泡沫滅火劑應(yīng)用及其發(fā)展現(xiàn)狀

趙興藝

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院消防工程系，河北 廊坊 065000）

泡沫滅火劑是能與水相容，并且可以通過化學(xué)反應(yīng)或機(jī)械方法產(chǎn)生滅火泡沫的滅火藥劑。它的滅火機(jī)理主要利用水的冷卻作用和泡沫隔絕空氣的窒息作用。滅火時(shí)泡沫在燃燒物表面形成的泡沫覆蓋層可使燃燒物與空氣隔離，使可燃?xì)怏w難以進(jìn)入燃燒區(qū)域，具有窒息作用；泡沫中析出的水分蒸發(fā)可吸收熱量降低燃燒區(qū)域的溫度，水蒸氣還可稀釋燃燒區(qū)內(nèi)氧氣，具有冷卻和窒息作用［1］。因?yàn)榕菽瓬缁饎┥a(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低、滅火效率高并且環(huán)境污染小，在撲救A類、B類火災(zāi)上得到了廣泛應(yīng)用。隨著近代石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)、貯存、使用液體可燃原料的種類越來越多，可燃液體引發(fā)的重特大火災(zāi)（B類火災(zāi)）也不斷發(fā)生，泡沫滅火劑便成了石化企業(yè)和消防部隊(duì)必備的滅火劑。

近年來，我國(guó)泡沫滅火劑無論是品種、生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)能力均有很大發(fā)展，從1979年公安部天津消防研究所研制出第一代水成膜泡沫滅火劑［2］開始，我國(guó)泡沫滅火劑技術(shù)有了飛躍發(fā)展，泡沫滅火劑種類繁多，本文僅對(duì)應(yīng)用最為廣泛、最有發(fā)展前景的蛋白型、合成型和新型泡沫滅火劑應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 蛋白型泡沫滅火劑

蛋白型泡沫滅火劑是以動(dòng)物性蛋白或植物性蛋白的水解濃縮液為基料，加入適量的穩(wěn)定、防腐、防凍劑等添加劑而制成的。因具備可靠性大、價(jià)格低、生物降解性好等優(yōu)良的性能，蛋白型泡沫滅火劑在我國(guó)泡沫滅火劑市場(chǎng)上的銷量遠(yuǎn)大于其他品種的泡沫產(chǎn)品，目前是石油化工消防中應(yīng)用最廣泛的滅火劑之一。蛋白型泡沫滅火劑主要分為蛋白泡沫滅火劑和氟蛋白泡沫滅火劑兩大類。

1.1 普通蛋白泡沫滅火劑（P）

普通蛋白泡沫滅火劑主要以動(dòng)物蛋白質(zhì)的水解濃縮液為基料，加入各種添加劑的起泡液體。我國(guó)主要生產(chǎn)的是YE3／6型蛋白滅火劑，其主要成分是水和水解蛋白，按它與水的混合比例分為3%型和6%型兩種，適用于油田、飛機(jī)場(chǎng)等油類火災(zāi)和一般固體物質(zhì)火災(zāi)。

由于受到高效新型滅火劑的沖擊，蛋白泡沫滅火劑所占的市場(chǎng)份額有所下降，在我國(guó)迫切需要研究開發(fā)新型的蛋白泡沫滅火劑產(chǎn)品。李亞東等［3］利用剩余活性污泥經(jīng)酸、堿水解后制備水解蛋白質(zhì)，濃縮配制成蛋白質(zhì)泡沫滅火劑，既防止了剩余活性污泥的第二次污染，更因成本低、氣味小這些優(yōu)點(diǎn)為蛋白泡沫滅火劑提供了發(fā)展空間。唐寶華等［4］以一定比例將石墨或膨脹石墨添加到普通蛋白泡沫中，使泡沫具有最佳發(fā)泡率、穩(wěn)定性與耐熱性能，提高了滅火效率，由于石墨不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，可作為綠色環(huán)保型產(chǎn)品，是未來蛋白泡沫的理想發(fā)展方向。

1.2 氟蛋白泡沫滅火劑（FP）

氟蛋白泡沫滅火劑是以蛋白泡沫原液為主，加氟碳和其他類型的表面活性劑制成的。由于氟碳表面活性劑的加入使其與普通蛋白泡沫滅火劑相比具有發(fā)泡性能好、易于流動(dòng)、疏油能力強(qiáng)及與干粉相容性好等優(yōu)點(diǎn)，其滅火效率大大優(yōu)于普通蛋白泡沫滅火劑。

