CN115300855A - 一种用于氢气火灾的复合灭火剂、灭火系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种用于氢气火灾的复合灭火剂、灭火系统及方法。该复合灭火剂使用三氟甲烷、氮气、二氧化碳和氦气混合物，尤其适用于封闭、半封闭空间。该灭火方法针对氢气火灾，将三氟甲烷灭火速度快、易汽化、性质稳定的特点与二氧化碳对氢气燃烧爆炸的化学抑制作用、惰性气体氮气和氦气环保无害、扩散能力强等诸多优点相结合，能够使火灾现场快速降温，稀释氧气浓度并阻断火焰链式反应，实现氢气火灾的高效扑灭。该灭火系统响应迅速，能够精准识别安全情况，并做出相应反馈；本发明所使用的复合灭火剂对于氢气火灾的降温以及灭火效果好，且稳定性较高，腐蚀性和毒性很弱，具有较高的安全性。

Description

一种用于氢气火灾的复合灭火剂、灭火系统及方法

技术领域

本申请属于灭火安全技术领域，主要涉及一种快速抑制氢气火灾的灭火系统及方法。

背景技术

氢气具有低碳清洁无污染、来源广泛多样，能量密度高等优点。与其他燃料相比，氢气燃烧时只生成水，而不会造成二氧化碳、碳氢化合物及其他污染物的排放，真正实现低碳甚至零碳排放。此外，氢气的燃烧热值高达142.5KJ/g，约为同质量汽油的三倍，通过氢燃料电池，氢能的综合转化效率可达90％以上，是多种能源形式高效转化的理想媒介，在工业冶金、新能源汽车、分布式发电、可再生能源调峰储能等领域有丰富的应用场景。因此，发展氢能对于我国节能减排、实现碳中和具有重大意义。目前氢能相关产业也得到了世界各国的大力推广。

然而，氢能在安全方面仍面临许多挑战。氢的化学活泼性和强渗透能力能在一定条件下引发金属的氢脆，造成氢气泄漏。而氢气较强的扩散能力，使其能够在微小缝隙处快速泄漏。由于氢的可燃范围很宽且着火能量很低，一旦泄漏，即使在无明显火源的情况下，仍有可能发生自燃，危险性较大。此外，氢气燃烧速度也远高于天然气，发生爆燃甚至爆炸的危险性较大，尤其是在密闭空间中。氢的这些特性使得氢安全已成为目前氢能产业发展的重点难点，如何精准迅速地识别氢气火焰、有效抑制氢气燃烧、快速扑灭氢气火灾则成为氢安全的关键保障。

针对氢气易扩散、易燃易爆的特点，多数现有灭火剂在灭火速度、灭火范围及安全性等方面仍存在不足。同时，目前设置用于氢气火灾的灭火方式包括氮气稀释剂、水雾等方式，仍缺乏明确且统一的规范或建议，在灭火效率上仍存在不足，针对氢气火灾的高效灭火剂急需发展与推广。而除了灭火剂的选用外，现有应对氢气泄露与氢气火灾的监测与灭火系统在响应时间、精准程度等方面仍有待加强。

因此，需要发明一种更安全、更高效的氢气火灾灭火方法及系统。

发明内容

为解决上述存在的问题。本申请的目的在于：提出一种针对氢气的火灾灭火方法及灭火系统。该系统中使用三氟甲烷、二氧化碳、氮气及氦气的混合物作为氢火焰灭火剂，并结合一种氢气火灾快速监测及灭火系统，达到氢气火灾快速监测、高效灭火的效果。

为实现上述目的，本申请采用如下的技术方案：

一种用于快速抑制氢气火灾的复合灭火剂，其特征在于，所述灭火剂包括：25％-50％(体积比)三氟甲烷(CF₃H)、10％-15％(体积比)二氧化碳、25％-35％(体积比)氮气及15％-25％惰性气体。利用三氟甲烷和惰性气体灭火的优点，具有物理和化学双重抑制火焰燃烧的作用，其降温效果明显、灭火速度快、气体扩散能力强，与现有多种灭火剂相比具有更高的氢气火灾灭火效率。优选的，该惰性气体为氦气。

