一种用于气固复合灭火剂的制备及充填施放一体化装置
阅读说明：本技术 一种用于气固复合灭火剂的制备及充填施放一体化装置 (Preparation, filling and discharging integrated device for gas-solid composite fire extinguishing agent ) 是由 张和平 邢浩然 陆松 程元 于 2021-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于气固复合灭火剂的制备及充填施放一体化装置,包括相连的灭火剂制备单元、灭火剂装填单元,灭火剂施放单元；所述的灭火剂制备单元包括反应器,所述反应器的上端面从左至右依次设置有驱动气体口、灭火剂施放口、进料口、灭火剂装填口,所述的反应器的上端设有温度、压力采集接口,所述反应器的外部设置有加热模块；所述的灭火剂装填单元包括灭火剂装填管路；所述的灭火剂施放单元包括驱动气体管路,灭火剂施放管路。通过此装置,可以实现不同种类的气固复合灭火剂的制备及灭火剂充填与施放过程的一体化,操作简便,并可实现气固复合灭火剂制备、充填和施放的条件优选。(The invention discloses a preparation, filling and discharge integrated device for a gas-solid composite fire extinguishing agent, which comprises a fire extinguishing agent preparation unit, a fire extinguishing agent filling unit and a fire extinguishing agent discharge unit which are connected; the fire extinguishing agent preparation unit comprises a reactor, wherein a driving gas port, a fire extinguishing agent applying port, a feeding port and a fire extinguishing agent filling port are sequentially arranged on the upper end surface of the reactor from left to right, a temperature and pressure acquisition interface is arranged at the upper end of the reactor, and a heating module is arranged outside the reactor; the fire extinguishing agent filling unit comprises a fire extinguishing agent filling pipeline; the fire extinguishing agent discharging unit comprises a driving gas pipeline and a fire extinguishing agent discharging pipeline. The device can realize the preparation of different kinds of gas-solid composite extinguishing agents and the integration of the processes of filling and discharging the extinguishing agents, is simple and convenient to operate, and can realize the optimal conditions of the preparation, filling and discharging of the gas-solid composite extinguishing agents.)
