干粉灭火系统

干粉灭火系统是一种由干粉供应源通过输送管道连接到固定的喷嘴上，通过喷嘴喷放干粉的灭火系统。干粉灭火剂平时储存于灭火设备中，灭火时依靠加压气体的压力将干粉从喷嘴喷出，射向燃烧物。当干粉与火焰接触时、发生一系列的物理与化学作用将火焰扑灭。

3.5.1　干粉灭火系统概述

一、干粉的类型、灭火机理及特性

1.干粉的类型

1）普通干粉灭火剂

普通干粉灭火剂是目前品种最多、用量最大的一类干粉灭火剂。这类灭火剂适用于B类火灾、C类火灾和带电设备火灾，因而又称为BC类干粉灭火剂。其种类主要有以下几种。

①以碳酸氢钠为基料的钠盐干粉，也称为小苏打干粉灭火剂，一般为白色。一种改进型的钠盐干粉（或称为改性钠盐干粉）为黑灰色，其灭火效率比钠盐干粉高出近一倍。

②以碳酸氢钾为基料的钾盐干粉，一般为淡紫色，其灭火效率比钠盐干粉高一倍。

③以尿素和碳酸氢钠（或碳酸氢钾）的反应产物为基料的氨基（或称毛耐克斯）干粉，其灭火效率高于钾盐干粉一倍。

2）多用干粉灭火剂

多用干粉灭火剂也称ABC干粉，适用于扑救A、B、C这三类火灾和带电设备火灾，但它并不适用于D类火灾。这类干粉多以磷酸盐为基料，一般为淡红色。其灭火效率大致与钠盐干粉相当。

3）金属干粉灭火剂

金属干粉灭火剂又称D类干粉，主要用来扑救钾、钠、镁等金属火灾。这类干粉之一以氯化钠为基料。有的金属干粉也可以用来扑救BC类火灾。

2.干粉的灭火机理

干粉灭火剂平时储存于灭火设备中，灭火时依靠加压气体的压力将干粉从喷嘴喷出，射向燃烧物。当干粉与火焰接触时，发生一系列的物理与化学作用将火焰扑灭。其灭火原理主要有以下三方面：

1）对有焰燃烧的抑制作用

有焰燃烧是一种链式反应过程。OH-和H+是维持燃烧链式反映的关键自由基。干粉灭火剂中的无机盐在燃烧区与火焰混合时，可以同时捕获OH-和H+。当OH-和H+被干粉灭火剂消耗的速度大于其生成速度时，则OH-和H+很快被耗尽，链式反应被终止，火焰即告熄灭。

2）对表面燃烧的灭火作用

以磷酸铵盐为基料的干粉灭火剂不仅可以扑灭有焰燃烧，而且还能扑灭一般固体物质的表面燃烧。以磷酸二氢铵为例，其晶体粉粒落到灼热的燃烧物表面时，反应所生成的偏磷酸（HPO3）和聚磷酸盐在固体表面高温作用下被熔化并形成一个玻璃状覆盖层，它能渗透到燃烧物表面的细孔中。这层玻璃状覆盖层将固体表面与周围空气中的氧隔开，使燃烧窒息。

3）其他作用

干粉灭火剂在高温作用下会发生一些分解反应，在燃烧区吸收大量的热量，并放出大量水蒸气和二氧化碳气体，起到冷却和稀释可燃气体的作用。

3.干粉的特性

1）灭火时间短、效率高。特别对石油和石油产品的灭火效果尤为显著。

2）绝缘性能好，可扑救带电设备的火灾。

3）对人畜无毒或低毒，对环境不会产生危害。

4）灭火后，对机器设备的污损较小。

5）以有相当压力的二氧化碳或氮气作喷射动力，或以固体发射剂为喷射动力，不受电源限制。

6）干粉能够长距离输送，干粉设备可远离火区。

7）在寒冷地区使用时不需要防冻。

8）不用水，特别适用于缺水地区。

9）干粉灭火剂长期储存不变质。

二、干粉灭火系统的分类、工作原理及系统组件

1.干粉灭火系统的分类

1）按驱动气体的储存方式可分为借助于单独储存在储气瓶内高压气体压力喷放灭火剂的加压型干粉系统、灭火剂与驱动气体共同储存在同一容器内的储压型干粉系统和借助于燃气发生器内固体燃料生成的气体压力驱动灭火剂的燃气型干粉系统三大类。