本申请提供一种灭火系统，其特征在于，用于密闭的储藏有储氢罐的空间内，包括：

复数传感器，复数所述传感器用于检测氢气的浓度、温/湿度信息及起火时火焰信息，复数所述传感器分别电性连接至控制模块，

至少一个灭火装置，所述灭火装置内存储有如上述的复合灭火剂，所述灭火装置电性连接控制模块并基于控制模块的指令动作。

基于传感器反馈的信息控制连接的电动灭火装置，若判断异常时，控制连接的电动灭火装置动作，喷出上述的复合灭火剂，以迅速的灭火。

优选的，该灭火系统，其特征在于，还包括：

摄像装置，其电性连接控制模块，所述摄像装置配置于空间内的中上部，用于获取储氢罐及其连接的管道的图像信息，并将获取的图像信息传输至控制模块。

优选的，该摄像装置配置成可旋转的，基于控制模块的控制旋转摄像视野，用于获取氢气泄漏、火灾现场的实时景象。

优选的，该传感器包括：氢气浓度传感器、温湿度传感器及火焰传感器，

所述氢气传感器分布于管道连接处等易泄漏点的上方，以实时监测氢气的泄露情况；

所述温湿度传感器和火焰传感器分别用于收集储氢罐附近的温、湿度信息和对氢气火焰的快速有效感知。

优选的，该灭火系统还包括，报警器，所述报警器电性连接控制模块，并基于控制模块的指令动作。

述氢气火灾快速响应灭火系统的灭火方法，

本申请实施例提供一种上述灭火系统的灭火方法，其特征在于，包括：

基于氢气浓度传感器采集密闭空间内的氢气浓度信息并反馈至控制模块，

基于温湿度传感器及火焰传感器获取检测温度信息及氢火焰燃烧的信息并反馈至控制模块，

控制模块基于接收的氢气浓度信息、温度信息及氢火焰燃烧的信息进行判断是否触发火警警报，即判断是否发生火灾。

优选的，该灭火方法，其特征在于，

若检测的氢气浓度低于燃烧下限(<4％)且并未燃烧时，发出一级火警，该场合下仅触发报警器与排风扇，以降低氢气浓度；

若检测的氢气浓度超过燃烧下限、温度超过设定的阈值和/或检测出发生燃烧时，发出二级火警，该场合下触发灭火装置及报警器，调节灭火剂的喷射方向至火焰处，并调节流量，从而确保氢气火焰的快速扑灭；

若未检测的泄漏则不触发火警警报。

优选的，该灭火方法，其特征在于，

触发灭火装置时还包括，基于控制模块控制灭火剂阀门和灭火剂喷头以调节喷射流量和喷射角度，以将灭火剂喷射至火焰附近进行灭火。

有益效果

本申请提出的复合灭火剂，利用三氟甲烷和惰性气体灭火的优点，具有物理和化学双重抑制火焰燃烧的作用，其降温效果明显、灭火速度快、气体扩散能力强与现有多种灭火剂相比具有更高的氢气火灾灭火效率。且对金属管材及设备的腐蚀性很弱。将复合灭火剂与氢气火灾快速响应系统相结合。该系统能够通过氢气浓度传感器、温湿度传感器、火焰传感器和摄像头等多个信号收集装置，准确判断用氢装置的安全程度，并进行快速响应。通过控制系统，对灭火剂的喷射方向与流量进行调节，达到快速扑灭氢气火焰的目的。

附图说明

图1是本申请实施例的高效灭火系统的功能模块示意图；

图2是本申请实施例的高效灭火系统的示意图；

图3是本申请实施例的工作原理及流程图；

图4是本申请实施例的高效灭火方法的流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

本申请提出一种复合灭火剂，该灭火剂包括：25％-50％(体积比)三氟甲烷、25％-35％(体积比)氮气、10％-15％(体积比)二氧化碳及15％-25％(体积比)惰性气体，用于氢气火灾的复合灭火剂。该复合灭火剂结合了三氟甲烷和惰性气体灭火的优点，无毒无臭，性质稳定安全，具有物理和化学双重抑制火焰燃烧的作用。降温效果明显、灭火速度快、气体扩散能力强，性质稳定，安全性高。该灭火剂相比于仅包含三氟甲烷的灭火剂，具有更低的温室效应潜能值，而且其使用后对装置的腐蚀和污染损伤较少，尤其适用于对管路密封性要求较高的用氢装备。

