第五章第三节卤化烃1211液体灭火系统资料.docx
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第五章第三节卤化烃1211液体灭火系统资料
第三节卤化烃1211液体灭火系统
一、卤化烃1211灭火系统的用途
卤化烃灭火剂有很多种，如一溴一氯二氟甲烷（称为卤化烃1211）、一溴三氟甲烷（称为卤化烃1301）、二溴二氟甲烷（称为卤化烃1202）、二溴四氟乙烷（称为卤化烃2402）等。
卤化烃1211简称1211，目前已被广泛应用在国内各类舰船上。
1211灭火剂是一种化学灭火剂，它是借干扰燃料的燃烧反应而灭火的。
1211灭火液在迅速熄灭易燃液体和气体的火灾方面是特别有效的，同时它具有重量轻、体积小、可靠性高、毒性低、电绝缘性好以及不污渍设备和仪表，故具有优越的应用特性。
二、卤化烃1211灭火系统的原理
1.1211灭火剂的性能
1211属于卤代烷一类的化合物。
卤素原子取代烃类分子中的部分或全部氯原子即生成卤代烷。
常温常压下，1211是一种略带芳香气味的无色气体，其密度约为空气的6倍，加压后1211能以液态贮存在密闭容器内。
各种卤化烃灭火剂的性能列于表5－4。
表5－4卤化烃灭火剂的性能
灭火剂名称
性能
一溴三氟甲烷
一溴一氯二氟甲烷
二溴四氟乙烷
二溴二氟甲烷
溴氯甲烷
四氯化碳
代号
1301
1211
2402
1202
1011
104
化学式
CBrF3
CBrClF2
CBrF2CBrF
CBr2F2
CH2BrCl
CCl4
分子量
148.93
165.38
259.85
209.84
129.40
153.84
冰点℃
-168
-160.5
-110.5
-80
-88
-22.75
沸点℃（在1atm时）
-57.75
-4
47.26
24.5
68
76.75
临界温度℃
67.0
153.8
214.5
198.2
277.0
283.1
临界密度g/cm3
0.745
0.713
0.790
0.884
0.641
0.558
蒸发潜热，cal/g（在沸点时）
28.38
32.0
25
29.1
90
46.4
比热，cal/g℃（30℃的液体）
0.208
0.182
0.166
0.15
0.202
0.204
粘度，厘泊（液体，25℃时）
0.15
0.34
0.72
0.48
0.64
0.9
临界压力，（atm）
39.1
40.4
34.0
40.8
45
热传导率×105cal/cm·s·℃
（25℃的液体）
6.9
7.5
16
24
23
1211是一种化学稳定的化合物。
在与火焰接触的高温下，1211部分分解成活性基团，1211的这一特性生成了使它具有灭火效能的游离溴基。
然而，在通常环境温度下1211可长期贮存而不变质。
在无湿气存在时1211与大多数普通金属接触可令人满意地长期贮存。
试验证明，1211在25℃与钢、铜、铝接触，其年腐蚀率均小于0.005mm。
当有湿气存在时可能引起1211部分水解，在这种条件下1211有产生腐蚀的趋势。
因此，在一般情况下，装盛1211的容器在充装灭火剂之前必须彻底干燥，用来增压容器的氮气也同样必须是干燥的。
如果能经常进行观察，合理检验与维修，那么1211灭火系统的寿命则是不限定的。
2.1211灭火特性
1211灭火剂对扑灭可燃性液体的火灾效能高，且其绝缘性好，蒸发后不留痕迹，因此适合扑灭油类、其他可燃液体、电气和仪表设备的火灾；同时它也能有效地熄灭大多数固体物质的火灾。
但1211灭火剂不能用来灭活泼金属（如钾、钠）、金属氢化物或含有氧化剂的物质（如硝酸纤维素）的火灾。
