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摘要：全氟己酮灭火剂作为一款备受瞩目的新一代洁净灭火剂，具有灭火高效且喷放后无残留的特点，被视为七氟丙烷等氢氟烃类灭火剂的替代物之一。结合全氟己酮灭火剂的实际应用及相关理论研究，对全氟己酮灭火剂在灭火应用中的灭火机理进行分析，得出其存在窒息法、冷却法、隔离法以及化学抑制法的灭火机理的结论，并采用FDS软件模拟了将全氟己酮灭火剂雾化喷淋后的灭火情况，对结论加以论证。

关键词：全氟己酮灭火剂；冷却；窒息；FDS

前言

在当今以绿色环保为主题的大环境背景下，我国各行业领域的发展同样处于逐步转型之中。哈龙灭火剂的淘汰，无不突出了研发新型高性能环保灭火剂的必要趋势。诸多新型灭火剂问世，七氟丙烷气体灭火剂因其卓越的灭火性能进而被广泛应用，但同时其对环境气候的影响也不容小觑。介于其具有明显的温室效应，我国决心将于2024年前逐渐退出七氟丙烷市场，相比之下，全氟己酮灭火剂作为新一代洁净灭火剂，引起了广泛的关注。

全氟己酮灭火剂（Novec1230），最早由美国3M公司推出，将全氟己酮与七氟丙烷灭火剂的灭火性能进行对比研究，发现全氟己酮灭火剂具有更为广阔的发展前景[7]。国内已有不少进行全氟己酮灭火剂工业化生产的厂家。其臭氧消耗潜能值为零，于大气中存活寿命短，是解决氢氟烃类灭火剂所造成的环境污染问题的关键性因素，国内多数学者将研究重点聚焦在将其作为七氟丙烷气体灭火剂的替代物之上，但尚未见对该种灭火剂灭火性能的深入研究报道。笔者从消防技术中基本灭火机理出发，对全氟己酮灭火剂相关机理展开研究探讨。

1全氟己酮基本性质及特点

全氟己酮化学代号为FK-5-1-12。全氟己酮灭火剂又简称“氟化酮”，是一种全氟己酮的卤代烃灭火剂，作为新型哈龙替代品已取得显著进展，在国外受到广泛认可。全氟己酮在常温常压下以液态形式存在，灭火剂采用低压储罐储藏，释放后无残留，方便且稳定。

目前全氟己酮具有多种已知的合成方法。美国3M公司公开的专利合成工艺，采用六氟丙烯与全氟丙酰氟，在温度为70℃，压力1MPa的情况下进行反应，加入溶剂二甘醇二甲醚，同时使用活性氟化钾进行催化反应，从而生产得到全氟己酮。该工艺流程具有较好的反应收率，进而被广泛推崇及效仿。

全氟己酮基本物化性质见下表1所示。

作为洁净灭火剂，从环保角度上来看，全氟己酮灭火剂不同于七氟丙烷灭火剂等哈龙替代品，对全球温室效应无影响，且对人体及环境可视为无危害。在灭火效率及灭火浓度上，全氟己酮灭火剂同样具有哈龙灭火剂所拥有的优势。最值得一提的便是其能从根本解决哈龙及哈龙替代物带来的环境污染问题，是名副其实的新型绿色环保灭火剂，这也是其作为新一代哈龙替代物的关键因素之一。

全氟己酮具体环境影响参数见下表2所示。

2模型建立

运用FDS软件，建立一个长6m、宽3m、高3m的封闭房间。将喷头设置在中心顶部，喷头流量为10L/min。于房间正中心处放置模拟油盆燃烧器，火源功率设置为2.0MW。在火源上方0.3m处放置一个热电偶用以测量温度，在火源右侧0.1m处放置一个探头，测量氧气的体积分数，如图1所示。

3全氟己酮灭火剂灭火机理研究

通常对火灾的防控主要是通过窒息、隔离、冷却及化学抑制等手段，破坏燃烧三要素，阻隔可燃物与氧气反应，破坏燃烧链式反应中的自由基，从而达到扑灭火灾的目的。通过对全氟己酮灭火数值模拟，来研究其灭火机理。

3.1冷却机理

在图1所示的几何模型建立之上，反应采用正庚烷火燃烧，模拟了全氟己酮灭火剂雾化喷淋灭正庚烷火的情况。

将燃料预燃10s至最高温度410℃，然后施加全氟己酮灭火剂。从图2中可以看出，在施加灭火剂后火场温度迅速下降，温度从最高410℃开始下降直至趋于稳定。由于全氟己酮灭火剂的沸点较低，常压下其沸点为49.2℃，可通过气体状态方程计算得出全氟己酮灭火剂临界温度约为441.81K[8]。将全氟己酮灭火剂进行喷放后，由于着火点火焰的温度（≥400℃）远远大于其沸点（49.2℃）温度，所以全氟己酮灭火剂会迅速汽化，单位体积灭火剂液滴雾化后总表面积会增大数千倍，而增大液滴表面积可以吸收火场大量热量，进而冷却了燃烧反应，45s后火焰熄灭，火场温度逐渐降低。可见全氟己酮灭火剂具有较好的冷却降温灭火作用。