2）按其安装方式分式可分为系统组件全部固定的固定式干粉灭火系统以及干粉供应源或喷放器件可移动而其余组件固定安装的半固定式干粉系统两大类。

3）按喷放方式分为全淹没干粉系统和局部喷射干粉系统。其中局部喷射又可分为槽边喷射和高架喷射两类。

4）储存装置保护的防护区的多少分为组合分配系统和单元独立系统。

5）按灭火系统的结构特点分为管网灭火系统和预制灭火系统。

6）按管网的布置方式分为均衡系统和非均衡系统。

7）按充装灭火剂的种类分类为碳酸氢钠干粉系统、磷酸铵盐干粉系统、氨基干粉系统、氯化钾干粉系统、氯化钠干粉系统等。

2.干粉灭火系统的工作原理

如图3-63所示，火灾时，当保护对象着火温度上升到一定数值后，火灾探测器发出信号，打开启动瓶，同时，报警喇叭发出音响报警，这时，启动瓶中的气体通过止回阀把先导瓶打开，先导瓶中的高压气体进入集气管，使管中压力迅速上升，到一定数值后，其余5只动力气瓶同时打开，高压气体经集气管、高压阀进入减压阀，再经减压后通过球阀甲进入干粉罐。同时，集气管中少量气体经减压器乙和过滤器后分成两路，一路进入单向气动放大器，另一路进入气动定压发信器。当干粉罐的压力上升到规定压力后定压发信器给出信号使单向气动放大器动作。这时。气体通过放大器推动汽缸甲、乙，把球阀乙、丙同时打开。于是，干粉罐中的粉气混合流经球阀乙、输粉管和喷嘴喷洒到保护对象表面。同时，动力气瓶内的高压气体又经过球阀丙从干粉罐的顶部直接进入，以加速干粉的喷射速度。

图3-63　干粉灭火系统组成示意图

此外，还可以用手动方式直接把动力气瓶打开，排除高压气体，实施向干粉罐充气、充压，喷洒干粉等动作。干粉灭火系统动作流程如图3-64所示。

图3-64　干粉灭火系统动作流程图

3.系统组件

干粉灭火系统一般由灭火设备和自动控制设备两大部分。

其中灭火设备由干粉罐、动力气瓶、减压阀、过滤器、阀门、输粉管道、喷嘴（喷枪）等构成；自动控制设备由火灾探测器、报警控制器、启动瓶等构成。

1）干粉罐

干粉罐是装有一定质量干粉灭火剂的密封压力容器，具有储存和输送的功能，是干粉灭火系统的主体。它是一只筒体为圆柱形，两端为椭圆形封头的压力容器，也有的采用球形压力容器。它由罐体、装粉口、出粉管、压力表、安全阀、进气口、排气口、清扫口等组成。见图3-65。

图3-65　干粉储罐结构示意图
1—罐体；2—安全阀；3—装粉口；4—压力表；5—出粉口；6—进气口；7—清扫口

干粉储罐平时密封储存干粉灭火剂。灭火时，动力气体从进气口进入罐内，使罐内的干粉灭火剂产生剧烈的搅动，造成干粉疏松，干粉储罐内的压力一般在20s左右上升到工作压力，即打开出口阀门，干粉即被气体冲出，形成具有适当气粉比的气粉两相流，再经输粉管由喷嘴或喷枪、干粉炮喷射出去。因此，干粉储罐既是干粉储存容器又是干粉输送装置的组成部分。

干粉罐的直径和高度比例应合适，因这些尺寸会影响干粉喷射效果。干粉罐的生产已系列化，有100、150、200、300、500、750、1000、1500、2000L等规格。防护区较大时，可将几个干粉罐并联使用。

其中，出粉管是将干粉罐内的干粉导出，再通过输粉管输送至防护区。出粉管的出口一般在干粉罐圆柱体的上部或顶部。出粉管的进粉嘴都设在干粉罐内中心下部。进粉嘴有直管形、锐角形、喇叭形三种。

直管形进粉嘴不需特别加工，但进口处管子的锐边要倒钝，以减少粉气流在进口处的阻力损失。

锐角形进粉嘴，需加工为30°斜角，可在出粉管端部直接加工，也可另作一个用螺纹与出粉管相连。该进粉嘴与干粉储罐底部距离即使小一些，排粉也不会发生困难，但缺点是进粉嘴周围的进粉量不均，容易使一侧的余粉量过多。