与大多数普通灭火系统不同，由于1211灭火剂蒸发潜热很小，因此使火焰温度迅速下降的原因不是靠冷却，而是靠抑制燃烧的化学反应。
由于121灭火剂是一种化学灭火剂，它较高的灭火效能是产生于它的干扰燃烧过程中基本化学反应的能力。
在接触火焰的高温条件下，1211蒸汽部分离解而产生卤基。
卤基能与维持燃烧过程的化学链锁反应起主要作用的活性基团反应，并借此将其消除掉。
在某种程度上，所有的卤素原子都具有这种“断链”功能，其中溴的功能比氟和氯更大。
1211的灭火效能主要归功于溴原子，而它的化学稳定性主要依赖分子中的二个氟原子。
能用1211灭火系统扑灭的火灾可以分为以下三种：
第一种易燃液体或气体火灾；第二种易燃固体的表面火灾；第三种某些固体物质由于自热、闷烧和积蓄高热而发生的深位火灾。
当在危险场所的空间内快速形成1211灭火浓度时，可迅速扑灭易燃液体和气体的火灾，也能快速熄灭固体物质的表面火灾（即发烟燃烧）。
通常使用低浓度的1211灭火剂并保持一个短时间来熄灭这些表面余烬。
某些物质表面之下可能发生深位火灾。
1211灭火剂能减低这些火灾的燃烧速率。
倘若将高浓度的1211灭火剂保持足够的浸渍时间就可以熄灭这些深位火灾。
然而，用这种将所要求的高浓度的1211灭火剂保持足够长的时间的方法来扑灭深位火灾，通常是不实际的。
即使在能够保持高浓度1211的场合，由于1211灭火剂长期暴露在火焰中，其分解的产物浓度的增加也是不受欢迎的。
因此，不推荐用1211去灭深位火灾。
3.对人体的影响
1211灭火系统采用的目的是保护危险场所中人的生命和设备免遭火灾损失。
虽然1211灭火剂本身的毒性较低，但1211灭火剂及其分解产物对人体存在某些危险性。
研究试验证明，人在4~5%的1211浓度中暴露的最大安全时间限度为1分钟。
在低于4%的1211浓度中暴露若干分钟还不至造成严重影响，但较长时间暴露在大于4%的1211浓度中有可能使人失去知觉，甚至死亡。
我国有关部门在进行1211性能试验的同时，也进行了毒性试验。
试验结果表明，灭火后舱内气体的毒性与1211的剂量有关，在192g/m3以上剂量时，放在舱内的小鼠均死亡；在128~154g/m3时，小鼠无死亡，但有明显中毒症状；在80~106g/m3时仅有轻度毒性反应。
试验结果列于表5－5。
表5－5用柴油或混合柴油作燃料灭火后毒性反应统计
灭火剂量
（g/m3）
第一只小鼠死亡时间（min）
小鼠
死亡率
主要症状
备注
267
13
10/10
试验条件：
灭火舱室容积为75~78m3，染毒舱体5m3，风机送风是1~1.6m3/min
灭火后2min将灭火舱的气体抽出送入染毒舱，连续染毒15分钟，染毒舱内温度为23.6~35.4℃，染毒舱顶上有一小开口
192
10
7/10
154
0/10
3/10出现侧卧
128
0/10
1/10出现侧卧
106
0/10
呼吸异常步态不稳
80
0/10
呼吸异常
卤化烃1211灭火剂本身毒性较低，但遇火裂解后的产物HF、HCl和HBr等毒性较大，因此1211剂量增加，裂解产物增多是引起小鼠死亡的原因之一。
引起小鼠死亡的另一原因是CO含量。
当卤化烃1211剂量较大时，灭火快，CO生成多，因而小鼠死亡率也高。
灭火剂量较小时，CO也较低，毒性也就较低。
CO测定值列于表5－6。
表5－6各种测量灭火剂扑灭混合柴油火后CO生成量
灭火剂量（g/m3）
CO%
400
0.78%
334
0.45%
107
0.22%
80
0.075%
经试验柴油燃烧后的其他裂解产物不是小鼠死亡的主要原因。
当人员迅速离开危险场所后，吸入的1211灭火剂气体的影响就快速和完全消失，偶而多次短期暴露不会对人体有任何累积的影响。
由于1211灭火剂是一种略带芳香气味的无色蒸汽，当通过喷嘴喷入大气时，1211的液滴产生一种轻雾，这种轻雾在液滴蒸发后迅速消散。
