電力行業預制式全氟己酮滅火系統現場應用研究

第一作者簡介：曹向壯（1985-），男，工程師。研究方向為火電廠特殊消防系統與設備設施維保與安全管理。

*通信作者：林理量（1995-），男，碩士，助理工程師。研究方向為電力安全。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.16.044

摘" 要：由于《〈關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書〉基加利修正案》在我國生效，滅火劑七氟丙烷于2024年被禁止生產，并逐步淘汰。全氟己酮作為新一代滅火劑，可成為七氟丙烷的替代品。該文對全氟己酮滅火劑的性能與優點進行介紹，并對現有全氟己酮的性能研究進行簡述，同時對電力行業常見的火災風險點進行分析。最后，以某電廠熱控與電氣標準實驗室為對象，進行全氟己酮滅火系統案例分析。

關鍵詞：全氟己酮；火災；電力行業；消防；現場應用

中圖分類號：TM08" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）16-0183-04

Abstract： Due to the official implementation of the \"Kigali Amendment to the 'Montreal Protocol'\" in China， the production of the fire extinguishing agent heptafluoropropane is banned and gradually phased out in 2024. Perfluorohexanone， as a new generation of fire extinguishing agent， can become a substitute for heptafluoropropane. This article introduces the performance and advantages of perfluorohexaneketone fire extinguishing agents， and briefly describes the performance research of existing perfluorohexaneketone. At the same time， this paper analyzes common fire risk points in the power industry. Finally， a case study of a perfluorohexane fire extinguishing system was conducted in a thermal control and electrical standard laboratory for a certain power plant.

Keywords： perfluorohexanone; fire; electric power industry; fire fighting; field application

受工作人力、物力、時間的限制，電力企業無法頻繁對電力設備進行安全隱患排查，同時由于缺乏先進的電氣火災識別技術和必要的防火專業知識，無法準確識別出存在的隱患。一旦出現火災，無法及時發現或撲滅，導致火災范圍迅速擴大。此外，在進行滅火時，火焰蔓延、觸電、高溫等因素對消防人員的生命安全會產生極大的威脅。根據應急管理部的統計數據，2021年全國共接報火災事故74.8萬起，其中電氣火災占28.4%，其中因線路老化故障引發火災占80%。

當前電力行業常采用七氟丙烷作為滅火劑，但由于其具有較強的溫室效應潛力，七氟丙烷對氣候的負面影響使得其長期以來受到詬病。2021年9月15日，《〈關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書〉基加利修正案》在我國正式生效，2024年起七氟丙烷被我國凍結生產及使用，并逐步淘汰，因此急需尋找高效的環保滅火劑替代品。全氟己酮滅火劑作為新一代滅火劑，可滿足當前電力行業的消防需求。

1" 全氟己酮優點

全氟己酮化學式為C6F12O，常溫下是一種液態物質，其沸點為49.2 ℃，飽和蒸氣壓為0.4 bar，具有較強的揮發性，且絕緣性能好[1]。全氟己酮與常見滅火劑性能比對見表1。

由表1可知，全氟己酮具有滅火濃度低、滅火迅速等優點，可有效控制火災，抑制火情蔓延。相比于七氟丙烷，其溫室氣體效應弱，分解快，對氣候環境影響較小。此外，全氟己酮安全濃度高、毒性低，適用于人員密集的空間，滿足電力行業安全生產的需求。全氟己酮在噴灑出滅火劑后，二氧化碳與IG541會在使用后產生冷凝水，附著在設備上，可能會導致設備短路、腐蝕等問題，對正常設備產生損害，全氟己酮使用時則不會出現上述問題。鑒于全氟己酮具有介電強度高、不腐蝕、低碳環保、無污染、無毒、滅火性能好和易于保存等優點，適合作為電力行業的滅火劑[2-3]。

2" 全氟己酮滅火劑研究

王忠等[4]對全氟己酮的應用場景進行了介紹，例如管網式全氟己酮適用于常規建筑領域，預制式全氟己酮適用于無法安裝管道式滅火系統及狹窄空間，同時指出在電力、醫療、文博、機房和交通等領域均適合使用全氟己酮。

劉國強等[3]研究了全氟己酮在室內10 kV變壓器中的應用研究。研究表明，在模擬變壓器散熱管破裂后大量油流出形成油池火和流淌火現場時，火焰溫度最高可達600 ℃。在噴射全氟己酮后，試驗倉溫度在5 min內迅速下降至170 ℃，降溫速率達80 ℃/min。在打開試驗艙后沒出現復燃，沒出現火星殘留，體現出良好滅火與降溫特性。劉國強等[5]還研究了全氟己酮在電力開關柜的滅火性能，研究表明在線纜和斷路器自由燃燒120 s噴射全氟己酮滅火劑，火焰在5 s后熄滅，能快速降低火場的溫度和熱輻射值，使CO、SO2、NO等有毒有害氣體濃度迅速降低。