喇叭形进粉嘴，是将出粉管进口加工成张角为20°左右的喇叭，可采取胀管的方法制作，也可另加工一个喇叭口与出粉管焊接或螺纹连接。这种喇叭形进粉嘴局部阻力损失小，排粉时间短、效能高。

上述三种进粉嘴中，喇叭形进粉嘴性能最好。但小型干粉罐的进粉嘴增加一点局部阻力损失对动力气体用量不会产生明显影响，所以，现在生产的小型干粉灭火设备仍多采用直管形和锐角形进粉嘴；大型干粉灭火设备，则采用喇叭形进粉嘴。

2）动力气瓶

干粉灭火剂是由气体驱动并携带喷射出去，大型干粉灭火系统一般采用氮气作为动力气体，小型干粉灭火系统多采用二氧化碳气体作为动力气体。因此，作为动力气体应保证质量，要求不能含有水分和其他可能腐蚀容器的成分。当使用二氧化碳气体时，要注意通常用干冰制得的液态二氧化碳不能满足要求，除非采取可靠措施除去水分和油质。对于储气系统，这些动力气体平时储存在动力气瓶内，因此，动力气瓶对系统的使用有着很大的影响。

3）减压阀

为了减小储气瓶的体积，动力气体都储存在高压气瓶内。气瓶的压力高达15Mpa，甚至达到20MPa，而干粉储罐的工作压力一般都不超过2MPa。为了保证给干粉储罐安全供气，必须安装减压阀。减压阀有三种；第一种是安装在每只气瓶的出口，第二种是安装在瓶组的总输气管上，第三种是安装在干粉储罐的进气口。较常用的是安装在输气管路上的减压阀。

减压阀的作用是将动力气瓶内的13～15MPa的高压气体减压到1.2～2.0MPa，以供给干粉储罐作为动力。当干粉储罐的压力下降时，主阀门又自动开启，减压阀恢复对干粉储罐的供气。减压阀是保证干粉储罐功能的重要部件，在干粉灭火设备的设计中，必须加工或选择功能良好的减压阀。必须保证所用减压阀进口压力与气瓶压力相匹配。出口压力要满足干粉储罐工作压力要求，减压阀在规定的出口压力下要保证适当流量，一般应在20s内使干粉储罐充到工作压力。减压阀长期使用时，应保证自动开闭的灵活。

4）启动瓶

启动气瓶一般为一小氮气瓶，工作压力15MPa。其作用有两个：一是平时给探测管道充气，并控制活塞阀处于关闭状态；二是着火后推动动力气瓶的气动阀开启并发出警报。

5）选择阀

在组合分配系统中，每个防护区或保护对象应设一个选择阀，其作用是控制干粉流向。为了便于操作，它一般设置在靠近干粉储存容器处。同时，为不影响干粉流动，其公称直径应与连接管道的公称直径相同。按驱动方式的不同可分为电动、气动及液动三种形式，每种形式的选择阀又都具有机械应急操作功能。

6）干粉喷嘴

目前使用的干粉喷嘴主要有三种形式：直流喷嘴、扩散喷嘴和扇形喷嘴。干粉喷嘴由喷口、喷腔、接口等部分组成。制造喷嘴的材料必须耐腐蚀，且要具有足够的强度，如黄铜、不锈钢等。喷嘴的作用是将粉气流均匀地喷出，将着火物表面完全覆盖，以实现灭火。为了适应不同保护场所的需要，干粉喷嘴主要有三种形式：直流喷嘴、扩散喷嘴和扇形喷嘴，干粉喷嘴的工作压力可在0.01～0.7MPa之间。由于喷嘴口径和喷嘴压力不同，每个喷嘴的喷粉量可为9～470kg/min，喷射距离为1～12m。

7）管道和附件

气体输送管路：指从气瓶到干粉储罐的管路。管路上装有高压阀、减压阀、进气阀等。气体管路上的管道、配件、阀门等均应采用铜或不锈钢材料制造。如采用钢制体，则必须经过严格的防锈处理，并经消防监督部门认可。无论采用哪种材质的管道，在减压阀前必须要加装气体过滤器，以免杂物进入减压阀。影响其减压性能和密封性能。

干粉输送管：一般采用经防锈处理的无缝钢管。管道连接采用焊接时，一定要保证内壁平滑，以防止发生干粉堵塞。当采用法兰连接时，最好采用凸缘法兰，以保证连接处的平滑。

阀门：干粉输送管路上的阀门（包括总管上的阀门和各防护区的选择阀）一定要采用球阀，以便使阀门通道的内径与干粉输送管路的内径保持一致，不然会造成阻粉现象，甚至发生堵塞。

