据所示反应，3.4kg水能够被转化成水蒸汽，即反应可以产生1.7m³×0.8kg＝1.38m³水蒸汽和1m³二氧化碳。因此，提出的组合物的减敏剂的气体容量可以超过根据专利RF#2393901的气体容量的七倍。氨水是液体肥料，不仅没有腐蚀性，低毒，环境友好，而且还比磷酸更经济。特别地，氨水容易溶解铯盐，在由溶液浓缩时形成集群气溶胶。

由于对于凝聚，形成的气溶胶的分散相是稳定的，其便于形成FFF，即氟化成膜泡沫剂，FFF赋予气溶胶颗粒一定的电荷，因此阻止在灭火溶胶中的超分散颗粒的凝聚。

所提出的成分以所提出的比例组合，提供了一种具有期望性能的组合物，其可以获得期望的技术效果，尤其是，释放更多热量而且更有效灭火。

还通过使用设备来扑灭由可燃性气体、液体和固体引起的火灾来达到所述目的，所述设备包括紧密密封的储罐，其含有化学阻燃剂，通过管道通风装置连接到所述储罐内部的气体源(气瓶)，便于通过锁定-释放装置(LRD)喷射所述阻燃剂，通过膜、机械或者电气阀连接到管道雾化器喷嘴的出口管，其中所述雾化器喷嘴包含至少三个狭缝，所述至少三个狭缝相对于水平线具有递减的倾斜角，其中距离雾化器末端最远的喷嘴与水平线相垂直，末端雾化器喷嘴的分散矢量与水平线相平行，并且所述狭缝的倾斜高度如下计算：

其中l_i-第i个狭缝的倾斜高度，m

α_i-第i个狭缝的倾斜角，度

-狭缝的末端孔径角，度

，гpaд度

狭缝宽度计算如下：

其中δ是第i个狭缝的宽度，m

K_D-雾化器的配流因子(orificing factor)，以喷嘴雾化器面积S_atom，m²的累积总量与出口管S_Tp，m²的的末端面积之间的比值计算；S_T-雾化器末端喷嘴的面积，m²，其中在密封储罐中的化学抑制剂是碱性的，气瓶中的推进剂气体是酸性的，当混合时发生放热反应。

对于中性组分(pH≈7)的组合物，例如，粉末组合物如“Phoenix-70”和四氟化碳的混合物，固体和液体抑制剂以及气态减敏剂推进剂都装在带有压力控制装置的相同的储罐内。

根据本发明的装满化学冷凝(或者气体-分散)组合物与碱性雾化器结合的模块设备灭火体积可以达到95m³，即灭火能力C_ff＝90g/m³，与原型相比表现出的灭火能力提高两倍以上。

附图说明

结合附图1-5举例说明本发明。

图1显示用于扑灭可燃性气体、液体和固体的火灾的设备，其包括开缝喷嘴，其中装有二元化学冷凝组合物。

要求保护的设备是气体-分散灭火模块，其包括装有碱性化学抑制剂2的密封储罐1、管道通风装置3、出口管4、膜、机械或者电气阀门5、开缝喷嘴6、具有单独的电和/或手动启动器的锁定-释放装置7、装有推进剂气体9的气瓶8。

图2显示用于可燃性气体、液体和固体的3D灭火的设备，其是带有开缝喷嘴的单块气体分散模块。

要求保护的设备包括：装有气体-分散组合物2和9的气瓶1、用于将固体或者液体阻燃剂转化成气溶胶的通风管3、出口管4、锁定-释放装置5、开缝喷嘴6、压力控制装置-大气压力传感器10。

图3显示相对于水平线具有不同倾角α的开缝喷嘴的侧视图。

图4显示开缝喷嘴的末端孔径角ψ的不同变型。

图5显示末端雾化器喷嘴的不同变型。

优选实施方式

组合物的成分都可以通过商业购买，大量存在，价格不贵，环境友好，并且没有腐蚀性。

将所提出的灭火二元化学冷凝组合物装入到两个分别的瓶中：酸性和碱性。第一瓶装有二氧化碳(主推进剂)，氮气或者空气(压力稳定剂，其抑制二氧化碳对大气压力随温度波动的高度敏感性)，以及防冻剂，例如乙醇和/或丙酮。碱性瓶装有氨水、表面活性剂和铯盐溶液。也可以用氢氧化铯替代铯盐。原型组合物的配方和主要性能列在表中。表中的数据清晰显示，要求保护的组合物的气体(水蒸汽)输出超过原型的2.8-11.9倍，此外，本发明的组合物不会腐蚀铁质材料制成的设备，不会燃烧，没有毒性，并且在危险分级标准中属于低危险等级(4级)。