技术领域
本发明涉及气固灭火剂制备领域，具体涉及一种用于气固复合灭火剂的制备及充填施放一体化装置。
背景技术
粉基型灭火剂和气体灭火剂是目前消防领域常用的两大类灭火剂。粉基型灭火剂如ABC干粉、BC干粉及其超细化改性的干粉灭火剂因其环境友好、价格低廉、易于存储等优势被广泛应用于扑灭固体、液体、电气等多种类型的火灾。干粉灭火剂主要通过其本身及热分解产物稀释隔离氧气方式进行灭火，辅以部分自由基淬灭反应，对于固体类深位火灾往往有较好的灭火效率。但是干粉类灭火剂灭火过程中吸热效果较差，自由基淬灭反应效率较低，导致其灭火效率较低。气体灭火剂，包括哈龙类灭火剂如哈龙1301、1211，氢氟烃类哈龙替代灭火剂如五氟乙烷、六氟丙烷、七氟丙烷，环保型高沸点哈龙替代灭火剂(常温下为液态)如全氟己酮、2-BTP，主要通过淬灭燃烧自由基链式反应，吸收火场中的热量来实现灭火。由于气体灭火剂遇到火焰后由于火灾烟气的浮力和自身的热分解，到达火焰根部的灭火剂浓度较为有限，这对于固体深位火灾灭火效率影响较大；同时，化学类气体灭火剂自由基淬灭反应的终产物主要是腐蚀性、毒性气体，将对环境中的人员和设备造成进一步潜在的危害。粉基型灭火剂和气体灭火剂存在的固有缺陷制约了其在消防领域的应用。
气固复合灭火剂作为一种新型灭火剂，根据Skaggs(Assessment of the firesuppression mechanics for HFC-227ea combined with NaHCO3[C]//Proceedings ofthe 12th Halon Options Technical Working Conference,HOTWC.2002:1-11.12thProceedings of Halon Options Technical Working Conference.Albuquerque,NewMexico,2002:1-11.)、Ni等(Experimental study of new gas-solid compositeparticles in extinguishing cooking oil fires[J].Journal of fire sciences,2011,29(2):152-176.)公开报道，气固复合灭火剂可以综合气体和粉体灭火剂的协同优势，相比单一类型的灭火剂，可以较好的克服灭火剂中存在的固有缺陷，发挥更好的灭火效果。然而，上述的报道及类似的中国专利CN101417166B、CN103877693A，往往只停留在介绍特定的气固复合灭火剂的制备配方上，对于气固灭火剂制备的一般装置没有报道。此外，评估灭火剂重要标准是灭火剂的灭火效果。一般而言，需要将制备完成需要将其装入灭火罐，再充装驱动气体加压后，在压力作用下将其施放到火场。而现有的气固灭火剂实验室制备，充填和施放过程往往是分开操作，灭火剂制备完成后需要将制备装置拆卸，将制备好的灭火剂取出后转移到灭火剂充填罐内，再进行驱动气体的填充与施放以评价灭火剂的灭火效果，操作繁复，且转移过程中容易造成物料的损耗。同时，下一次灭火剂制备与施放过程需要重新搭建装置并重复上述步骤，无法快速实现研发阶段气固灭火剂大量制备及灭火评估应用，也无法较便捷的实现整个气固灭火剂制备、充填、施放过程的实验条件优选。
因此，设计一种用于气固复合灭火剂的制备及充填施放一体化的装置，不但能解决如上所述的问题，还可以大大简化操作，实现不同种类的气固复合灭火剂制备、充填和施放过程的一体化，并可以实现气固复合灭火剂制备、充填和施放的条件优选，大大提高评估新型灭火剂灭火特性的效率。
发明内容