3.5.2　干粉灭火系统的设计原则

一、干粉灭火设备的设置要求

（1）干粉灭火设备要设置在保护区域（对象）以外靠近防护区（对象）的地方，并应设在屋内。当防护对象为可燃液体储罐组时，干粉灭火设备要安装在防火堤以外，并要安装在专用房间内。如果保护对象在大型厂房内，干粉灭火设备可安装在厂房内，但要保持适当的防火间距。

（2）干粉灭火设备要避免设在工厂的高温或爆炸危险区的范围内。

（3）设置地点要便于气瓶和干粉灭火剂互换时的操作，不要与其他装置的操作区设在一起。如果设在经常有人通过的地方，则必须另加防护措施。

二、干粉灭火系统适宜场所

干粉灭火系统对A、B、C、D四类火灾都可以使用，但大量的还是用于B、C类火灾（但应根据保护对象选用相应的干粉灭火剂）。

干粉灭火系统适用于下列场所。

1.易燃、可燃液体和可熔化的固体火灾

这类火灾发生的主要场所有：易燃、可燃液体储罐、淬火油槽、清洗油槽、涂料库、喷涂间、反应釜、可燃液体散装库、飞机库、汽车停车场、锅炉房、液化气站、油泵房、加油站、装卸油栈桥、化工装置等。

2.可燃气体或可燃液体以压力形式喷射的火灾

这类火灾发生的主要场所有：输气管、输油管、反应塔、换热器、可燃气体压缩机房、液化石油气站、煤气罐、煤气炉、油井、天然气井、天然气运输船等。

3.各种电气火灾

由于干粉灭火剂有很好的绝缘性能，可以在不切断电源的条件下扑救电气火灾，尤其用于那些含油的电气设备火灾，如室内外变压器、油浸开关等火灾。

4.木材、纸张、纺织品等A类火灾的明火

这类场所有：木材场、造纸厂、印刷厂、棉花加工厂、胶带厂等。在用干粉灭火设备扑救这类火灾时，宜与喷水灭火设备配合使用。

前者（干粉）能迅速控制明火，降低火势和辐射热，后者（水）能扑灭余火。

5.D类火灾，指金属火灾

如钾、钠、镁、钛、锆、锂、铝镁合金、铝钛合金火灾等。扑救这类火灾的干粉灭火设备，必须灌装专门用来扑救金属火灾的干粉灭火剂。

三、干粉灭火系统不适宜场所

（1）干粉不能用于扑救自身能够释放氧气或提供氧源的化合物火灾。例如，硝化纤维、过氧化物等的火灾。

（2）普通燃烧物质的深位火或阴燃火，因为干粉灭火剂达不到其燃烧部位。

（3）不宜扑救精密仪器、精密电气设备、计算机等发生的火灾，因为干粉灭火剂会对上述仪器设备产生污染或损坏。

固定干粉灭火系统虽有种种优点，但是也有其不足之处，即不能有效地解决复燃问题。因此国内外又相继出现了干粉、泡沫联用装置，这种装置既提高了灭火效率，又克服了干粉灭火系统的缺点，促进了干粉灭火系统向更加广阔的领域发展。

四、设计计算

干粉灭火剂的需用量应根据保护对象体积的大小和空间封闭情况确定。被保护空间是封闭的或者火灾时门、窗等开敞部位能及时关闭的，灭火剂需用量最小。如果被保护空间有一定开口不能封闭，则应根据开口面积的大小适当增加干粉灭火剂的用量。

1.被保护空间所需干粉灭火剂数量可由下式计算

2.对于露天或室内的独立保护对象

按照可能燃烧的表面积计算干粉灭火剂用量如下：

3.干粉罐的容积

由被保护空间（或独立保护对象）所需干粉灭火剂总量乘以每单位重量干粉灭火剂所占体积（见表3-47）求出。以此得到的容积完全可以容纳所需干粉灭火剂并有一定多余空间。随着储存时间增长，干粉灭火剂储存高度会因灭火剂粉末之间空隙减小而减小。

表3-47　计算干粉罐容积参数表

根据求出的干粉罐容积，则可选定干粉罐。由于圆柱形储罐较球形储罐容易加工，一般选用圆柱形储罐。因罐径影响灭火剂的余量和喷粉时间，所以最佳罐径要由试验确定。目前，干粉罐已形成系列化标准产品，有50kg、100kg、150kg、300kg、500kg、750kg、1000kg、2000kg、3000kg等规格，可根据要求择定。