氟蛋白泡沫種類有普通氟蛋白泡沫、抗溶性氟蛋白泡沫、成膜氟蛋白泡沫、抗溶性成膜氟蛋白泡沫等。對(duì)于普通氟蛋白泡沫滅火劑我國(guó)主要生產(chǎn)的是YEF3／6型氟蛋白泡沫滅火劑［5］。由于氟蛋白的滅火性能和封閉性能均不如水成膜泡沫，且儲(chǔ)存期相對(duì)較短，基于此公安部天津消防科研所開發(fā)研制SD－FFFP成膜氟蛋白泡沫滅火劑，以動(dòng)物蹄角水解的蛋白泡沫為基料，添加了復(fù)合氟碳表面活性劑、碳?xì)浔砻婊钚詣?、溶劑和助劑。其滅火性能通過了國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品中極少可以通過的GB15308－94標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)，其技術(shù)性能達(dá)到了世界先進(jìn)水平，具備了先進(jìn)性和實(shí)用性。Zaggia等［6］向蛋白泡沫中加入0.5%的全氟烷基季銨鹽，形成成膜氟蛋白泡沫滅火劑，增強(qiáng)了泡沫層的密封性能。該種氟碳表面活性劑降低了蛋白泡沫體系的表面張力和液面流動(dòng)的剪切力，提高了蛋白泡沫滅火劑的流動(dòng)性。

近年來我國(guó)對(duì)蛋白泡沫滅火劑的科學(xué)研究明顯不足，沒有完全解決普通蛋白型泡沫滅火劑產(chǎn)品儲(chǔ)存期限較短，成膜氟蛋白泡沫滅火劑的使用還不是很廣泛等問題，因此未來的研究重點(diǎn)在于分析影響蛋白泡沫滅火劑儲(chǔ)存穩(wěn)定性的具體因素，以及推廣新型成膜氟蛋白泡沫滅火劑的使用上。由于廠家對(duì)新技術(shù)的追捧，加上AFFF價(jià)格下降，還有有關(guān)部門對(duì)蛋白類泡沫的環(huán)境污染的偏見，近年來導(dǎo)致蛋白泡沫滅火劑市場(chǎng)占有率處于逐漸下降的趨勢(shì)［7］。

2 合成型泡沫滅火劑

2.1 抗溶型泡沫滅火劑（AR）

抗溶性泡沫滅火劑是一類適用于撲救水溶性可燃液體火災(zāi)的泡沫滅火劑。最初使用的是金屬皂型抗溶性泡沫，目前已淘汰，現(xiàn)在采用的有：以水解蛋白或合成表面活性劑為發(fā)泡劑，添加海藻酸鹽類天然高分子化合物而制成的高分子型抗溶性泡沫滅火劑；由氟碳表面活性劑、碳?xì)浔砻婊钚詣┖陀|變性多糖制成的凝膠型抗溶泡沫滅火劑；以蛋白泡沫液添加特制的氟碳表面活性劑和多種金屬鹽制成的氟蛋白抗溶性泡沫滅火劑；以聚硅氧烷表面活性劑為基料制成的抗溶性泡沫滅火劑。

1984年公安部天津消防研究所開發(fā)出第一代高分子凝膠型抗溶泡沫滅火劑（YEK－9－1），以復(fù)合表面活性劑作為發(fā)泡劑，添加氟碳表面活性劑和黏多糖NK－131，該產(chǎn)品一經(jīng)推出便在國(guó)內(nèi)普遍生產(chǎn)使用。余建中［8］以抗溶性泡沫滅火劑（S／AR）、和抗溶性水成膜泡沫（AFFF／AR）按規(guī)定的試驗(yàn)方法以90＃車用乙醇汽油為燃料進(jìn)行滅火試驗(yàn)，論證了抗溶性水成膜泡沫是撲救車用乙醇汽油火災(zāi)可靠快速有效的滅火劑。Clark［9］研制出一種新型水成膜泡沫穩(wěn)定劑，它具有類似于AFFF中多糖的抗溶作用，并且在不增加泡沫液粘度和不影響其他性質(zhì)的情況下提高了泡沫的抗復(fù)燃性能，制成的泡沫無觸變性，并且對(duì)極性或者非極性溶劑火災(zāi)均有效。

