高效水系滅火劑研究新進(jìn)展

滑迎輝，張國(guó)華，郝瑞建

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所，河北邯鄲056027）

高效水系滅火劑研究新進(jìn)展

滑迎輝，張國(guó)華，郝瑞建

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所，河北邯鄲056027）

高效水系滅火劑以其出色的滅火性能和綠色環(huán)保效果，在消防領(lǐng)域中展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。本文主要綜述了近年來(lái)高效水系滅火劑的研究前景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、技術(shù)原理和途徑等方面的研究現(xiàn)狀，并對(duì)其未來(lái)的市場(chǎng)和發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

高效水系滅火劑；火災(zāi)；綠色環(huán)保；消防

1 高效水系滅火劑研究前景及意義

火災(zāi)對(duì)人類的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了極大的威脅，特別是火災(zāi)產(chǎn)生的有毒濃煙更是造成火場(chǎng)人員傷亡的罪魁禍?zhǔn)?。因此，采用快速有效地滅火產(chǎn)品，及時(shí)撲滅火災(zāi)是挽救人員生命財(cái)產(chǎn)損失的必要手段。此外隨著人類對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，開發(fā)環(huán)境友好的綠色滅火產(chǎn)品也日益為人們所重視。

根據(jù)消防燃燒學(xué)理論，火災(zāi)是可燃物的燃燒反應(yīng)。需要有可燃物、助燃物和點(diǎn)火源3個(gè)條件才可以發(fā)生。這3要素在發(fā)生燃燒時(shí)可以表示為著火三角形，見圖1。

圖1 著火三角形Fig.1 Fire triangle

由圖1可見，預(yù)防和控制火災(zāi)的基本原理就是破壞燃燒的一個(gè)或幾個(gè)條件，先要做好防火措施，一旦著火，實(shí)施滅火辦法，使燃燒中斷，在一定程度上降低火災(zāi)的危害性。當(dāng)可燃物燃燒后，必須采取相應(yīng)的滅火方法，使其停止燃燒。滅火可以通過(guò)冷卻、窒息、隔離、化學(xué)抑制4個(gè)滅火的基本原理進(jìn)行滅火。4種滅火原理在不同的滅火劑中體現(xiàn)不同，通常情況下一種或幾種是共同發(fā)揮作用的。國(guó)標(biāo)GB/T4968-2008中將火災(zāi)分為A類火災(zāi)：固體物質(zhì)火災(zāi)、B類火災(zāi)：液體或可熔化的固體物質(zhì)火災(zāi)、C類火災(zāi)：氣體火災(zāi)、D類火災(zāi)：金屬火災(zāi)和F類火災(zāi)：廚房?jī)?nèi)動(dòng)植物油脂火6種類型[1]。

目前，廣泛使用的各類滅火劑產(chǎn)品在滅火性能或者環(huán)境保護(hù)方面都有或多或少的不足之處，而且對(duì)于火災(zāi)煙氣的抑制作用非常有限。哈龍系列滅火劑由于含有氟利昂等破壞臭氧層的物質(zhì)，根據(jù)國(guó)際蒙特利爾議定書和中國(guó)哈龍行業(yè)淘汰計(jì)劃，2010年開始進(jìn)行逐步淘汰。目前，哈龍滅火劑的替代研究可分為兩大方向：（1）以其它滅火系統(tǒng)替代的應(yīng)用研究。如以CO2、細(xì)水霧滅火系統(tǒng)等進(jìn)行替代；（2）開發(fā)一種新型高效、綠色環(huán)保、成本低廉并能夠消除火場(chǎng)有毒濃煙的滅火劑，這對(duì)于促進(jìn)國(guó)內(nèi)外消防事業(yè)的發(fā)展有著十分重要的意義。

2 高效水系滅火劑滅火機(jī)理的研究

高效水系滅火劑滅火機(jī)理依賴于4個(gè)主要機(jī)制：降低水的表面張力、獨(dú)特的兩親性分子結(jié)構(gòu)、快速降溫形成和保持微泡、中斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