不能靠人的感觉去检测1211灭火剂的存在或其浓度的大小。
1211灭火剂暴露于火焰中或在大于500℃的热体表面就发生热分解。
实际上这种在火焰中的分解对燃烧反应起着主要的干扰作用，致使1211灭火剂具有灭火效能。
1211灭火剂的主要分解物是氢卤酸（HF、HCl、HBr）和游离卤素（Cl2、Br2），分解产物中也可能含有羰酰卤（COF2、COCl2、COBr2）。
灭火试验表明，1211灭火剂分解产物的浓度取决于灭火时间。
因此，应将1211灭火系统的灭火时间设计在10~20s之内，1211分解产物的浓度即使仅为百分之几，也带有强烈的刺激性气味。
这个特性会驱使人们撤离，以免分解物的危险浓度伤害。
三、1211灭火系统的设备
1211灭火设备主要由容器、喷头、管路及操纵设备等组成。
1.容器
舰船所需的灭火剂的储存量较大，按其贮存的方式容器分高压容器与低压容器二种。
1211灭火剂在常温下的蒸汽压是低的。
通常用惰性气体增压容器以产生使系统能快速喷射所必需的推动力。
增压气体可贮存在容器内液面之上的空间中，或者当系统工作时，将高压钢瓶内的气体经减压阀压进容器。
前者称贮压系统，后者称启动系统。
贮压系统就是在容器内充装一部分1211液体灭火剂。
然后，将增压氮气充入汽空间。
用氮气增压是因为氮气容易干燥，而且氮气在1211液体中的溶解度相当低。
一般不用空气和二氧化碳增压，因为空气不能确保干燥，而二氧化碳在1211液体中溶解度高。
充装比和充装压力是贮压系统的二个重要参数。
充装比的定义为液体1211灭火剂在容器中所占容积与容器总容积之比。
充装比是在充装温度（通常取
）下算得的。
1211灭火剂质量除以容器的总容积。
对于驱动气体与灭火剂在同一容器的情况下，容器的充装比应不大于1.2kg/L。
系统充装压力的选择，必须确保贮存容器内灭火剂按要求在规定时间内施放结束，并应考虑管道阻力。
系统充装压力（也就是驱动压力）一般为40kgf/cm2左右。
启动系统动作时，高压钢瓶的气体经减压阀送往1211灭火剂容器。
它与贮压系统有三点不同：
①在整个喷射期间内喷射压力保持恒定；
②充装比是以灭火剂在50℃时，不超过95%容器容积来考虑，对1211来说充装比可达1.68kg/L；
③用来作启动用的增压气体与贮压系统的不一样，限制较少。
因为在系统动作时，气体与1211的接触只有几秒钟，所以即使采用1211中溶解度相当高的气体，如二氧化碳也是可以的。
驱动气体压力一般为25~30kgf/cm2。
舰船设计时灭火剂容器的数量应不少于二只，容器的设计压力应不低于驱动气体的最大工作压力。
对容器的耐压问题，一般以60~70℃为基础进行设计。
容器的材料为钢或其他等效材料。
同时灭火剂容器应具有以下附件：
①灭火剂装充阀；
②接有虹吸管的输出阀，虹吸管的内径不得小于输出阀通路直径，其尾部需具有斜切口，切口距容器底约5毫米左右；
③在容器上部设置安全膜片或易熔塞，其要求为：
安全膜片的爆破压力为容器液压试验压力±10kgf/cm2易熔塞的易熔合金熔点为75~85℃；
④容积大于60L的容器，在容器底部需设有泄放阀；
⑤对用氮气贮压的灭火剂容器，在站室内需设一只公用的压力表及必要的接头用以检查各容器内的氮气压力；
⑥不用氮气加压的灭火剂容器，每只容器上应装液位计或其它合适的衡量设备。
图5－7雾化片的喷头
2.喷头
使用喷头来均匀喷射1211灭火剂是达到灭火效果的一个重要手段。
喷射过程表明大部分灭火剂是以液体状态从喷头喷出，接着必须在封闭空间内迅速汽化。
目前，多数采用的喷头如图5.3.1所示。
这种喷头经用水喷射试验，雾化情况良好。
