關(guān)于新型氣體滅火劑開發(fā)技術(shù)的有效思考

李云龍

摘要：新型氣體滅火劑的研發(fā)，有助于彌補(bǔ)傳統(tǒng)哈龍?zhí)娲鷾缁饎缁鹦阅茌^低的缺陷，同時(shí)可以避免對(duì)環(huán)境造成污染。鑒于此，本文首先對(duì)新型氣體滅火劑甄選策略進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并從滅火濃度確定、大氣壽命估算和毒性分析三個(gè)角度出發(fā)，對(duì)新型氣體滅火劑開發(fā)技術(shù)展開了探討，希望為我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的全面發(fā)展奠定一定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：新型氣體滅火劑；開發(fā)技術(shù)；思考

火災(zāi)對(duì)人們的生命和財(cái)產(chǎn)威脅不容忽視，近年來(lái)我國(guó)在積極進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)的過(guò)程中，增加了火災(zāi)發(fā)生的概率，傳統(tǒng)的哈龍滅火劑在應(yīng)用過(guò)程中，不僅滅火性能較差，且會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重影響。在這種情況下，新型氣體滅火劑開發(fā)技術(shù)成為人們廣泛關(guān)注的話題，惰性氣體滅火劑、不含氯和溴的氫氟烴類滅火劑等的產(chǎn)生一定程度上推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的全面發(fā)展，然而這些滅火劑還存在大氣壽命長(zhǎng)、滅火效率低等缺陷，因此進(jìn)一步加強(qiáng)新型氣體滅火劑開發(fā)技術(shù)研究具有重要意義。

一、新型氣體滅火劑甄選策略

在新型氣體滅火劑開發(fā)過(guò)程中，首先應(yīng)對(duì)滅火劑中各種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行集中調(diào)查，并提取出擁有較高研究意義的化合物。因此必須對(duì)各種影響因素進(jìn)行全面分析，其中包括環(huán)境、安全性、時(shí)間和資金等。值得注意的是，在這一過(guò)程中無(wú)法將全尺寸滅火試驗(yàn)應(yīng)用于全部考察對(duì)象中，因此積極構(gòu)建一套完整的篩選技術(shù)，確?；瘜W(xué)物質(zhì)的快速篩選、降低篩選成本至關(guān)重要。而針對(duì)哈龍滅火劑來(lái)講，要想更加高效的發(fā)現(xiàn)替代品，首先應(yīng)對(duì)其主要性能特征進(jìn)行全面把握。

最早的哈龍?zhí)娲愤x擇標(biāo)準(zhǔn)和程序由Gann于1990年提出，其可以對(duì)化合物性能進(jìn)行有效區(qū)分，將所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與哈龍1211、哈龍1301特征數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，來(lái)詳細(xì)劃分有關(guān)物質(zhì)的類別。相關(guān)特征數(shù)據(jù)包括導(dǎo)電性、殘余物、滅火效率和金屬腐蝕性等，同時(shí)還從GWP全球變暖值潛能和ODP消耗臭氧潛能值兩個(gè)角度出發(fā)展開了分析，這一過(guò)程中消除了影響哈龍?zhí)娲烽_發(fā)的關(guān)鍵性因素。

在長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)研究中，工作人員從保護(hù)對(duì)象的安全性、貯運(yùn)性能、滅火效率、人體安全性、環(huán)保性能五個(gè)角度出發(fā)對(duì)火災(zāi)發(fā)生時(shí)哈龍滅火系統(tǒng)呈現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，最終得出以下結(jié)論：只有能夠高效抑制復(fù)燃、快速滅火、擁有較低GWP和ODP和較短大氣壽命等12種性能要求的物質(zhì)才是理想的哈龍?zhí)娲?。由于較大的差異產(chǎn)生于氣體滅火劑的滅火機(jī)理與理化性能之間，因此氣體滅火劑應(yīng)用時(shí)會(huì)在使用和儲(chǔ)存過(guò)程中呈現(xiàn)出不同特點(diǎn)，因此篩選新一代氣體滅火劑時(shí)采用單一化標(biāo)準(zhǔn)是不科學(xué)的。因此必須從化學(xué)物質(zhì)性能角度出發(fā)，動(dòng)態(tài)化調(diào)整篩選過(guò)程。為了對(duì)篩選過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，降低篩選成本并縮短周期，本文以哈龍滅火劑相關(guān)性能指標(biāo)為基礎(chǔ)，從12種性能角度出發(fā)對(duì)哈龍?zhí)娲愤M(jìn)行了分類，以期通過(guò)篩選對(duì)相關(guān)化學(xué)物質(zhì)的性能進(jìn)行精確把握。經(jīng)過(guò)篩選發(fā)現(xiàn)全氟己酮可以滿足理想哈龍?zhí)娲返男阅芤?，因此可以作為新一代哈龍?zhí)娲鷾缁饎╅L(zhǎng)期使用。