4.输送干粉用的气体储气量的计算

5.储气瓶数量

6.干粉喷头数量计算

7.干粉输送管线压力降计算

干粉输送管线应尽可能缩短距离，弯头越少越好，弯头要求平滑，对于干粉输送弯头的弯曲半径应符合下列要求：

8.干粉储罐内气体工作压力的计算

9.干粉管道内径的确定

主要考虑合理增大管径，降低流速，以减少阻力损失；但流速过低亦会导致粉气分离，粉剂沉积于管道下部，严重时会造成堵塞，因此要规定各种管径的最小流量。试验表明，设计干粉管道，一般应选用最小流量的4～5倍。在不同管径内干粉灭火剂的最小流量，见表3-48所示。

表3-48　干粉灭火剂在管道内的最小流量

干粉输送管道设计要注意以下几点：主干管长度不应超过100m；干管最小直径不应小于32mm；所有喷嘴出流孔面积之和应等于主干管截面积的70%～80%；干管转弯处不应紧接支管；转弯处应尽可能接近保护区；支管截面积的总和应等于干管截面积；一切管道附件内部都应光滑，无阻流截面；管道总容积比干粉罐容积大，随着出粉球阀的打开，罐的压力将急剧下降，这一点在管道设计时务必考虑。

以上关于管道压力损失的计算较为复杂，且某些参数较难确定。在工程设计中都根据经验数据，然后通过实验验证。在干粉罐与保护区的距离不超过40m时，如干粉罐压力为1.5～2.5MPa时，实验证明，喷头处的压力仍可达0.05～0.7MPa，在这种情况下管道的压力损失可不再进行计算。

3.5.3　干粉灭火系统的应用

根据目前国内使用的干粉灭火系统的现状，下面介绍国产ZFR150型干粉灭火系统的动作程序、工作原理及应用。

一、ZFR150型干粉灭火系统

ZFR150型干粉灭火系统采用紫外、红外线复合火灾自动探测报警，燃气发射干粉新技术，具有使用安全可靠、结构简单、占地小、喷射滞后时间短、喷射迅速的特点。该系统由于改革了传统的压缩空气作发射动力，因而避免了漏气、罐充气的麻烦。ZFR150型干粉灭火系统的性能参数见表3-49所示。

表3-49　ZFR150型干粉灭火系统性能指标

ZFR150型干粉灭火系统由火灾自动报警系统和干粉发射系统两部分组成，如图3-66所示。火灾报警系统由防爆的紫外和红外探测器、报警控制器等组成；干粉发射系统由干粉罐、燃气发生器、出粉管路和喷嘴等组成。

图3-66　ZFR150型干粉灭火系统示意图

系统的工作原理如下：火灾发生时，紫外和红外探测器先后将火警信号送到报警控制器，为防止误报，报警控制器只有接到两个信号后才发出声光报警，同时自动点燃燃气发生器内的固体燃料，燃料燃烧生成的燃气推动干粉沿管路经喷嘴喷出，扑灭初期火灾。根据使用对象和场合的不同，灭火系统也可与感烟、感温探测器联动。在经常有人的地方也可采用半自动操作，即人工确认火灾，按下启动按钮就可完成全部灭火动作。

二、应用举例

某厂室内变压器，其干粉灭火系统布置如图3-67所示。

1.主要参数

1）室内空间体积：υ＝6×7×8m3＝336m3

2）可开启的孔洞面积：f＝2×3m2＝6m2

3）干粉用量：M＝υ×q1＋q2×f＝（336×0.65＋6×2.7）kg＝235kg

图3-67　某厂变压器干粉灭火系统布置示意图

选用两套ZFR150型干粉固定灭火装置。

4）干粉种类：钠盐和干粉。

5）喷头布置：平台上上部4只喷头，集油坑2只喷头。

6）配管：由表3-48确定主管管径为323.5mm，支管管径为25mm，材料选用镀锌无缝钢管。管道的支撑间距按表3-50的规定选取。

表3-50　干粉管道支持间隔

7）控制方式：两套并用，具有自动、手动两种控制方式。

2.设计说明：布置管道喷头时应注意安全距离；控制线应穿钢管或采用铠装屏蔽电缆，以防强电场干扰造成误动作；灭火时应切断电源，保证安全。

任务实施