此外，全氟己酮也可用于鋰電池的滅火中，劉昱君[6]比對了若干種常用滅火劑對鋰電池的滅火性能，研究表明全氟己酮、七氟丙烷、細水霧和ABC干粉能有效撲滅鋰電池火焰且電池不發生復燃，而CO2的滅火能力較弱，滅火后電池出現復燃；比對各種滅火劑的降溫效果發現，細水霧與全氟己酮都有較好的冷卻能力，結合動力電池系統絕緣性和清潔性的應用場景，全氟己酮是鋰電池較好的滅火介質。同時全氟己酮與細水霧具有良好的協同作用，鋰電池的降溫速率相比于使用單一滅火劑有了明顯提升。同時，還研究了全氟己酮對高比能電池模組的滅火性能，研究表明，使用全氟己酮可有效提高發生熱失控時的電池溫度，且電池最高溫度下降。在使用全氟己酮滅火劑后為進一步取得更好的降溫效果以控制熱失控，通過持續探測滅火后電池的溫度與煙霧變化，可配合細水霧系統，在電池明顯升溫或出現煙霧前，利用細水霧液滴的穿透能力，以達到更好的冷卻效果。

蔡興初等[7]對全氟己酮滅火系統在磷酸鐵鋰電池儲能預制艙的應用進行了研究。研究時選擇了單個模塊為150 Ah的方形磷酸鐵鋰電池，使用5塊鋰電池作為模塊簇進行測試。在電池發生起火后，手動啟動滅火裝置進行噴淋，在噴淋4 s后，電池模塊火焰熄滅，隨后通過定時噴淋的模式對模塊進行降溫，滅火效果明顯。在撲滅火焰后通過不斷進行小劑量噴淋，實現了局部全淹沒式滅火，對電池熱失控起到了較好的控制效果。

許春元等[8]對全氟己酮與金屬及橡膠材質的兼容性進行了研究，研究選用了滅火劑容器常用金屬材料Q235與37 Mn及密封材料硅橡膠作為測試對象。Q235與37 Mn進行腐蝕性測試，將50 mm×25 mm×15 mm的腐蝕測試片放置于含有全氟己酮滅火劑的密封容器內，常溫浸泡180 d后取出檢測質量變化。試驗結果表明，Q235與37 Mn在全氟己酮中的腐蝕速率分別為0.000 249 mm/a與0.000 231 mm/a，滿足一級相容腐蝕速率指標。而硅橡膠在全氟己酮中浸泡180 d后，體積發生了一定增大，而拉伸強度則明顯降低，因此密封材料需要進一步改進。此外，郭春亮等[9]也進行了相關研究，研究表明全氟己酮與鋁合金及316 L的相容性較好，金屬表面未出現明顯腐蝕，對紫銅、黃銅則有明顯腐蝕；對三元乙丙橡膠密封圈的測試表明，全氟己酮對密封圈的性能影響不明顯，對滅火裝置的密封性不會產生明顯影響。

羨學磊等[10]對全氟己酮進行了局部應用研究，對噴淋壓力、速度、角度等進行研究。通過Fluent軟件DPM模型的仿真表明，對于單孔型旋芯噴嘴，滅火劑的濃度分布并不均勻，在靠近噴淋界面附近濃度急劇降低，滅火濃度的分界點對中心距離約為所在平面半徑的80%，而多孔噴嘴則為所在平面半徑的95%。同時研究表明，霧化半角對全氟己酮噴淋流量影響最大，設計高度在3.5～5.0 m時噴流流量較低，因此在設計滅火系統時，處于安裝成本與實用性考慮，在滿足覆蓋滅火半徑的前提下，優先減少霧化半角，并將滅火高度控制在一定范圍內。結合模擬計算，研究采用距離滅火點4 m、霧化半角20°、噴淋流量7.1 kg/s的設計，模擬油燃燒的場景，實現成功滅火。

3" 電力行業常見火災隱患

電力設備在產生接觸不良、短路、漏電、靜電和負載短路等危險因素的影響下，使設備局部過熱或產生火花，電力設備將長期處于危險的狀態，當滿足燃燒的條件后則會引起火災。對于電力行業，常見的火災風險有以下幾種情形[11-15]：①雖然短路故障一般可由配電系統自身的保護裝置進行切除，但仍有一部分短路故障保護裝置無法及時動作以保護設備。例如，設備線路接地不良或短路導致過電流產生，線路溫度升高，但由于線路繼電保護未動作，在長期過熱環境下，會導致線路絕緣層壽命大幅降低，導致線路起火自燃。②故障電弧也是電力設備常見的故障，可分為串聯故障電弧、并聯故障電弧等。線路導體出現局部缺口、接點與線路松開接觸不良等時，串聯故障電弧可能會產生，其故障電弧與線路呈現串聯連接。并聯故障電弧則屬于短路電弧故障，故障電弧常與線路載荷發生并聯，線路絕緣損壞與線路阻抗降低都可能導致并聯故障電弧的產生。③由于設備及電線長期暴露在大氣環境中，容易受環境中各種不穩定因素的影響。例如空氣中的灰塵會引起靜電，水汽與腐蝕性氣體會對電氣元件造成腐蝕，高壓導致絕緣擊穿，均可能引起產生火災。尤其是電纜工作環境復雜，線路存在局部破損或者接觸不良的缺陷，容易受潮或者發生腐蝕性氣體侵蝕，導致降低電纜絕緣老化性能下降，進而擊穿起火或爆炸。