但由于喷射角偏小，被保护的面积不大，因而所用喷头数量就较多。
国外也有采用弹簧状喷头的，喷射量及保护面积均较大，见图5－8。
图5－8弹簧状喷头
经过实践使用证明，喷头应布置在被保护舱室的上部，这是因为1211灭火剂气体比空气重5倍左右，施放后将逐渐下沉。
四、系统布置
①灭火剂与驱动气体贮存在同一容器内时，容器的容积一般为40L。
各容器集中装在站室内，管系布置及施放装置与二氧化碳系统的相似，只是喷口处采用喷头。
容器内贮存气体为氮气，加压至40kgf/cm2左右。
②灭火剂与驱动气体分开贮存，如图5－9所示。
图5－9灭火剂与驱动氮气分开贮存的卤化烃灭火系统
使用时打开氮气瓶上的阀4，经减压阀1后氮气减压至25~30kgf/cm2，经阀3放入灭火剂容器，开阀2将灭火剂放入被保护舱室。
这种系统的优点是灭火剂容器在常温下压力较低，因此灭火剂不易逃逸，而且可用平板玻璃液面计直接测定灭火剂的数量，管理方便。
由于容器长期贮存灭火剂，若灭火剂容器上的阀件有渗漏时设备就会失效。
为此最好另设一只贮液器，以便容器之一需检修时暂时将灭火剂放入贮液器，修复后再用氮气驱回灭火剂容器。
如果驱动气体不是采用氮气，而是压缩空气，空气瓶压力一般为25~30kgf/cm2，瓶的总容积均为灭火剂容器总容积的一半。
压缩空气从空气瓶出来后，经管路进入灭火剂容器，将灭火剂压出至被保护处所进行灭火。
压缩空气管路中不必设减压阀，这种系统布置大致如图5.3.3所示相同，只是氮气瓶换成空气瓶，取消减压阀，贮液器仍建议装设。
采用压缩空气来驱动灭火剂，其缺点是在灭火时可能驱动气体-空气放入被保护舱室影响灭火效果。
为此在操作中要注意，当灭火剂容器出口的总管压力表所示的压力发生急剧下降时，即灭火剂液体已放完形成气体施放时，应立即关闭灭火剂容器出口阀，这样就可以避免大量驱动气体放入被保护舱室。
③1301灭火系统，因其灭火剂毒性较1211低，故允许灭火系统的灭火剂容器放在被保护舱室内，各容器均布置在舱室各处的上方。
操纵系统一般采用电气引爆方法打开爆炸模片或电爆阀，使灭火剂迅速施放。
该系统优点是容器直接放在被保护舱室内，省掉了管系和很多阀件。
容器内驱动气体的压力较低，一般为25kgf/cm2。
施放速度较快，一般为10s左右。
上述是三种系统布置的方法。
第一、二种方法同样适用于1301灭火系统，实际上1301比1211为更有效的灭火系统。
1211所设置的设备1301完全可以通用，其主要区别是1301充装比要比1211低，其毒性更低，性能更好。
灭火管路的通流截面积以及喷头数量的配置，按规定应能在20s内（从喷头开始喷射灭火剂时算起）通过被保护舱室所需的灭火剂数量。
五、灭火剂量的确定及各种影响
1.灭火剂量的确定
1211灭火剂的最低需要量应根据其灭火性能予以确定。
灭火系统内充装的卤化物灭火剂的数量应不少于各被保护舱室灭火需要量中的最大值。
舰船一般被保护舱室的每立米仓室容积采用1211灭火剂量不少于360g，至于油舱则需要量更多。
灭火系统内充装的灭火剂量应不少于全部被保护舱室灭火一次和最大一个被保护舱室灭火二次所需的最大值。
近年来，国际上对卤化烃灭火系统在船上的应用进行了广泛的讨论，政府间海事协商组织（IMCO）并拟订了《机器处所固定式卤化烃灭火系统建议案》（草案），根据草案规定的需要量列于表5－7。
表5－7浓度值
卤化烃灭火剂
最小值（按总容积计）
最大值（按净容积计）
1211
4.25%
5.5%
1301
4.25%
7%
2402
0.20kg/m3
0.30kg/m3
表5－8需要量
浓度（%）
单位体积
重量（g/m3）
温度（℃）
4.25
5
5.5
6
7
1301
1211
1301
1211
1301
1211