为了解决上述灭火剂的缺陷和实际应用中存在的问题，本发明提出了一种用于气固复合灭火剂的制备及充填施放一体化装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于气固复合灭火剂的制备及充填施放一体化装置，其特征在于：包括相连的灭火剂制备单元、灭火剂装填单元，灭火剂施放单元；
其中，所述的灭火剂制备单元包括反应器，所述反应器的上端面从左至右依次设置有驱动气体口、灭火剂施放口、进料口、灭火剂装填口，所述的反应器的上端设有温度、压力采集接口，所述反应器的外部设置有加热模块；
所述的灭火剂装填单元包括灭火剂装填管路8，所述的灭火剂装填管路8上连接有三通接头4，所述的三通接头4右端与真空泵6通过管路相连，其间设置有第一截止阀5-a，所述的三通接头4下端与灭火剂供给管路7相连，其间设置有第二截止阀5-b；
所述的灭火剂施放单元包括驱动气体管路9，灭火剂施放管路10，其上分别装有第五截止阀5-e和第四截止阀5-d；
所述反应器驱动气体口连接驱动气体管路9，所述的反应器灭火剂施放口连接灭火剂施放管路10，所述的反应器灭火剂装填口连接灭火剂装填管路8。
进一步地，所述的反应器为耐压容器1；优选地，耐压容器1为圆柱体，可耐压10MPa。
进一步地，所述的加热模块为包裹在耐压容器1外部的加热带2；优选地，加热带2可加热到300℃。
进一步地，所述的反应器进料口连接进料管3，其上设有适用于粉体的第三截止阀5-c。
进一步地，所述的反应器进料管3可输送固体原料；优选地，进料管3可输送ABC、BC类干粉灭火剂、二氧化硅、沸石、分子筛、云母或蒙脱土。
进一步地，所述的灭火剂供给管路7可输送常温为液态或气态的灭火剂；优选地，灭火剂供给管路7可输送全氟己酮、全氟戊酮、2-BTP、水、七氟丙烷、六氟丙烷或五氟乙烷。
进一步地，所述的反应器上端的温度、压力采集接口，其上分别连接有温度计11和压力表12，温度计11的温度探头在耐压容器1内的高度可变；优选地，温度计11的温度探头位于反应器中间高度位置。
进一步地，所述的驱动气体管路9可输送驱动气体；优选地，驱动气体管路9可输送氮气、二氧化碳或空气。
进一步地，所述的驱动气体管路9、灭火剂施放管路10、进料管3、灭火剂装填管路8、灭火剂供给管路7、第一截止阀5-a、第二截止阀5-b、第三截止阀5-c、第四截止阀5-d、第五截止阀5-e为耐压耐腐蚀器件；优选地，驱动气体管路9、灭火剂施放管路10、进料管3、灭火剂装填管路8、灭火剂供给管路7、第一截止阀5-a、第二截止阀5-b、第三截止阀5-c、第四截止阀5-d、第五截止阀5-e可耐压10MPa。
进一步地，所述的耐压容器1用于气固灭火剂的制备、存储和驱动气体充填容器。
特别地，本发明通过如下实现：
一种用于气固复合灭火剂的制备及灭火剂充填施放一体化装置，所述装置包括耐压容器1、加热带2、进料管3、三通接头4、第一截止阀5-a、第二截止阀5-b、第三截止阀5-c、第四截止阀5-d、第五截止阀5-e、真空泵6、灭火剂供给管路7、灭火剂装填管路8,驱动气体管路9、灭火剂施放管路10、温度计11、压力表12；所述的耐压容器1为圆柱体容器；
所述的耐压容器1外包裹有加热带2，耐压容器1上设置有温度计11和压力表12，温度计11温度探头位置在耐压容器1内高度可调，进料管3、灭火剂填充管路8、驱动气体管路9、灭火剂施放管路10与耐压容器1上端相连，进料管3、驱动气体管路9、灭火剂施放管路10上分别设置有第三截止阀5-c、第五截止阀5-e，第四截止阀5-d，灭火剂装填管路8通过三通接头4与真空泵6和灭火剂供给管路7相连，三通接头4与真空泵6之间设置有第一截止阀5-a，灭火剂供给管路7上设置有第二截止阀5-b；其中：
所述的耐压容器1作为气固复合灭火剂制备的反应器，用于气固灭火剂的制备、存储和驱动气体的充填；
所述的加热带2用于提供耐压容器1内的温度条件；
所述的进料管3用于固体原料的供给，安装在进料管3上的第三截止阀5-c用于控制进料管3的开闭；
所述的三通接头4用于连接真空泵6和灭火剂供给管路7；