（1）高效水系滅火劑可以把水的表面張力從72dyn·cm-2降低到少于33dyn·cm-2，該特點(diǎn)提高了普通水的滅火優(yōu)勢(shì)，表面張力的降低導(dǎo)致更小的水滴和微泡的形成，更小的水滴和微泡相當(dāng)于更大的比表面積，火場(chǎng)中熱量的減少是通過(guò)水滴和火的表面接觸促進(jìn)蒸發(fā)的熱能吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)的，增大比表面積使得相同體積的水與火場(chǎng)有了更多的表面接觸，從而加快了水對(duì)熱能的吸收。

（2）高效滅火劑中表活劑獨(dú)特的兩親性分子結(jié)構(gòu)，是一種兩親性表面活性劑，它具有一個(gè)極性端（親水）和一個(gè)非極性端（疏水），并且兩端之間有足夠長(zhǎng)的距離因而這兩端可以相互獨(dú)立的行動(dòng)。該特點(diǎn)使得分子分布在水滴中特定的位置，極性端使親水的非極性端不溶于水，導(dǎo)致了非極性端和燃料和輻射能的接觸。

圖2 含有滅火劑分子的水滴Fig.2 Water drop with anihilator

（3）快速降溫，含有滅火劑分子的水滴看起來(lái)就像一個(gè)插了一個(gè)針的針墊子，當(dāng)水滴集中在火上滅火劑分子充當(dāng)了一個(gè)吸熱設(shè)備，非極性端尋找熱量傳遞給尾端吸收熱量，一旦熱量被傳遞到水滴中，極性端加熱水滴，內(nèi)部分子將其轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?。這種變化過(guò)程使水吸收了大量的能量，從而導(dǎo)致了快速的降溫。

（4）中斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：自由基是具有高能量的分子碎片自由基高速碰撞燃料，便能釋放出熱量和更多的自由基，這就建立了一種傳播似的燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，高效滅火劑因?yàn)槠涓叻肿恿?，在碰撞的過(guò)程中吸收自由基的能量，從而抑制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生，當(dāng)燃燒系統(tǒng)的能量因?yàn)樽杂苫母吣芰课斩鴾p少時(shí)燃燒就停止。

3 高效水系滅火劑國(guó)內(nèi)外研究和使用現(xiàn)狀

美國(guó)從90年代開始研究在水中添加高分子物質(zhì)，這些均是可吸水性的膨脹物質(zhì)，可以降低水的表面張力，有一定的粘度在固體表面不易流失，易在油面上分散，將其應(yīng)用在A、B類火災(zāi)中效果良好。1998年日本專利發(fā)明的水系滅火劑由成膜劑、發(fā)泡劑、安定劑、凝固點(diǎn)降低劑組成。實(shí)驗(yàn)表明：該滅火劑有較強(qiáng)的保水性，當(dāng)溫度降至環(huán)境溫度時(shí)，水分仍可保留在可燃物表面不會(huì)流失，增強(qiáng)了抗復(fù)燃性能，對(duì)A、B類火災(zāi)均適用。2012年美國(guó)專利發(fā)明的水系滅火劑是由增稠劑和發(fā)泡劑組成。采用陰離子表面活性劑和多糖等原料與水按比例混合制成滅火液，其會(huì)在固體和液體表面形成細(xì)小的泡沫層，阻隔可燃物與氧氣接觸從而達(dá)到滅火的目的。專利的公開說(shuō)明國(guó)外都在積極研制更高性能的環(huán)保型水系滅火劑[2]。我國(guó)對(duì)高效水系滅火劑研究起步較晚，天津消防研究所在我國(guó)最早開始研究。開始主要在水中添加增稠劑、潤(rùn)濕劑、阻燃劑和其他助劑，根據(jù)火災(zāi)種類的不同，向水中加入不同的添加劑。2004年專利CNl535742A選用陰離子表面活性劑、陽(yáng)離子氟碳表面活性劑、抗燒劑、防凍劑進(jìn)行復(fù)配，使其具有足夠的活性，再加入泡沫穩(wěn)定劑，能夠迅速撲滅火災(zāi)。其中抗燒劑聚磷酸銨的加入，使其抗復(fù)燃性能大大增強(qiáng)，具有較高的滅A、B類火的能力。2005年專利CN1666792A開發(fā)了一種環(huán)境親和型液狀滅火液，只使用硫酸銨和尿素兩種原料，工序簡(jiǎn)單，能有效撲滅山火[3]。