目前許多研究者仍致力于進(jìn)一步尋找性能更為優(yōu)異的抗溶劑來制備新型抗溶型泡沫滅火劑。

2.2 水成膜泡沫滅火劑（AFFF）

水成膜泡沫滅火劑是指能在烴類液體表面形成水膜的泡沫滅火劑，其滅火時(shí)能在燃料表面形成一層防護(hù)膜，靠泡沫和防護(hù)膜的雙重作用滅火，因此具有滅火速度快，封閉性和抗復(fù)燃能力強(qiáng)等特點(diǎn)。水成膜泡沫滅火劑的滅火原理基于很低濃度的氟碳表面活性劑水溶液在油面上的鋪展。由于水成膜泡沫滅火劑中最重要的組成部分——氟碳表面活性劑的生產(chǎn)技術(shù)尚未掌握，國(guó)內(nèi)所需的氟碳表面活性劑大多從美國(guó)3M公司進(jìn)口［10］。但自從《斯德哥爾摩公約》嚴(yán)格限制PFOS的使用后，美國(guó)3M公司已經(jīng)于2002年停止用電解法生產(chǎn)氟碳表面活性劑，這對(duì)我國(guó)的AFFF行業(yè)造成巨大沖擊。近年來，美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家不斷推出新產(chǎn)品，如：F500、法安德2000等多功能、多用途滅火劑，但價(jià)格極其昂貴，不利于全面推廣。因此國(guó)內(nèi)消防產(chǎn)業(yè)迫切需要在過渡期限到來前尋找到合適的替代技術(shù)。

作為含PFOS泡沫滅火劑替代品，水成膜泡沫滅火劑產(chǎn)品中目前主要使用調(diào)聚法生產(chǎn)氟碳表面活性劑［11］，但此法生產(chǎn)的表面活性劑分解生成的PFOA也被懷疑具有與PFOS相類似的危害性。在2008年的NFPA World Safety Conference上提出7年內(nèi)EPA不會(huì)嚴(yán)格禁止調(diào)聚法生產(chǎn)的AFFF，但是這種方法仍然存在二次替代的可能性，并沒有從根本上解決AFFF可能造成的環(huán)境污染問題［7］。端木婷婷等［12］提出一項(xiàng)關(guān)于以RfCONHCH2CH2N（CH2CH2COONa）2氨基酸型氟碳表面活性劑與碳?xì)浔砻婊钚詣?fù)配，配成非PFOA新型高濃度水成膜泡沫滅火劑原液的新技術(shù)，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。有學(xué)者提出一種以短鏈的全氟丁基（C4F9－）為基礎(chǔ)的陽離子氟表面活性劑的合成，并以短鏈的全氟丁基（C4F9－）為基礎(chǔ)合成了可用于AFFF的氟表面活性劑，該表面活性劑適用于強(qiáng)酸性環(huán)境，具有極高的表面活性，且與烷基三甲基溴化銨復(fù)配后能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［13］。

環(huán)保、高效、廉價(jià)、多功能、多用途是我國(guó)水成膜泡沫滅火劑未來發(fā)展的主要方向，以縮短與國(guó)外技術(shù)差距。目前公安部消防研究所正在研發(fā)水成膜泡沫滅火劑全新?lián)Q代產(chǎn)品，該滅火劑主要融合了潤(rùn)濕劑和水成膜泡沫滅火劑技術(shù)，不僅滅火速度快，而且具有快速降低火場(chǎng)溫度、消除有毒濃煙的功能。

2.3 A類泡沫滅火劑

普通的泡沫滅火劑雖然可以撲救A類火災(zāi)，但由于具有泡沫沖擊量小，難以穿越燃燒區(qū)，泡沫不能長(zhǎng)期覆蓋燃料表面等缺點(diǎn)，所以普通泡沫滅火劑常用來撲滅B、F類火災(zāi)，而A類泡沫滅火劑的出現(xiàn)解決了上述問題。A類泡沫滅火劑是由阻燃劑、發(fā)泡劑、滲透劑等多種物質(zhì)組成的，具有滅火快、效能高、性能穩(wěn)定、凝固點(diǎn)低的特點(diǎn)，兼有高效能撲滅A類、B類火災(zāi)的新型、高效、快速滅火劑，是一種集強(qiáng)化水、一般泡沫滅火劑的優(yōu)點(diǎn)于一體的滅火劑。