本申请提出一种包括上述复合灭火剂的氢气火灾快速响应灭火系统。

该系统包括：

复数传感器，该复数传感器用于检测氢气的浓度、温湿度信息及起火时火焰信息，复数传感器分别电性连接至控制模块，控制模块电性连接电动灭火装置，

控制模块基于传感器反馈的信息控制连接的电动灭火装置，若判断异常时，控制连接的电动灭火装置动作，喷出上述的复合灭火剂，以迅速的灭火。

接下来结合图1来描述本申请提出的氢气火灾快速响应灭火系统。该系统用于储藏有储氢罐的场合(如密闭的空间内)，

灭火系统，包括：

复数传感器，该复数传感器用于检测氢气的浓度、温湿度信息及起火时火焰信息，复数传感器分别电性连接至控制模块，控制模块电性连接电动灭火装置，

摄像装置，其电性连接控制模块，摄像装置应于获取储氢罐及其连接的管道的图像信息，并将获取的图像信息传输至控制模块，

复数灭火装置，其对着储氢罐及其连接的管道，该灭火装置为电动灭火装置，连接控制模块(控制模块也称控制系统)，

控制模块基于传感器及摄像装置反馈的信息控制连接的电动灭火装置，若判断异常时，控制连接的电动灭火装置动作，喷出上述的复合灭火剂，以迅速的灭火。该传感器包括：氢气浓度传感器、温湿度传感器及火焰传感器。传感器配置成，氢气传感器分布于管道连接处等易泄漏点的上方，便于及时监测氢气的泄露情况；温湿度传感器和火焰传感器分别用于收集储氢设备附近的温、湿度信息和对氢气火焰的快速有效感知。摄像装置配置成可旋转，这样设置可基于控制模块的控制旋转摄像视野，摄像头用于获取氢气泄漏、火灾现场的实时景象，辅助安全人员获得可视化信息。在一实施方式中，控制模块连接报警器，判断出异常时通过报警器发出提示信息。控制模块根据接收到的监测信息进行判断是否发生火灾，并控制报警器与灭火装置的启闭；报警器用于在探测到火焰信号后快速发出响应，起到报警警示作用；电动灭火装置起到控制灭火器开关、灭火剂喷射流量、喷射角度等相关设置。

接下来结合附图2和图3来详细地描述氢气火灾灭火系统，该系统用于一个受限空间(如房间)内，在封闭、半封闭房间内，建立一种使用复合灭火剂的氢气火灾快速响应系统。

该系统包括：

氢气浓度传感器、温湿度传感器、火焰传感器、摄像头，电动灭火装置(作为动作执行装置)及报警器，其分别连接至控制模块，

电动灭火装置内储存有上述的复合灭火剂，

两个氢气传感器分布于管道连接处等易泄漏点的上方，便于在氢气泄露向上扩散时快速监测氢气浓度；

温湿度传感器和火焰传感器在管道/管道连接等易泄露处各设置一个，分别用于收集储氢设备附近的温、湿度信息和对氢气火焰的快速有效感知；

摄像头设置于房间的上部，通过控制摄像解读，获取氢气泄漏、火灾现场的实时景象，这样便于辅助安全人员获得可视化信息。

控制模块(控制系统)根据接收到的监测信息进行判断是否触发火警警报，即判断是否发生火灾，并控制报警器与(电动)灭火装置的启闭；报警器起到报警警示作用；灭火装置可为多个，本实施方式中，采用三个电动灭火装置在房间上部平均分布，通过控制灭火器开关、灭火剂喷射流量、喷射角度，做到对易泄漏易着火位置的有效覆盖。墙上还配置有排风扇，其电性连接控制模块，该控制模块基于传感器反馈的信息，进行火警等级判断(一级火警/二级火警)。