國(guó)內(nèi)外消防領(lǐng)域，高效水系滅火劑使用最普遍的是美國(guó)危險(xiǎn)控制技術(shù)公司生產(chǎn)的F-500和美國(guó)GelTech Solution公司生產(chǎn)的“吉爾泰克”等系列滅火劑。這種多功能高效新型環(huán)保滅火劑，集當(dāng)今世界水成膜、抗溶性等各類水系滅火劑諸多優(yōu)點(diǎn)于一身，對(duì)于木材、紙張、棉制品、干草、煤炭、橡膠、非極性液體（如汽油、煤油等）、極性液體（如甲醇、乙醇等）及鎂鈦等化工原料引起的火災(zāi)具備極為突出的滅火效果。高效水系滅火劑同時(shí)從滅火基理的4個(gè)方面（燃料、氧氣、熱量、自由基）出發(fā)協(xié)同有效的破壞火燃燒的4個(gè)條件，采用了世界最為先進(jìn)的微胞囊技術(shù)，可以有效撲滅火災(zāi)和控制危險(xiǎn)品泄漏及有害氣體揮發(fā)；具有滅火迅速（是普通滅火劑的6-10倍）、瞬間降溫、防止復(fù)燃、高效隔熱、消除濃煙、清除易燃易爆氣體、中和泄露燃油等優(yōu)越性能。其與水以1∶100比例混合后，形成無(wú)毒的滅火凝膠；遇火時(shí)可迅速吸收熱量，隔絕氧氣，同時(shí)阻止復(fù)燃，堪稱強(qiáng)力的滅火武器。高效水系滅火劑不僅應(yīng)對(duì)火災(zāi)性能卓越，而且在環(huán)保方面更是獨(dú)樹一幟。它無(wú)毒、無(wú)味，可自然生物降解。

4 高效水系滅火劑市場(chǎng)應(yīng)用情況和未來(lái)發(fā)展方向

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都提出了開發(fā)潔凈消防技術(shù)的問(wèn)題。目前，西方工業(yè)發(fā)達(dá)的一些國(guó)家，研究氣體滅火技術(shù)的應(yīng)用已朝向水系方向發(fā)展，即以水作滅火劑代替氣體滅火劑的應(yīng)用場(chǎng)所?，F(xiàn)已有國(guó)外制造商開發(fā)出并應(yīng)用于具體工程上。對(duì)于我國(guó)的消防行業(yè)，緊要的就問(wèn)題是大力推廣與淘汰哈龍、保護(hù)大氣臭氧層相關(guān)的環(huán)保消防產(chǎn)品[4]。

高效水系滅火劑市場(chǎng)前景廣闊，應(yīng)用范圍廣，目前已在美國(guó)、加拿大、英國(guó)等十余個(gè)歐洲國(guó)家廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)交通部救撈系統(tǒng)在考察國(guó)外海上救援體制時(shí)了解到的其功效，購(gòu)置了部分配制在臺(tái)灣海峽、長(zhǎng)江口岸等地重點(diǎn)救助船上撲救難船火災(zāi)。國(guó)內(nèi)還屬于應(yīng)用初期，還沒(méi)有在行業(yè)內(nèi)大規(guī)模使用，屬于消耗品，附加值較高。主要依賴于純進(jìn)口，價(jià)格控制在200元·kg-1。從產(chǎn)品方面看，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)比較重視滅火劑產(chǎn)品的滅火性能。但國(guó)外在滅火性能之外，還更加注重產(chǎn)品的安全環(huán)保性。所謂好的滅火劑產(chǎn)品，并不能僅僅從其滅火性能來(lái)衡量。例如哈龍滅火劑，它的滅火效能無(wú)疑是非常好的，甚至優(yōu)于目前的大多數(shù)替代品，但是正是由于它對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重破壞，而遭到了淘汰。因此在我們看來(lái)，所謂先進(jìn)的滅火劑產(chǎn)品，不僅僅是滅火性能突出，還應(yīng)包括在同等滅火效果基礎(chǔ)上更加環(huán)保與安全。因此安全與環(huán)保性能優(yōu)異、同國(guó)際水平接軌的滅火劑產(chǎn)品是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)[5]。