3.2窒息及隔离机理

运用FDS软件，采用图1所示模型，模拟了将全氟己酮灭火剂雾化喷射灭正庚烷火的状况，灭火过程中氧气占比变化情况如下图3所示。

由图3可知，反应开始发生时，氧气占比从21%降至19%，这是由于正庚烷火燃烧导致氧气消耗所致。在全氟己酮灭火剂开始施加后，氧气占比出现骤降波动，这主要是因为喷头喷射灭火剂后瞬间对火焰产生了压制，出现短暂的火焰拉伸作用，从而导致了氧气占比的波动。直至火焰停止燃烧，氧气占比呈现下降波动趋势。由于全氟己酮具有较高的蒸气压，约为水蒸汽压（约为3.17kPa）的13倍，温度达到近90℃时饱和蒸汽压可以达到约330kPa。当全氟己酮灭火剂通过大流量雾化的喷嘴喷射到火场中时，灭火剂在持续升温作用下进行汽化。雾化后的全氟己酮灭火剂液体小颗粒在喷放过程中，受到火场的高温作用，雾化液态颗粒迅速汽化膨胀，体积扩大，由于全氟己酮蒸汽压大于水，则其汽化后膨胀的气体体积倍数必将超过水雾水汽化后1600倍的扩大倍数。因此，汽化后的全氟己酮可以迅速降低燃烧火场的氧气体积浓度并且对气态可燃物存在稀释排斥作用，从而启到隔绝氧气、窒息燃烧、消除控制可燃物来源终止燃烧的灭火机理效果。由此可知，全氟己酮灭火剂具有良好的隔氧窒息作用。

同时，雾化后的颗粒随着喷放后迅速吸热汽化，体积膨胀，在火焰上方形成隔离层，对氧气有一定的隔离作用，降低火源附近的氧气浓度，对燃烧反应进行破坏，反应最终由于缺氧而终止。

3.3化学抑制机理

通过理论分析和数值模拟的方法研究全氟己酮对甲烷火焰的影响，发现全氟己酮对甲烷火焰具有抑制作用的灭火效果[3]。

运用FDS软件，采用图1所示模型，反应采用甲烷火燃烧，模拟了将全氟己酮灭火剂雾化喷射灭甲烷火的状况，灭火过程中的温度变化如下图4所示。

由图4可知，将燃料预燃约10s至最高温度410℃，然后施加全氟己酮灭火剂。在施加灭火剂后火场温度骤降，降温趋势相比于灭正庚烷火更加显著，35s后火焰熄灭，温度逐渐降低。灭火总时间25s，可见全氟己酮对甲烷火焰具有抑制作用。

全氟己酮灭火剂高温热裂解产物通过研究可知，550℃时全氟己酮开始分解，在超过650℃时裂解剧烈，气体产物主要包括十氟丁烷（CF3CF2CF2CF3）、六氟丙烯（CF3CF=CF2）和全氟异戊烷[CF3CF（CF3）CF2CF3][12]。在中低温区（≤750℃）裂解生成氟化氢的比重高[2]。而裂解氟化氢的产生量受到裂解温度和滞留时间的影响较大。

全氟己酮灭火剂高温在裂解温度650℃～750℃的情况下，同样会生成六氟丙烯以及CF3CF=CF2自由基，裂解产生的含氟自由基会与于燃烧化学链式反应生成的O，H，OH等燃烧自由基发生反应，从而导致火焰燃烧过程中，化学链式反应的中断[9]。

全氟己酮灭火剂化学抑制灭火过程发生化学反应如式（1）～（21）所示。

4结语

通过运用FDS软件进行模拟和理论分析，对全氟己酮灭火剂的灭火机理进行研究。发现无论是窒息法、隔离法、冷却法或是化学抑制法，全氟己酮灭火剂均具有上述灭火机理的灭火效果。

结合研究表明，全氟己酮灭火剂在灭火应用中，因其具有高沸点的性质，主要是汽化吸热，冷却降温的灭火机理为主，同时耦合了隔氧窒息和化学抑制作用。

全氟己酮灭火剂作为备受瞩目的新型含氟灭火剂替代型灭火剂。从全氟己酮灭火剂具有多样化的灭火机理角度来看，笔者认为在今后的研究领域当中，如何发挥出全氟己酮灭火剂最佳灭火性能，应当是后续实验研究中值得关注且研究的重点。

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