一级火警时触发排风扇(如氢气浓度传感器检测的氢气浓度低于燃烧下限(<4％)且并未燃烧时，仅触发报警器与排风扇)。

二级火警时触发灭火装置及报警器。

接下来结合图4来描述上述氢气火灾快速响应灭火系统的灭火方法，

该方法包括：

基于氢气浓度传感器采集密闭空间内的氢气浓度信息并反馈至控制模块，

基于温湿度传感器及火焰传感器获取检测温度信息及氢火焰燃烧的信息并反馈至控制模块，

控制模块基于接收的氢气浓度信息、温度信息及氢火焰燃烧的信息进行判断是否触发火警警报，即判断是否发生火灾。具体的该判断包括：

若检测的氢气浓度低于燃烧下限且并未燃烧时，发出一级火警，该场合下仅触发报警器与排风扇，以降低氢气浓度；

若检测的氢气浓度超过燃烧下限、温度超过设定的阈值和/或检测出发生燃烧时，发出二级火警，该场合下触发灭火装置及报警器，调节灭火剂的喷射方向至火焰处，并调节流量，从而确保氢气火焰的快速扑灭。

若未检测的泄漏则不触发火警警报。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡如本申请精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于快速抑制氢气火灾的复合灭火剂，其特征在于，所述灭火剂包括：

25％-50％三氟甲烷(CF₃H)、10％-15％二氧化碳、25％-35％氮气及15％-25％惰性气体。

2.如权利要求1所述的用于快速抑制氢气火灾的复合灭火剂，其特征在于，所述惰性气体为氦气，其含量为15％-25％(体积比)。

3.一种灭火系统，其特征在于，用于封闭或半封闭的带有储氢罐的空间内，所述灭火系统包括：

复数传感器，复数所述传感器用于检测氢气的浓度、温/湿度信息及起火时火焰信息，复数所述传感器分别电性连接至控制模块，至少一个灭火装置，

所述灭火装置内存储有如权利要求1或2所述的复合灭火剂，所述灭火装置电性连接控制模块并基于控制模块的指令动作，

基于传感器反馈的信息控制连接的电动灭火装置，若判断异常时，控制连接的电动灭火装置动作，喷出上述的复合灭火剂，以迅速灭火。

4.如权利要求3所述的灭火系统，其特征在于，还包括：摄像装置，其电性连接控制模块，所述摄像装置配置于空间内的中上部，用于获取储氢罐及其连接的管道的图像信息，并将获取的图像信息传输至控制模块。

5.如权利要求4所述的灭火系统，其特征在于，所述摄像装置配置成可旋转的，基于控制模块的控制旋转摄像视野，用于获取氢气泄漏、火灾现场的实时景象。

6.如权利要求3所述的灭火系统，其特征在于，所述传感器包括：氢气浓度传感器、温湿度传感器及火焰传感器,

所述氢气传感器分布于管道连接处等易泄漏点的上方，以实时监测氢气的泄露情况；所述温湿度传感器和火焰传感器分别用于收集储氢罐附近的温、湿度信息和对氢气火焰的快速有效感知。

7.如权利要求3所述的灭火系统，其特征在于，还包括报警器，所述报警器电性连接控制模块，并基于控制模块的指令动作。

8.一种如权利要求3-7中任一项所述灭火系统的灭火方法，其特征在于，包括：

基于氢气浓度传感器采集密闭空间内的氢气浓度信息并反馈至控制模块，基于温湿度传感器及火焰传感器获取检测温度信息及氢火焰燃烧的信息并反馈至控制模块，控制模块基于接收的氢气浓度信息、温度信息及氢火焰燃烧的信息进行判断是否触发火警警报，即判断是否发生火灾。

9.如权利要求8所述的灭火方法，其特征在于，

若检测的氢气浓度低于燃烧下限且并未燃烧时，发出一级火警，此时仅触发报警器与排风扇，以降低氢气浓度；

若检测的氢气浓度超过燃烧下限、温度超过设定的阈值和/或检测出发生燃烧时，发出二级火警，触发灭火装置及报警器，调节灭火剂的喷射方向至火焰处，并调节流量，从而确保氢气火焰的快速扑灭；

若未检测的泄漏则不触发火警警报。

10.如权利要求9所述的灭火方法，其特征在于，

触发灭火装置时还包括，基于控制模块控制灭火剂阀门和灭火剂喷头以调节喷射流量和喷射角度，以将灭火剂喷射至火焰附近进行灭火。

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