1301
1211
1301
1211
20
283
323
325.9
380
358
418
395.2
451.3
466.1
543.4
30
267
311
314.3
365.5
346
401
381.2
443.3
449.4
522.7
40
258
298
303.4
350.9
334
386
368
425.6
433.8
501.8
按表5－7规定的浓度值乘以卤化烃1301或1211自由气体单位体积的重量，就能换算成以重量表示的需要量，也可直接按表5－8折算。
2.影响灭火剂容量的因素
①舱室大小的影响，在相同的条件下，舱室容积大小不同所要求的灭火剂量是不一样的，不同性质的舱室灭火剂需要量按标准选用。
②开口泄漏的影响当封闭空间内的空气与重的1211灭火剂蒸汽混合时，所产生的混合物重于周围大气。
二者密度的不同，就造成了压差，若有开口存在时，这个压差将驱使气体流出封闭空间，因此泄漏愈多，所需灭火剂容量愈多，为此，往往在用1211灭火系统保护的危险舱室安装自动门、窗，以便使它们能在探测器刚刚发出火警信号及灭火剂喷射之前自行关闭。
③舱室通风的影响若1211灭火剂施放时，舱室通风还未关闭，它起的破坏作用比开口泄漏还厉害。
因此，要求在1211施放前关闭通风机。
④喷射时间的影响在灭火总需要量已经确定的情况下，应选择一个适当的喷射时间，喷射时间过长显然不利，但喷射时间也不能太短，要设计一个合适的喷射时间，以获得最佳的喷射强度（即单位时间的灭火剂量kg/m3·s）和持续喷射时间，前者使每立方米舱室容积获得一定的灭火所需的1211浓度，后者能避免使用过大灭火剂量而不经济并增加毒性。
喷射时间与喷头的型式、喷孔大小、1211灭火剂需要量、充装率、装充压力、管路布置以及喷头数量等因素有关，因此喷射时间要选择合适。
经过试验证明，取20秒以下的喷射时间是合适的。
⑤喷嘴布置的影响喷嘴布置应均匀分布，但由于实船情况较复杂，船的深度较大，因此喷头不得不分层布置，因此所需的灭火剂量也存在差异。
六、管路计算、管路试验及保养
为了得到所要求的灭火剂在管路系统中的流量分布和保证在规定时间内喷射完毕，以及保证在喷射终了时驱动气体压力为7～15kgf/cm2，就必须求出管道和喷嘴的适用尺寸。
管路设计必须根据所要求的灭火剂流量、管系的大小按图估算，从而确定喷嘴压力。
1.管路计算
（1）计算总压降
1211灭火系统管路的压力降是由于氮气和1211灭火液二相混合物流过系统各部件所产生的。
管路压力降由三个来源组成：
①贮存压力的压力降是在1211液体最初充满管路系统时产生的，贮存压力的变化可由下列方程式进行估算：
（5－13）
式中
——1211液体流入管路后容器压力的变化；
——容器最初充装压力；
——1211的蒸气压；
——容器内蒸汽空间所占容积；
——容器内浸管的液面以上部分的内容积；
——外部管路系统和分配系统的内容积。
②当液体1211流过管系到达喷嘴时产生的摩擦损失。
因此必须考虑到截止阀、管子以及灭火剂一定要流过的其他设备当量长度。
③高度变化的计算。
在容器高度以上每米管子从适用总压力中减去0.18kgf/cm2，如果低于容器高度，则每米加上0.18kgf/cm2。
因此，管路总压力降为：
（5－14）
在上述计算中，可按表5－9和表5－10取管路当量长度，然后按图5－10查出管路流体阻力单位压降，二者相乘就是
，按图5－11查出一定温度下的蒸汽压。
④按喷嘴压力及贮存压力求出喷嘴流率，可按图5－12查出喷嘴流率。
⑤按喷嘴流求出喷嘴孔径：
（5－15）
式中
——灭火剂总容量（kg）；
——喷嘴流率（kg/cm2·s）；
——整个喷射时间（s）；
——喷嘴数量，根据舱室布置而定。