最近十年，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在森林消防領(lǐng)域和市政消防領(lǐng)域?qū)類泡沫進(jìn)行了大量基礎(chǔ)研究，其諸多優(yōu)點(diǎn)也在研究和實(shí)踐中被越來越深入地認(rèn)識(shí)和了解。我國(guó)相應(yīng)消防研究機(jī)構(gòu)也開展了一些應(yīng)用研究，天津消防科學(xué)研究所研制的YSP型A類滅火劑能高效的撲滅A、B類火，且克服了水劑型滅火劑冬季怕凍、不耐儲(chǔ)存的問題。傅學(xué)成等［14］開發(fā)了試驗(yàn)專用的壓縮空氣泡沫系統(tǒng)，為基礎(chǔ)性研究試驗(yàn)提供具有可控的和可重復(fù)的A類泡沫，對(duì)使用A類泡沫滅火性能進(jìn)行量化研究，建立A類泡沫隔熱防護(hù)能力的評(píng)價(jià)方法。

雖然現(xiàn)在國(guó)內(nèi)也開始使用壓縮空氣A類泡沫滅火系統(tǒng)，但所用的A類泡沫及系統(tǒng)均采用進(jìn)口產(chǎn)品［15］。仍需開展國(guó)產(chǎn)化高性能A類泡沫滅火劑的研制開發(fā)，并對(duì)新技術(shù)的適宜使用方式和條件進(jìn)行進(jìn)一步深入探索。

3 其它新型泡沫滅火劑

七氟丙烷氣體泡沫滅火劑，分子式為CF3CHFCF3。它無色無味，在一定的壓強(qiáng)下呈液態(tài)儲(chǔ)存。七氟丙烷氣體滅火劑兼具空氣泡沫覆蓋隔離和七氟丙烷氣體化學(xué)抑制的雙重功效，可用于撲救液體火災(zāi)或可熔化的固體火災(zāi)；滅火前能斷氣源的氣體火災(zāi)，適用于有人占用的場(chǎng)所，對(duì)電子儀器設(shè)備、磁帶資料等不會(huì)造成損害［16］。其它氣體代替空氣的泡沫滅火技術(shù)開發(fā)研究時(shí)間較短，可以進(jìn)行深入研究，研制出更多新型滅火劑，以及確定最佳的混合比、供給強(qiáng)度等參數(shù)。

三相泡沫滅火劑是將固體（粉煤灰或粘土），氣體（井下壓縮空氣）、液體（水及三相泡沫發(fā)泡劑KSF）三種物質(zhì)按一定的比例混合，通過一定的設(shè)備生產(chǎn)出一種易流動(dòng)、流量大、堆積合理的三相高倍數(shù)泡沫。經(jīng)驗(yàn)證成為一項(xiàng)防止煤炭自燃十分有效和經(jīng)濟(jì)的新技術(shù)手段［17］。該技術(shù)必將具有十分廣闊的推廣應(yīng)用前景。

2012年5月，在科技部、中國(guó)消防協(xié)會(huì)聯(lián)合主辦的新一代高性能滅火劑消防實(shí)戰(zhàn)演練中，由軍地合作研制、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的我國(guó)新一代高性能滅火劑——“瑞特”高效環(huán)保型滅火劑［18］，先后撲滅了“鋪地火”“酒精火”“電火”和“可燃?xì)怏w火”。這創(chuàng)造了滅火種類最多、滅火速度最快等多項(xiàng)國(guó)內(nèi)消防新紀(jì)錄，降低了油庫火和其他特殊火的撲滅難度和風(fēng)險(xiǎn)性，標(biāo)志著我國(guó)滅火劑研制水平躋身世界先進(jìn)行列。

4 小結(jié)

隨著科技的發(fā)展、人們安全和環(huán)保意識(shí)的提高，對(duì)泡沫滅火劑的研究提出了更高的要求?，F(xiàn)今各國(guó)科學(xué)家都在致力于研究更高效、更環(huán)保、更低成本的泡沫滅火劑，我國(guó)也在努力創(chuàng)新，研制出新型泡沫滅火劑使其在經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展間找到平衡點(diǎn)。相信通過人們不懈的努力，未來會(huì)涌現(xiàn)出更多的高效泡沫滅火劑和應(yīng)用泡沫的新方法。

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