從市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)滅火劑市場(chǎng)的發(fā)展還比較混亂，用戶的觀念意識(shí)還相對(duì)比較落后。新標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)將進(jìn)一步規(guī)范滅火劑市場(chǎng)，一批不合格、技術(shù)含量低的小企業(yè)將逐漸被淘汰，無(wú)疑為正規(guī)的企業(yè)提供了一個(gè)更好的發(fā)展空間。隨著標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的不斷完善，以及人們對(duì)產(chǎn)品選擇、設(shè)備維護(hù)等意識(shí)的不斷提高，未來(lái)高效環(huán)保滅火劑的市場(chǎng)空間會(huì)更加廣闊。事實(shí)上，消防行業(yè)的規(guī)范性程度和技術(shù)密集性程度會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，這種趨勢(shì)不僅僅局限于高效水系滅火劑領(lǐng)域，還包括滅火器、防火門等等各種消防產(chǎn)品。2008年1月1日公安部“消防產(chǎn)品身份證制度”正式實(shí)施，就是另一個(gè)旨在提高消防行業(yè)規(guī)范性和技術(shù)含量的舉措。因此，業(yè)內(nèi)同仁必須恪守商業(yè)原則，規(guī)范經(jīng)營(yíng)，良性競(jìng)爭(zhēng)，并且著力發(fā)展高新科技，積極進(jìn)行自主創(chuàng)新，才能取得長(zhǎng)久的發(fā)展[6]。

我國(guó)未來(lái)消防的發(fā)展方向，最終會(huì)與世界接軌，符合國(guó)際慣例，把環(huán)境保護(hù)作為頭等大事來(lái)抓。二十一世紀(jì)消防事業(yè)作為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要一環(huán)，也必將進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。

［1］呂志濤.高效環(huán)保型水系滅火劑研究［D］.南京理工大學(xué),2013．

［2］黃俊山.新型滅火劑的性能研究［J］.齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2011.27（5）:93-94．

［3］郝斯.綠色消防技術(shù)淺議［J］.甘肅科技,2010.（15）:76-80．

［4］耿廣晉,等.淺談氣體滅火技術(shù)［J］.中國(guó)城市經(jīng)濟(jì),2010.（5）: 9-9．

［5］陳卓如.淺談取代鹵代烷滅火系統(tǒng)的可行辦法［C］.第四屆全國(guó)給水排水青年學(xué)術(shù)年會(huì),2000．

［6］賈源.中國(guó)消防未來(lái)發(fā)展方向淺談［J］.安防科技：安全管理者, 2005，（5）:40-41．

Efficient water extinguishing agent research progress

HUA Ying-hui，ZHANG Guo-hua，HAO Rui-jian，HAO Liu-cang
（The 718th Research Institute of CSIC,Handan 056027，China）

Efficient water system fire extinguishing agent for its outstanding performance and green environmental effects,showed a broad application prospects in the fire areas.The recent research studied prospects efficient water extinguishing agent,current research,technology and other aspects of the principles and approaches reviewed in this paper,and the prospects of the market and its future development direction.

efficient water extinguishing agent；fire；green；firefighting

TQ569

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20150455

2015-03-01

滑迎輝（1985-），男，漢族，助理工程師，就職于中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第718研究所，主要從事有害氣體綜合凈化的研究工作。