全氟己酮與七氟丙烷滅火劑的滅火性能對比研究

摘要：全氟己酮滅火劑是一種新型氟化酮類滅火劑，通過質譜分析和全尺度滅火試驗等多種方法，對合成的一種國產全氟己酮滅火劑的理化性能及滅火性能等重要特性與七氟丙烷滅火劑進行對比試驗，結果表明，該國產全氟己酮滅火劑具備高效滅火、環境友好等優點，具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：全氟己酮；滅火劑；環境友好性；滅火性能

早在20 世紀70年代，前蘇聯的科學家就已經合成出了全氟己酮作為中間體，但并沒有大規模的投入生產，直到2001年美國的3M公司將其作為代替哈龍和氟代烷類的滅火劑后，其商品名為 Novec 1230。在國內目前已有部分廠家在進行全氟己酮滅火劑的工業化生產。

一、國產全氟己酮的理化性能

首先采用美國安捷倫公司的6890-5973N氣質聯用儀對項目合作單位研制的一種國產全氟己酮滅火劑進行成分測定，參見圖1，氣質聯用儀的條件如下：

6890-5973N，色譜柱為HP-5MS，30m*0.25mm *0.25um非極性柱，初始溫度為40度，以lO℃/min速率升溫到200℃，進樣口溫度200℃，以氦氣為載氣，分流比800比1，離子源230℃，四極桿150℃。

從圖 1，我們可以分析出是全氟己酮CF3CF2COCF（CF3）2的組分。按照滅火劑的測試標準，接下來利用卡爾費休水分測定儀c20測試該全氟己酮的含水率來分析。

從表1的實驗數據可以看出，該全氟己酮滅火劑含水率滿足滅火劑的要求。

最后我們使用安捷倫7890B氣相色譜儀測試該全氟己酮滅火劑的純度。該氣相色譜儀條件如下：色譜柱：Gaspro 30m×0.32mm；氣相色譜規格型號：Agilent Technologies 7890B GC System；柱箱：150℃；FID檢測器：300℃；進樣加熱器：200℃；分流比：40：1，分流流量：80ml/min ，具體色譜圖及面積百分比參見和表2。

通過該色譜圖，可以得出該全氟己酮滅火劑的純度非常高，純度≥99.0%。

二、滅火性能

設計滅火用量是保持防護區內發生火災時滅火所需的量。它是根據防護區處于其最大凈容積（防護區的容積減去其中永久性構件體積后的容積）和最低環境溫度條件下，防護區內可燃物所需的最低設計滅火濃度進行計算的。因目前國內主要是七氟丙烷，全氟己酮滅火系統的防護區滅火設計用量按照產品標準GB25972-2010《氣體滅火系統及部件》和設計規范GB50370-2005《氣體滅火系統設計規范》中七氟丙烷的滅火濃度來設計，具體氣體滅火系統裝置圖參見圖2。

（一）計算滅火劑的用量

a.設計參數

試驗室容積：V = 5.22m×5.22m×4.5m = 122.6m3 ；

七氟丙烷滅火濃度（按“產品標準”附錄B），全氟己酮的滅火濃度為4.0%-6.0%，主要是對比七氟丙烷的滅火性能，因此參照七氟丙烷滅火濃度：

對A類木垛表面火：滅火濃度C1A = 5.8%；

對B類正庚烷火：滅火濃度C1B = 6.6% ；

b.計算滅火劑滅火用量和系統貯存量（按“設計規范”3.3.14）

對A類木垛表面火的滅火用量：

WA= K（V/S）[C1A/（100 – C1A ）]kg ； （取 K = 1）

S = 0.1269 + 0.000513T = 0.1269 + 0.000513×20 = 0.1372m3 /kg ； （20 ℃ 時）

C1A = 5.8% ；

WA =（122.6 / 0.1372）[5.8 /（100 – 5.8）]= 55kg；

滅A類木垛表面火的貯存量：

貯存容器內滅火劑剩余量：ΔW1A ≈ 2kg

管道容積：Vp = 8.36L；

20 ℃ 時七氟丙烷液體密度為1.407kg/L；

管道內滅火劑剩余量：ΔW2A= 8.36×1.407 = 11.76kg。

按“設計規范”3.3.14，系統滅火劑貯存量：

WoA = WA +ΔW1A+ΔW2A = 55 + 2 + 11.76≈69kg

按“設計規范”3.3.10，對二級增壓焊接貯存容器，最大充裝率為：950kg/m3，

按企業作型式檢驗的氣瓶規格為90L，氣瓶數量為1只，則有：

容器充裝率為：（69 ÷90）×1000 = 767 kg/m3<950kg/m3，

容器在20℃ 時增壓壓力為4.2MPa。

對B類正庚烷火的滅火用量：

WB = K（V/S）[C1B /（100 – C1B）kg ； （取 K = 1）

S = 0.1269 + 0.000513 T = 0.1269 + 0.000513×20 = 0.1372m3 /kg ； （20 ℃ 時）

C1B = 6.6% ；

WB =（122.6 / 0.1372）[6.6 /（100 – 6.6）]= 63.14kg；

滅B類正庚烷火的貯存量：

貯存容器內滅火劑剩余量：ΔW1B ≈5kg；

管道內滅火劑剩余量：ΔW2B = 11.76kg。

按“設計規范”3.3.14，系統滅火劑貯存量：

WoB = WB +ΔW1B +ΔW2B = 63.14 + 5 + 11.76≈80 kg

按“設計規范”3.3.10，對二級增壓焊接貯存容器，最大充裝率為：950 kg/m3，

c.按企業作型式檢驗的氣瓶規格為90L，氣瓶數量為1只，則有：

容器充裝率為：（80÷90）×1000 = 889kg/m3 < 950 kg/m3，

容器在20 ℃時增壓壓力為4.2MPa。

參照GB/T 25972-2010《氣體滅火系統及部件》建立氣體滅火系統，瓶組1，2分別充裝80kg（滅B類火）及69 kg（滅A類火）七氟丙烷滅火劑，瓶組3，4分別充裝80kg（滅B類火）及69 kg（滅A類火）全氟己酮滅火劑，均用氮氣充壓至4.2MPa。根據圖2進行滅火系統安裝。