所述的第一截止阀5-a用于控制真空泵6和灭火剂填充管路8之间的连通，第二截止阀5-b用于控制灭火剂供给管路7的通断；
所述的真空泵6用于抽离反应器内的气体，提供真空条件；
所述的灭火剂供给管路7用于供给灭火剂；
所述的灭火剂填充管路8用于将灭火剂供给管路7和真空泵6与耐压容器1相连；
所述的驱动气体管路9用于供给充填灭火剂的驱动气体，第五截止阀5-e安装在驱动气体管路9上用于控制驱动气体管路的开闭；
所述的灭火剂施放管路10用于耐压容器1内充填的灭火剂和驱动气体的施放，第四截止阀5-d安装在灭火剂施放管路10上，用于控制驱动气体管路的开闭；
所述的温度计11用于监测反应器内温度，压力表12用于监测反应器内压力。
本发明与现有的实验装置相比，有如下优点：
1.可以实现不同种类的气固复合灭火剂的快速一体化便捷制备及制备条件的筛选优化。
2.可以实现不同种类的灭火剂在不同驱动气体充装压力下的填充与施放；
3.可以实现不同种类的灭火剂热响应特性测试；
4.无需拆卸装置转移气固复合灭火剂即可实现灭火剂的制备、充填、施放一体化过程，产品集成化程度高，操作简便。
附图说明
图1是本发明的一种用于气固复合灭火剂的制备及灭火剂充填施放一体化装置结构示意图。
图2是从俯视角度的装置位置示意图。
图中，1耐压容器、2加热带、3进料管、4三通接头、5-a第一截止阀、5-b第二截止阀、5-c第三截止阀、5-d第四截止阀、5-e第五截止阀、6真空泵、7灭火剂供给管路、8灭火剂装填管路、9驱动气体管路、10灭火剂施放管路、11温度计、12压力表。
具体实施方式
以下参照附图及具体实施方式对本发明进行进一步说明。
图1是本发明的一种用于气固复合灭火剂的制备及灭火剂充填施放一体化装置结构示意图。图2是从俯视角度的装置位置示意图。如图1所示，本发明的一种用于气固复合灭火剂的制备及灭火剂充填施放一体化装置，包括耐压容器1、加热带2、进料管3、三通接头4、第一截止阀5-a、第二截止阀5-b、第三截止阀5-c、第四截止阀5-d、第五截止阀5-e、真空泵6、灭火剂供给管路7、灭火剂装填管路8,驱动气体管路9、灭火剂施放管路10、温度计11、压力表12；本实施例所用的耐压容器1为柱体容器。上述各个部分通过机械连接、焊接、胶连接等方式组成一套装置。
所述的耐压容器1外缠绕有加热带2，温度计11和压力表12安装在耐压容器1上，温度计11温度探头位置在耐压容器1内高度可变，进料管3、灭火剂填充管路8、驱动气体管路9、灭火剂施放管路10与耐压容器1上端开口采用机械卡套连接的方式相连，进料管3、驱动气体管路9、灭火剂施放管路10上分别安装有第三截止阀5-c、第五截止阀5-e，第四截止阀5-d，灭火剂装填管路8通过三通接头4与真空泵6和灭火剂供给管路7机械连接，三通接头4与真空泵6之间安装有第一截止阀5-a，灭火剂供给管路7上安装有第二截止阀5-b；
本实施例中，耐压容器1、驱动气体管路9、灭火剂施放管路10、进料管3、灭火剂装填管路8、灭火剂供给管路7、第一截止阀5-a、第二截止阀5-b、第三截止阀5-c、第四截止阀5-d、和第五截止阀5-e为316型耐腐蚀不锈钢材质，可耐压10Mpa。
本实施例中，加热带2选用阻燃、防腐型不锈钢铠装加热带，加热温度范围0-300℃。
本实施例中，温度计11选用有固定外螺纹的K型铠装热电偶型温度传感器，温度计11通过螺纹连接的方式与耐压容器1的温度采集接口相连，螺纹间涂有密封胶，温度计11温度计探头材质为耐腐蚀316L不锈钢，探头直径为0.5cm,探头长度可伸入到耐压容器1的中部，温度监测范围为0-800℃。
本实施例中，压力表12选用有固定外螺纹的机械压力表，压力表12通过螺纹连接的方式与耐压容器1的压力采集接口相连，螺纹间涂有密封胶，压力表12材质为耐腐蚀316不锈钢，工作温度为-40-400℃，测压范围为-0.1-6Mpa。
本实施例中，驱动气体选用高纯氮气，经由驱动气体管路9、第五截止阀5-e进入耐压容器1，第五截止阀5-e可以控制驱动气体的进出。
