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浅谈食用油火灾灭火剂的研究现状

当宁消防网 发表日期:2014-07-11 13:17:44 浏览次数:3448

  厨房火灾是一种较为常见的火灾,全国每年都有许多因厨房发生火灾而造成人员伤亡和财产损失的报告。据统计,在德国每年大约有20~30万人在家庭厨房中因用火不慎而受伤,特别是在一些宾馆、饭店等人员密集场所的商业厨房场所,一旦发生火灾则更易导致严重的人员伤亡和财产损失。例如,1999年1月10日,四川达州市通州商城因底层餐厅厨房电热油炸锅内食用油温度过高起火酿成特大火灾,造成10人死亡、20人受伤。另据美国消费产品安全委员会(CPRC)统计,2003年在美国发生的118700起厨房火灾中,有60%以上是因为食用油温度失控、过热而引发燃烧。东京消防厅对2006年东京都发生的灶具或食用油火灾进行了分析,结果发现,油炸食品时食用油着火引起的火灾占该类案例的51%。为有效扑救食用油和油脂等烹饪用油或堆积的油垢所引发的火情,降低火灾损失,必须采用高效的灭火剂快速控制火势,有效扑灭火灾。

  一、食用油火的火灾特性

  动植物油的主要成分是饱和及不饱和脂肪酸的甘油三酯,其密度一般为0.95~0.98g/mL,不溶于水。食用油的闪点一般在300℃以上,明显高于一般的燃油和润滑油,因此从点燃特性来说,食用油较为安全。尽管在常温下食用油难以蒸发,但是当对其持续加温时,其蒸发速率也相应加快,油层上方的蒸气浓度很快就达到可燃极限之内,只要有明火出现,食用油就很容易被点燃。当油层温度达到360~370℃以上时,常见的食用油品种均会发生自燃,并且很快达到充分燃烧状态,油温迅速升高至400~600℃。一旦燃烧则具有很高热量足以维持持续燃烧。因此,食用油火体现出热释放速率高、蔓延速度快等特点,并且由于燃烧介质整体温度偏高以及在燃烧过程中会因成分变化而导致自燃点降低(试验证明食用油燃烧时其部分热分解产物的自燃点在65℃左右)等情况,若无有效的降温手段,极易导致灭火之后发生复燃。因此,食用油火灾是一类较为难以控制的火灾。因其独特的火灾特性,食用油火曾被建议列为新的一类火灾。ISO3941-2007《火灾分类》和BSEN2-1992《火灾分类》中将食用油火命名为F类火,而在NFPA10-2007《手提式灭火器》和UL711-2004《灭火器灭火级别及灭火试验》中被列为K类火。

  二、食用油火灾灭火剂的研究现状

  食用油火灾灭火剂的适用性评价,应主要考虑灭火剂的灭火性能、灭火剂的毒性以及是否影响商业继续服务等综合因素。因此,适宜的食用油火灾灭火剂应具备快速灭火、灭火过程无飞溅、不易复燃、毒性低、灭火之后易清理等特性。

  2.1液体灭火剂

  使用水成膜泡沫灭火剂和蛋白泡沫灭火剂等常用泡沫灭火剂虽然可以用来扑救食用油火灾,但是不宜被推荐使用。其主要原因在于,使用这类泡沫灭火剂灭火时,所产生的泡沫在热油面上无法维持较好的稳定性,无法起到充分覆盖、隔绝的作用。并且使用该类泡沫灭火剂扑救食用油火时,在灭火剂施加初期会发生短暂而猛烈的轰燃现象,火焰尺寸迅速增大至之前的数倍,同时还会发生强烈的飞溅现象,产生沸溢,从而极易引燃烹饪设备周围的其他可燃材料。在手提式灭火器中使用该类灭火剂还会对操作者带来潜在危险。正因为如此,在美国保险商试验室制定的厨房灭火系统测试标准UL300《商用厨房灭火系统装置的灭火试验》以及我国GA498-2004《厨房设备灭火装置》标准中均需进行防飞溅试验。值得注意的是,为达到较好的起泡性能,常规泡沫灭火剂中碳氢类表面活性剂发泡剂的添加量一般都在10%以上,因此产品的售价相对较高。

  在碱性条件下,酯与碱金属盐可以发生皂化反应(Saponification),其典型的反应过程见图1所示。利用这一原理制成的灭火剂对食用油火极为有效,也是目前扑救食用油火灾最为成熟可靠的灭火剂,其主要起皂化反应的灭火组分为钠或钾的碱金属盐类,如碳酸钾、碳酸氢钾、硅酸钠、醋酸钾等。将这些碱金属盐按一定比例加入水中,即可形成灭火剂。当这类灭火剂施加于热油面时,具备一定的冷却、降温作用,特别是在大量溢出气体和脂肪酸盐的作用下,可以形成一个泡沫层,从而隔绝空气与高温食用油,并限制高温油气的蒸发,从而起到灭火的作用。

