Негорючие материалы не способны самовоспламеняться или гореть на воздухе, но это не означает, что они полностью безопасны с точки зрения пожара. Такие материалы могут стать огнеопасными при определенном взаимодействии с окислителями, друг с другом или даже с водой.
Сравнение жидкостей Novec и Coolant — почему мы остановились на собственной разработке
В последние годы появились десятки композиций, которые позиционируются как охлаждающие жидкости для погружения. В основном это минеральные масла, ПОМ, силиконовые масла (силоксаны PMS, PDMS, PES) или фторкетоны. Почему мы решили провести серию экспериментов для нашего завода и выбрать оптимальный и экономически выгодный состав?
Первоначально для охлаждения трансформаторов использовалось минеральное масло. В 1950-х годах компания 3M впервые произвела охлаждающую жидкость на основе фтора для военной авионики. Он назывался Fluorinert. В 1996 году появился новый тип жидкости с торговым названием Novec, который не содержал озоноразрушающих веществ.
Жидкость первого поколения представляла собой перфторуглерод. Его свойства таковы:
бесцветный и без запаха,
превосходные диэлектрические свойства,
совместимость со многими материалами,
высокие температуры кипения.
Основным недостатком флуоринерта было то, что водяной пар долгое время оставался в атмосфере и косвенно способствовал глобальному потеплению. Поэтому они использовались на предприятиях, где можно было обеспечить герметичность и свести к минимуму выброс жидкостей в окружающую среду. Особое внимание уделялось тому, чтобы жидкость не попадала на кожу или в глаза. Многолетнее использование в суперкомпьютерах Cray-2 привело к распаду жидкости и выделению высокотоксичного перфторизобутана. В центрах обработки данных длительное использование привело к проблемам с источниками питания, кабелями, конденсаторами и т.д.
Жидкости Novec очень популярны на Западе. Во-первых, бренд очень хорошо известен и зарекомендовал себя как безопасное средство для тушения электронных пожаров. Во-вторых, компания 3М позиционирует жидкость как модернизированное средство для шахтеров. В-третьих, горнодобывающие компании в США и Западной Европе готовы инвестировать в горнодобывающую промышленность в долгосрочной перспективе. И, что самое главное, они готовы вкладывать значительные средства в систему охлаждения. В странах СНГ иммерсионное охлаждение больше ассоциируется с экспериментами и индивидуальными проектами, а жидкость считается дешевой и такой же безопасной, как Novec. Однако это не так.
С помощью Novec теперь можно реализовать двухфазные системы иммерсионного охлаждения (2 PIC) с полуоткрытыми емкостями.
Система двухфазного охлаждения на базе Novec
В двухфазной системе охлаждения контейнер используется для размещения панелей или другого оборудования. В качестве диэлектрика используется, например, Novec 7100 с температурой кипения 61 градус Цельсия. Во время работы устройство выделяет тепло, жидкость нагревается, закипает и начинает испаряться. Novec отводит тепло от более горячих элементов и передает его конденсаторам, в которых циркулирует охлаждающая вода. Это промежуточный теплоноситель, через который тепло, выделяемое при конденсации хладагента, отводится в окружающую среду.
Энергия, необходимая для испарения 1 г Novec, составляет 120 джоулей. Графический процессор мощностью 200 Вт испаряет около 2 г жидкости за 1 секунду. За 1 минуту испарится 120 г. Поэтому эффективность теплоотдачи котла очень высока и исключает необходимость использования теплоотводящих пластин. Novec 7000, 7100 и 7200 обычно используются для двухфазного охлаждения.
Испарение — это переход Novec из жидкого в газообразное состояние. Поэтому процесс называется двухфазным. Если оставить бак открытым, жидкость испаряется и ее необходимо постоянно доливать. В закрытом баке пар поднимается к крышке, где установлен конденсатор (различные трубы или змеевики) с хладагентом (также холодная вода), то есть тот же теплообменник. Газ конденсируется, образуя капли, которые струями стекают обратно в резервуар. Не требуются насосы и постоянное пополнение жидкости. Это замкнутый контур.
Разумеется, жидкость также нагревается в конденсаторе. А мощность нагрева прямо пропорциональна мощности, необходимой видеокартам для кипячения жидкости. Поэтому необходимо постоянное охлаждение жидкости. Для этого формируется второй замкнутый контур. Вода, протекающая по трубам, попадает в воздушный теплообменник с вентилятором снаружи. Он рассеивает тепло, и вода снова становится доступной для охлаждения.