4" 全氟己酮滅火系統應用

本工程將參考GB 50229—2019《火力發電廠與變電站設計防火標準》、DB 37/T 3642—2019《全氟己酮滅火系統設計、施工及驗收規范》、ISO 14520-5—2019《氣體滅火系統、物理特性和系統設計》等規范中的要求與參數進行設計。

4.1" 防護區概況

本工程擬在廣東省某火電廠熱控與電氣標準間安裝預制式全氟己酮滅火系統，防護區具體參數見表2。

4.2" 滅火系統設計

根據ISO 14520-5的規定，A類火設計濃度4.5%，高危A類火的設計濃度是5.6%，而E類電氣火的設計濃度是5.6%。綜上，本工程按照上述參考標準中最高的設計濃度5.6%作為改造方案的設計計算。

表2" 全氟己酮滅火系統防護區

根據ISO 14520-5—2019《氣體滅火系統、物理特性和系統設計》的要求，滅火劑所需質量計算公式如下[1，16]

m=■■ ，

式中：m為滅火劑質量，kg；c為設計滅火劑濃度，此處取5.6%；V為防護區域容積，m3；S為滅火劑過熱蒸汽在101 kPa大氣壓和防護區最低環境下的質量體積，m3/kg。

對于全氟己酮S計算公式參考DB 37/T 3642—2019《全氟己酮滅火系統設計、施工及驗收規范》，具體如下

S=0.066 4+0.000 274T，

式中：T為溫度，取20 °C；S取0.071 9 m3/kg。

泄壓口面積計算方式如下

FX=0.15■，

ms=■，

式中：FX為泄壓口面積，m2；ms為全氟己酮滅火劑在防護區的平均噴放速率，kg/s；Pf為圍護結構承受內壓的允許壓強，此處取1 200 Pa；t為噴灑時間，此處取10 s。

按照室內布置全淹沒全氟己酮滅火系統設計，各防護區域的滅火劑質量及設備參數見表3，現場全氟己酮系統如圖1所示。

4.3" 控制邏輯

①自動控制。在防護區無人時，將氣體滅火控制器的轉換開關撥到“自動”位置，滅火系統處于自動控制狀態。當溫感探測器或煙感探測器中其一被觸發，防控區內聲光報警器啟動，火災報警控制器報警；當溫感探測器與煙感探測器同時觸發時，判定為發生火災，房間外聲光報警器啟動，消防聯動控制器與氣體滅火控制器報警，警示處于防護區域內的人員撤離，聯動關閉非照明電源，切斷空調電源。根據人員安全撤離防護區的需要，延時30 s啟動滅火裝置電磁閥，滅火劑噴出實施滅火，同時啟動安裝在防護區門外的噴放指示燈，壓力開關動作信號反饋給氣體滅火控制器。②電氣手動控制。在防護區有人工作或值班時，將氣體滅火控制器轉換開關撥到“手動”位置，滅火系統即處于手動控制狀態。當防護區發生火情，可按下氣體滅火控制器內的手動啟動按鈕，或啟動設在防護區門外的緊急啟動按鈕，即可按上述程序啟動滅火系統，實施滅火。在自動控制狀態，仍可實現電氣手動控制。電氣手動控制實施前防護區內人員必須全部撤離。③緊急停止控制。當發生火災警報，在延遲時間內發現不需要啟動滅火系統進行滅火的情況時，可按下氣體滅火控制器上或手動控制盒內的緊急停止按鈕，即可阻止滅火指令的發出，停止系統滅火程序。

表3" 全氟己酮滅火系統設計參數

圖1" 現場全氟己酮滅火系統

5" 測試方法

完成安裝后，將對滅火系統進行測試，確認是否系統按如下流程響應：①當每個防護區的感煙探測器或感溫探測器觸發時，火災報警控制器報警，防控區內聲光報警器啟動；當感煙探測器和感溫探測器同時報警時判定為觸發火警，防控區外聲光報警器啟動，火災報警控制器報警與氣體滅火控制器報警，切斷非照明電源和空調電源，觸發滅火信號。②在不觸發探測器情況下，確定保險銷未拔出，短路滅火器線路，模擬滅火劑噴灑信號，測試放氣指示燈是否啟動。③無論是在手動方式或是在自動方式下，將現場緊急啟停按鈕啟動按下，測試是否觸發滅火器噴灑，放氣指示燈是否啟動。

經過測試，預制式全氟己酮系統可按設計流程運行。

6" 結論

全氟己酮滅火劑作為新一代滅火劑，具有滅火性能好，溫室效應低，絕緣性能好、安全等優點，可應用于消防管理日益嚴格的電力行業。在七氟丙烷逐步退出使用后，全氟己酮可成為七氟丙烷的替代品。因而，可對全氟己酮在各種場景下的滅火性能與應用作進一步研究，以適應未來各行業的消防需求。

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