二、新型氣體滅火劑篩選試驗(yàn)方法

（一）滅火濃度確定

在空氣中哈龍1301和HFC-125（C2HF5）分別擁有3vol.%和9vol.%的熄滅多種火焰濃度，因此滅火劑釋放時(shí)間較長(zhǎng)、存貯空間更大的為HFC-125（C2HF5），其會(huì)產(chǎn)生更低的滅火效率。在對(duì)一種物質(zhì)近似滅火濃度進(jìn)行推測(cè)的過(guò)程中，可以采用同系物滅火濃度數(shù)據(jù)或同類物質(zhì)測(cè)量結(jié)果，事實(shí)上包含催化活性分子、反應(yīng)性、物理活性的物質(zhì)才可以用作滅火劑，在吸收熱量的背景下，振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)模式在物理活性分子中會(huì)發(fā)生改變，在特定情況下，分解化合物也會(huì)導(dǎo)致額外熱量被吸收，二者都會(huì)將火焰的溫度降低；在增加此類型化合物有效性時(shí)，分子中原子數(shù)也會(huì)明顯提高，但是同時(shí)升高的還有物質(zhì)沸點(diǎn)。

在試驗(yàn)中，為了將程序、裝置中的誤差消除，美國(guó)有關(guān)研究小組指出在提高試驗(yàn)結(jié)果再現(xiàn)性時(shí)，可以利用杯式燃燒試驗(yàn)方法，試驗(yàn)中可以對(duì)HFC-227ea的MEC和氮?dú)膺M(jìn)行測(cè)量。結(jié)果顯示，在氣體滅火劑對(duì)液體燃料的滅火濃度測(cè)定中，標(biāo)準(zhǔn)化的杯式燃燒器試驗(yàn)方法和裝置呈現(xiàn)出了較好的再現(xiàn)性，分別產(chǎn)生了6.62±0.14vol.%和32.2±0.7vol.%的HFC-227eaMEC和氮?dú)?，這一數(shù)據(jù)可以作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)用于分析不同氣體滅火劑最低滅火濃度；而空氣中沒(méi)火機(jī)濃度測(cè)定方法、操作規(guī)范性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果再現(xiàn)性和重復(fù)性具有直接影響。

（二）大氣壽命估算

物質(zhì)在大氣中停留的時(shí)間越短，所造成的環(huán)境污染和臭氧消耗影響就越小，因此在心性氣體滅火劑開發(fā)過(guò)程中，一個(gè)重要的環(huán)境影響指標(biāo)就是大氣壽命。對(duì)流層中物質(zhì)的壽命同其化學(xué)、物理消耗速度具有直接聯(lián)系，·OH自由基吸收可見-紫外光性質(zhì)以及反應(yīng)性是最為重要的影響因素。在流層中取代反應(yīng)以及分子脫氫反應(yīng)基礎(chǔ)上，·OH可以將大氣中的痕量物質(zhì)有效去除。假設(shè)kOH為與·OH反應(yīng)的速度常數(shù)，那么利用實(shí)驗(yàn)可以對(duì)這一常數(shù)進(jìn)行直接測(cè)定。在對(duì)某物質(zhì)的大氣壽命進(jìn)行考察時(shí)，必須對(duì)其純度進(jìn)行精確把握。事實(shí)上，影響試驗(yàn)結(jié)果的最大影響因素就是純度，通常情況下規(guī)定烯烴以及其他不飽和化合物在試驗(yàn)樣品中的含量應(yīng)不超過(guò)0.1%。

（三）毒性分析

救火過(guò)程中，要想加大環(huán)境保護(hù)力度，維護(hù)火場(chǎng)人員的生命安全，降低新型氣體滅火劑燃燒產(chǎn)物和分解物質(zhì)的毒性至關(guān)重要。針對(duì)哈龍系列物質(zhì)來(lái)講，心臟敏感是主要毒性，會(huì)導(dǎo)致接觸該物質(zhì)的人員產(chǎn)生突發(fā)性心律不齊現(xiàn)象。因此哈龍?zhí)娲吩谑褂眠^(guò)程中一個(gè)重要的限制性條件就是心臟敏感值。如果在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)需要1min以上才能夠?qū)⑷藛T疏散，那么不可以在超過(guò)NOAEL濃度時(shí)對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行應(yīng)用。如果在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)需要30s～1min的人員疏散時(shí)間，那么不可以在超過(guò)LOAEL濃度時(shí)對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行應(yīng)用。因此濃度高于LOAEL的滅火劑僅可以在30s內(nèi)可以完成人員疏散的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)用，而工作人員必須在采取全面的防護(hù)措施基礎(chǔ)上才能夠進(jìn)入該區(qū)域。部分研究人員指出，在對(duì)滅火劑替代品毒性進(jìn)行確定的過(guò)程中，應(yīng)實(shí)施包括慢性毒性、基因毒性、毒性發(fā)展和再生、致癌性在內(nèi)的一系列毒性試驗(yàn)，目前廣泛應(yīng)用的滅火劑替代品毒性試驗(yàn)方法為極限試驗(yàn)。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在明確篩選哈龍?zhí)娲鷾缁饎┑臉?biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，能夠完善新型氣體滅火劑的開發(fā)設(shè)計(jì)策略，同時(shí)制定詳細(xì)的篩選試驗(yàn)方法，在對(duì)比分析包含第一代哈龍?zhí)娲?、哈?301在內(nèi)的氣體滅火劑性能基礎(chǔ)上，能夠更加明確氣體滅火劑的發(fā)展歷程，在滅火濃度確定、大氣壽命估算和毒性分析等的基礎(chǔ)上指出了哈龍?zhí)娲夹g(shù)發(fā)展的關(guān)鍵方向?yàn)闃?gòu)建先進(jìn)的氣體滅火劑性能篩選試驗(yàn)方法。在此基礎(chǔ)上能夠?yàn)樾乱淮鷼怏w滅火劑的開發(fā)奠定良好基礎(chǔ)。

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