試驗時用電氣手動啟動方式遙控開啟滅火劑瓶組，以保證試驗人員安全，電氣啟動電源為：電壓DC24V，電流2A。瓶組安放在地秤上，以便于在滅火劑噴放過程中檢測瓶組內滅火劑的變化。

（二）A類木垛火滅火試驗

參照GB/T 25972-2010《氣體滅火系統及部件》試驗空間的體積為于122.6m3，其長、寬均為5.22m，高度4.5m。

該木垛由每層六根方木（橫截面為40mm×40mm，長450mm±50mm）的四層構成。木垛層間我們采取直角交錯后均勻擺成正方形，然后將其釘成木垛。木材采用含水率9%～13%的松木。該木垛的底部距離地面為600mm。將該木垛放在自制的鋼質試驗架上，燃燒油盤放在木垛的正下方，油盤為正方形，面積0.25m2±0.02m2，高度100mm，油盤壁6mm。油盤固定在試驗空間正中心，底部距地面600rnm。該油盤的上沿距木垛的底部約300mm。

在試驗空間的外面，我們將1.6L正庚烷倒入燃燒油盤中，用點火器點燃正庚烷后引燃了木垛，等待木垛燃燒3min及正庚烷耗盡后，木垛繼續燃燒3min，見圖3。在試驗空間外總的預燃時間為6min+10S，等待木垛的預燃時間結束后立即將燃燒的木垛移入試驗空間中，從移入燃燒木垛到啟動我們設計的滅火系統的時間不超過15s。同時立即關閉試驗空間的入口，形成一個密閉空間，手動啟動滅火系統滅火。滅火劑噴射結束后，試驗空間維持密封10min浸漬期。等待10min后將木垛移出，觀察是否復燃，參見圖4。

對于A類木垛火，全氟己酮和七氟丙烷滅火系統都在噴射結束后60s內撲滅所有明火，在噴射結束后10min不復燃。

（三）B類正庚烷火滅火試驗

參照GB/T 25972-2010《氣體滅火系統及部件》，其試驗空間的體積為于122.6m3，其長、寬均為5.22m，高度4.5m。油盤為正方形，面積0.25m2±0.02m2，高度100mm，油盤壁厚6mm。油盤固定在試驗空間正中心，底部距地面600rnm。

在燃燒油盤內加人12.5L的正庚烷作為燃料，在油盤底部注水，正庚烷的液面距油盤的上沿為50mm，使之處于正常工作狀態。點燃油盤（見圖5），預燃30s，關閉試驗空間所有開口，手動啟動滅火系統滅火。圖6為滅火后的油盤。

對于B類正庚烷火，全氟己酮和七氟丙烷滅火系統都在噴射結束后30s內滅火。

（四）全淹沒噴嘴噴射特性試驗

參照GB/T 25972-2010《氣體滅火系統及部件》，其試驗空間的體積為于122.6m3，其長、寬均為5.22m，高度4.5m，濃度分布試驗布置示意圖參見圖7。滅火系統應符合下列要求：

a.滅火劑瓶組應放置在最低工作溫度下16h以上； b.管路布置應保證噴嘴處產生最低噴嘴壓力（+20℃～+22℃時）； c.滅火劑的噴放量按實際試驗空間和+20℃時最低設計濃度的76.92%計算（參見GB/T 25972-2010《氣體滅火系統及部件》附錄B或附錄C）； d.滅火劑噴放時間：七氟丙烷滅火系統和全氟己酮滅火系統為8s～10s。燃料為正庚烷。在試驗中藥注意布置噴嘴的位置，噴嘴不能直接對著火源。點燃燃料罐，預燃30s后，啟動滅火系統。

1.燃料罐 2. 360。噴嘴 3.擋板 4.通風口 a.試驗空間長度 b. 試驗空間寬度

針對全氟己酮和七氟丙烷滅火系統的全淹沒噴嘴噴射特性試驗，九個燃料罐在規定的實驗時間內熄滅。

三、結語

全氟己酮滅火劑對環境無害、對人體安全、作為滅火劑及清洗劑有著的優良性能。由于全氟己酮的滅火濃度為4%～6%，安全余量比較高，在使用時對人體更安全。另一方而由于全氟己酮常溫下是液體，又不屬于危險物品，可以在常壓狀態下安全地使用普通容器在較寬的溫度范圍內儲存和運輸（包括空運），而不象其它哈龍替代品那樣需要壓力容器儲存、運輸，但其沸點為48℃，作為滅火劑的用途仍有一定的局限。

參考文獻：

丁元勝，陳豐秋.全氟己酮的合成與應用研究進展[J].浙江化工，2005，（12）： 22-24.

白占旗，倪航等.哈龍替代品全氟己酮及中間體全氟丙酰氟合成綜述[J].有機氟工業，2010， （04）：30-32+45.