本实施例中，固体原料选用沸石，经由进料管3、第三截止阀5-c进入耐压容器1，第三截止阀5-c可以控制固体原料的进入。
本实施例中，灭火剂选用常温为液态的全氟己酮，经由灭火剂供给管路7、第二截止阀5-b、三通接头4、灭火剂装填管路8进入耐压容器1中。
本实施例中，真空泵6选用油泵，可抽出耐压容器1内的气体，抽气过程可由第一截止阀5-a、真空泵6控制；
本实施例的一种用于气固复合灭火剂的制备及灭火剂充填施放一体化装置在使用时，按照如下操作：
1、装置检查。固体原料装载前先关闭所有的截止阀，即第一截止阀5-a、第二截止阀5-b、第三截止阀5-c、第四截止阀5-d、第五截止阀5-e，关闭真空泵6。
2、固体原料的装载与预处理。打开第三截止阀5-c，向耐压容器1内装入一定量的固体原料沸石后关闭第三截止阀5-c；开启加热带2，并设置加热温度为200℃，打开真空泵6，并打开第一截止阀5-a，对固体原料沸石进行2小时的真空活化操作，排除固体加入耐压容器1前表面吸附的外界气体；关闭截止阀5-a，关闭真空泵6。
3、灭火剂的装填及气固灭火剂的制备。将加热带2温度设置为大于液体灭火剂全氟己酮沸点(0.1MPa下为49℃)的温度，虽然低压条件可以使液体灭火剂沸点降低，为了保证液体灭火剂全部气化，优选将加热带2的温度设置为60-100℃；观测温度计11示数稳定到设定值后，打开第二截止阀5-b，在耐压容器1真空的作用下，一定量的液体灭火剂全氟己酮随即被吸入耐压容器1中，关闭第二截止阀5-b；保持此加热温度，静置，时间大于12小时；关闭加热带2，观察温度计11的示数降至室温。
4、驱动气体的填充。打开第五截止阀5-e，填充高纯氮气，观察压力表12的示数至目标填充压力后，关闭第五截止阀5-e；
5、灭火剂的施放。打开第四截止阀5-d，所制备的气固复合灭火剂即从耐压容器1内经灭火剂施放管路10喷出。
本实施例中不同种类的气固复合灭火剂的制备，可通过灭火剂供给管路7供给不同类型的气体或液体灭火剂和进料管3供给不同固体原料实现。
本实施例中气固复合灭火剂制备条件的筛选优化，可以通过改变气固复合灭火剂的原料、加热带2的加热温度、气固复合灭火剂的制备时间、真空泵6抽真空时间来实现。
本实施例中不同种类的灭火剂在不同驱动气体充装压力下的填充与施放，可通过进料管3、第三截止阀5-c、真空泵6、第一截止阀5-a、灭火剂供给管路7、第二截止阀5-b、三通接头4、灭火剂装填管路8、驱动气体管路9、第五截止阀5-e、灭火剂施放管路10和第四截止阀5-d实现。对于所制备的气固复合灭火剂的填充与施放过程如上述操作步骤所述。同时，本装置也可以实现对单独固体灭火剂和液体或气体灭火剂的填充与施放。对于固体灭火剂，通过开启第三截止阀5-c，固体灭火剂从进料管3进入耐压容器1后，关闭第三截止阀，开启真空泵6，打开第一截止阀5-a，当压力表12示数显示耐压容器1压力接近真空时，关闭第一截止阀5-a，关闭真空泵6，打开第五截止阀5-e，驱动气体通过驱动气体供给管路9供入耐压容器1中，观察压力表12，当到达目标充装压力后，关闭第五截止阀5-e，打开第四截止阀5-d即可实现固体灭火剂在不同充装压力下的充填与施放；对于液体或气体灭火剂，通过开启真空泵6、第一截止阀5-a，当压力表12示数显示耐压容器1压力接近真空时，关闭第一截止阀5-a，关闭真空泵6，打开第二截止阀5-b，一定量的液体或气体灭火剂经过三通接头4，灭火剂装填管路8通入耐压容器1，关闭第二截止阀5-b，打开第五截止阀5-e，驱动气体通过驱动气体供给管路供入耐压容器1中，观察压力表12，当到达目标充装压力后，关闭第五截止阀5-e，打开第四截止阀5-d即可实现液体和气体灭火剂在不同充装压力下的充填与施放。
本实施例中不同种类的灭火剂热响应特性测试可以通过对已装入耐压容器1内的气体、液体、固体和气固复合多种灭火剂，通过改变加热带2的温度，观察温度计11和压力表12示数的变化来测试灭火剂的热响应特性。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。