对于要求保护的二元化学冷凝组合物的定性和定量组分含量的数据分析见表1。

表1

带有要求保护的灭火二元化学冷凝组合物的设备如下操作(参见图1)：

一旦接收到火警信号，火警信号激活安装在气瓶8上的锁定-释放装置7，然后酸性推进剂气体9，例如二氧化碳，通过管道通风装置3进入充满碱性化学抑制剂2的密封储罐1中，与气态酸性推进剂减敏剂发生放热反应生成水蒸汽-气体-分散灭火混合物，进而，在储罐1中产生压力，释放膜阀5，然后前述混合物通过出口管4和开缝喷嘴6进入操作区域。

图2所示的设备以类似的方式操作，区别在于气体分散体系(组合物)2，9不是在反应中得到，而是预混合好装入密封储罐1中。此外，所述储罐包括大气压力传感器10。

工业实用性

本发明可以用于气体、化学、石化、木工和矿物开采，以及民用目的、家庭、车库和办公室，用于防止和扑灭可燃性气体、液体和固体引起的火灾。

Claims (5)

1.灭火二元化学冷凝组合物，其包含：与氮气或者空气混合的气态减敏剂推进剂二氧化碳；液态碱性减敏剂氨水或者其衍生物；酸中和剂，其中所述碱性减敏剂是化学式为NH₃·nH₂O，其中n＝0.5÷4的氨水与中性抑制剂的混合物，所述中性抑制剂是氟化成膜泡沫剂和/或铯盐溶液，二者以下述体积比混合：氨水/中性抑制剂分别为99∶1到80∶20；并且酸中和剂/推进剂混合物是二氧化碳、压力稳定剂、防冻剂的混合物，压力稳定剂即氮气或者空气，二氧化碳、压力稳定剂和防冻剂以下述体积比混合：二氧化碳/压力稳定剂/防冻剂分别为80∶15∶5到97∶2∶1，组合物的组分比例为(重量％)：

带有中性抑制剂的碱性减敏剂 30-60，

酸中和剂/推进剂 余量。

2.如权利要求1所述的灭火二元化学冷凝组合物，其中所述铯盐是卤化铯、硫酸铯、磷酸铯或者碳酸铯，并且所述防冻剂是烷基甲醇和/或烷基酮。

3.用于扑灭由可燃性气体、液体和固体引发的火灾的设备，其包括：紧密密封的储罐，其含有化学抑制剂；通过管道通风装置连接到所述储罐内部的气体源即气瓶，其便于通过锁定-释放装置(LRD)喷射所述灭火组合物；通过膜、机械或者电气阀连接到管道雾化器喷嘴的出口管，其中所述雾化器喷嘴开有至少三个狭缝，所述至少三个狭缝相对于水平线具有递减的倾斜角，其中距离雾化器末端最远的喷嘴与水平线相垂直，末端雾化器喷嘴的分散矢量与水平线相平行，并且所述狭缝的倾斜高度如下计算：

其中l_i-第i个狭缝的倾斜高度，m

α_i-第i个狭缝的倾斜角，度

-狭缝的末端孔径角，度

гpaд度

狭缝宽度计算如下：

其中δ是第i个狭缝的宽度，m

K_D-雾化器的配流因子，以喷嘴雾化器面积S_atom，m²的累积总量与出口管的末端面积S_Tp，m²之间的比值计算；

S_T-雾化器的末端喷嘴的面积，m²。

4.如权利要求3所述的设备，其中密封储罐中的化学抑制剂是碱性的，气瓶中的推进剂气体是酸性的，二者混合时发生放热反应。

5.如权利要求3所述的设备，其中具有中性成分的气体分散组合物包含在相同储罐中的固体和/或液体抑制剂以及气态减敏剂推进剂，所述储罐装配有压力控制装置。