表5－9钢管螺纹管配件的当量长度（m）
管径（in）
标准45°肘管
标准90°肘管
长弧度9°肘管和T型三通的直管
T形三通的支管
螺纹接头或闸阀
3/8
0.6
1.3
0.8
2.7
0.3
1/2
0.8
1.7
1.0
3.4
0.4
3/4
1.0
2.2
1.4
4.5
0.5
1
1.3
2.8
1.6
5.7
0.6
11/4
1.7
3.7
2.3
7.5
0.8
11/2
2.0
4.3
2.7
8.7
0.9
2
2.6
5.5
3.5
11.2
1.2
21/2
3.1
6.4
4.1
13.4
1.4
3
3.8
8.2
5.1
16.6
1.8
4
5.0
10.7
6.7
21.8
2.4
5
6.3
13.4
8.4
27.8
3.0
6
7.6
16.2
10.1
32.8
3.5
表5－10钢管焊接管配件的当量长度（m）
管径（in）
标准45°肘管
标准90°肘管
长弧度9°肘管和T型三通的直管
T形三通的支管
螺纹接头或闸阀
3/8
0.2
0.7
0.5
1.6
0.3
1/2
0.3
0.8
0.7
2.1
0.4
3/4
0.4
1.1
0.9
2.8
0.5
1
0.5
1.4
1.1
3.5
0.6
11/4
0.7
1.8
1.5
4.6
0.8
11/2
0.8
2.1
1.7
5.4
0.9
2
1.0
2.8
2.2
6.9
1.2
21/2
1.2
3.3
2.7
8.2
1.4
3
1.5
4.1
3.3
10
1.8
4
2.0
5.4
4.4
13.4
2.4
5
2.5
6.7
5.5
16.8
3.0
6
3.0
8.1
6.6
20.2
3.5
图5－101211灭火液在管路中流动时压力降与施放率
图5－111211蒸汽压力与温度关系
表5－111211温度压力与密度的关系
温度（℃）
绝对压力（kgf/cm2）
液体密度（kg/L）
气体密度（kg/L）
0
1.27
1.9
0.008
20
2.66
1.83
0.015
40
4.9
1.75
0.025
60
8.11
1.67
0.037
80
12.4
1.58
0.054
100
18.2
1.47
⑥举例（图5.3.7）
设计数据：
被保护舱室容积120m3，工作温度20℃，施放时间为10s，1211灭火浓度5%，驱动气体压力为25kgf/cm2。
首先把5%的体积浓度灭火剂化为单位容积的重量，按表5.3.5折算为0.380kg/cm3。
被保护舱室的全部需要量为：
以充装率1.2kg/L计算，贮存器容积为45.6÷1.2=38L，设计时取40L，设容器高度为0.5m，则：
容器直径：
图5－13管路计算示意图
容器内液体容积为：
1.83为20℃时1211液体密度（kg/L），这时：
从图5－11查得20℃时1211蒸汽压为2.66kgf/cm2。
管路中总管1~2，φ28×1，容积为1.59L，管段2~3及2~4，φ23×1，容积为3.8L，管路总容积等于5.39L。
因此：
管路流体阻力压降：
管段1——2当量长度，按表5－9、表5－10选取：
φ26阀一只——4.2
90°直角弯一只（φ26）——2.8
90°T形接头一只（φ26）——1.6
1：
0.8收缩节头二只——0.8
直管φ28×1——3
当量长度合计为12.4m。
管段2~3或2~4当量长度：
90°直角弯一只——2.2
直管φ23×1——5.5
当量长度合计为7.7m。
管路1~2管路施放率为：
45.6÷10=4.56（kg/s）；
管路2~3或2~4管路施放率为：
22.8÷
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