Для двухфазной системы намеренно используется диэлектрическая жидкость с низкой температурой кипения. Это необходимо для того, чтобы температура кипения жидкости не превышала рабочую температуру компонентов и чтобы теплообмен был более интенсивным. В этом случае видеокарты, например, часто оснащаются медными ребрами. Теплопроводящие прокладки удаляются, а теплопроводящая паста удаляется. Затем медная пластина устанавливается в соответствии с толщиной зазора. Он выбирается в соответствии с приблизительной толщиной удаленной термопасты или прокладки. Следует помнить, что теплопроводность меди является одной из самых высоких среди других элементов. Это означает, что перед погружением он также охлаждается в два этапа.
Преимущества двухфазной системы охлаждения на базе Novec:
Безопасен для электроники и невоспламеняющаяся жидкость (для тушения огня),
Это важно: в Российской Федерации только несколько организаций имеют право проводить огневые испытания, в том числе МЧС России, Экспериментальный научно-исследовательский институт, АНО «Пожаудит», НИИ им. Кучеренко и некоторые другие.
Основные представления
Горение — это процесс окисления с выделением тепла. Вещества, которые не горят при нагревании и не производят горючих продуктов, могут существовать в различных агрегатных состояниях. Известны следующие негорючие молекулярные структуры:
- Газы,
- жидкость,
- кристаллические или в виде порошка.
Тугоплавкие свойства проверяются экспериментальным путем, при котором образец нагревается, а повышение температуры и потеря массы постоянно контролируются.
При появлении пламени регистрируется продолжительность горения. Хорошей считается способность терять не более 50% своей массы при нагревании до 50 ℃ и наличие устойчивого пламени в течение не более 10 секунд.
Твердые вещества
К огнеупорным материалам относится большинство неорганических соединений, особенно природные минеральные соли. Примерами лучшего сырья для огнезащиты являются следующие:
Асбестовое стекло, асбестовая пена, кирпич, бетон и другие перечисленные виды сырья являются абсолютно огнестойкими. Металлы, используемые в строительстве, не обладают горючими свойствами.
Существуют природные руды, которые не претерпевают никаких изменений до определенной степени нагрева и выделяют окисляемые и легковоспламеняющиеся продукты после достижения температуры разложения. Из-за этих свойств материалы не могут быть классифицированы как огнезащитные средства.
Некоторые несгоревшие неорганические вещества, инертные в воздухе, могут воспламениться в присутствии озона, жидкого кислорода и фтора, которые обладают высокой окислительной способностью.
Окисляющие вещества и вещества, образующие легковоспламеняющиеся соединения в результате реакции с водой или друг с другом, представляют пожарную опасность. Термически нестабильные соединения опасны.
Среди окислителей наиболее опасными являются перманганат калия (перекись марганца), газообразный хлор, концентрированная азотная кислота, жидкий кислород и пероксиды.
Карбид кальция, известь и высокореактивные металлы (литий, натрий и т.д.) могут воспламениться после реакции с водой.
Металлы средней активности (например, алюминий и железо), которые кажутся негорючими, загораются после взаимодействия с кислотами. Некоторые из них горят в кислородной среде при очень высоких температурах.
Горючий карбонат аммония относится к группе пожароопасных продуктов из-за своей термической неустойчивости и образования продуктов окисления. Нитрид бария и подобные вещества взрывоопасны при ударе или нагревании.
Горючие и негорючие газы
В аварийных ситуациях в помещении может возникнуть концентрация легковоспламеняющихся газов, что значительно повышает риск пожара и/или взрыва.
Лучшим решением является закачка горючих газов, из которых наиболее распространенными и легкодоступными являются углекислый газ, азот и водяной пар.
Углекислый газ обладает огнетушащей способностью 20-30% по объему для большинства веществ. Его следует использовать с осторожностью, так как концентрация 10 % от вдыхаемого воздуха может привести к летальному исходу.
Для азота огнетушащая концентрация составляет 35 %. Он хорошо подходит для тушения пламени, но не очень эффективен против углей. Человек может дышать воздухом, в котором концентрация кислорода снижена до 15-16 %, а остальное — азот, без каких-либо последствий.
Водяной пар в концентрации 35 % эффективен для тушения помещений и небольших пространств. Аргон также не воспламеняется. В целом, все инертные газы практически не реагируют с кислородом.