  曾有美国专利描述了一种食用油火灾灭火剂,使用碳酸钾等碱金属盐作为皂化剂,为降低盐类对金属的腐蚀作用,同时加入重铬酸钠作为腐蚀抑制剂。但必须指出,重铬酸钠的毒性极高,不宜用于厨房灭火产品的组分。另外,一个美国专利中描述了一种食用油火灾灭火剂,使用碳酸钾作为皂化剂,同时使用含硼化合物调节灭火介质体系的pH值,从而降低其腐蚀性。还有类似专利使用醋酸钾、碳酸氢钾、碳酸氢锂或碳酸氢钠作为皂化剂,并使用含硼化合物调节灭火介质体系的pH值。为进一步提高灭火效率,曾有专利使用碳酸钾或碳酸氢钾等碱金属盐作为皂化剂,并且进一步加入氟表面活性剂作为润湿剂和成膜剂。但必须指出的是,灭火材料中所使用的氟表面活性剂大部分都难以被生物降解,具有持久性有机污染物的特性,并且已经对自然环境和人类健康带来较大的危害。因此,尽管在食用油火灾灭火剂中使用会起到良好的灭火效果,但是会对厨房环境造成污染,影响人体健康。但总体来看,以皂化反应为灭火机制的液体灭火剂仍是目前较为成熟和常用的食用油火灾灭火剂。

  2.2粉体灭火剂

  常用的BC和ABC干粉灭火剂以碳酸氢钠和磷酸二氢钠为主要灭火组分,可与加热状态下的油脂发生皂化反应。曾有国外专利描述过用于食用油火的粉体灭火剂,亦有研究人员探索了使用气固复合灭火剂扑救食用油火的效果。从上述发明和研究的应用效果来看,使用粉体灭火剂扑救食用油火存在一定问题:一是粉体灭火剂不具备冷却降温效果,从而导致灭火之后极易复燃;二是由于粉体的弥散性,会导致灭火之后整个厨房区域易被粉体污染,火场清理极其困难,从而对清洁度要求极高的厨房场所造成难以彻底根除的污染。实际上,早在NFPA96《商业烹饪设备的通风及火灾防护标准》的1973年版中就指出,ABC干粉灭火剂所采用的磷酸二氢铵灭火组分皂化反应程度不高,所产生的泡沫层较少,并且磷酸二氢铵熔化物及粉体难以清洗和清理。因此,ABC干粉灭火剂被禁止用于厨房场所。总体而言,如无特殊情况,一般不宜使用粉体灭火剂作为食用油火灾灭火剂。而在实际的产品应用中,目前也尚未有一种粉体灭火产品能够满足UL300《商用厨房灭火系统装置的灭火试验》的要求。

  2.3气体灭火剂

  以为CO2例,其作为一种惰性气体,可以扑救一些相对封闭场所的固体和液体火灾,其主要灭火机理是窒息并有一定的吸热作用。但是使用CO2扑救食用油火灾存在一定问题:使用CO2虽然可以控制明火,但灭火之后的食用油依旧会保持相当高的、超过自燃点的温度,在CO2逐渐散去之后,未经冷却的食用油在接触到氧气后,能随时引起复燃。而且CO2浓度很高时可能使人窒息死亡,在厨房这种经常有人工作的场所有一定的安全隐患。因此,在没有成熟的理论和试验基础上,不宜使用气体灭火剂扑救食用油火灾。例如,NFPA96-2001《商业烹饪设备的通风及火灾防护标准》中即规定“在厨房的烹调区不应使用扑救B类火灾的气体灭火器,因为此类灭火器不适用于已加热的油脂”。

  三、相关标准规范情况

  根据国家现行标准GB50016-2006《建筑设计防火规范》的规定,公共建筑中营业面积大于500㎡的餐饮场所,其烹饪操作间的排油烟罩及烹饪部位宜设置自动灭火装置,且应在燃气或燃油管道上设置紧急事故自动切断装置。但目前尚未有专门的食用油火灾灭火剂标准,对该类灭火剂性能的考察主要是结合专用的厨房灭火设备来进行的。如UL300《饭店厨房的火灾扑救系统》标准和GA498-2004《厨房设备灭火装置》,而在ISO7165-2008《手提式灭火器—性能和结构》标准中则进一步提出了灭食用油火的试验方法,并将该类火灭火器定为5F、15F、25F、75F四个灭火级别。在我国,为保证厨房设备灭火装置设计、施工质量有章可循,国家有关部门还制定了行业标准CECS233-2007《厨房设备灭火装置技术规程》,对厨房灶台及其排烟道的消防保护提出了具体要求,规定了厨房专用设备灭火装置的相关技术要求,对厨房设备发生火灾,如何有效地扑灭灶台操作部位及其排烟道火灾提供了可靠的技术保障,同时也为商业厨房使用厨房专用设备灭火装置提供了法律依据。

  四、结语

  食用油火灾是一类较为特殊的液体火灾,与汽油等常见的易燃液体火灾的扑救有较大不同,宜使用专门的食用油火灾灭火剂,其中,以皂化反应为主要灭火机制的液体灭火剂应被推荐使用。其后续的技术进步应在现有技术基础上,深入研制高效环保的食用油火灾灭火剂,使其同时具备灭火效率高、灭火时基本无飞溅、灭火后不易复燃、对人和环境无显著毒性危害、不会污染厨房内的其他食品及器具、火灾后现场易于清理等特点,其中,提高泡沫稳定性、降低灭火剂毒性应是主要目标。并通过相关产品标准的制定和完善进一步规范产品市场,促进食用油火灾灭火技术的进步。

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