滅火器設(shè)計(jì)參數(shù)對滅火效果的影響研究

作者簡介：

尚柱（1988- ），男，漢族，山東菏澤人，本科，工程師，研究方向：消防產(chǎn)品檢測。

摘要：

滅火器作為應(yīng)急消防設(shè)備的核心組成部分，其設(shè)計(jì)參數(shù)直接關(guān)系到滅火效率與安全性。設(shè)計(jì)要素如滅火器種類、充裝量、噴射時(shí)間和壓力以及滅火器的便攜性與操作便捷性，共同決定了火災(zāi)現(xiàn)場的響應(yīng)速度與控制效果。優(yōu)化這些參數(shù)，不僅能夠提升滅火效能，還能確保使用者在緊急情況下的有效應(yīng)對。

關(guān)鍵詞：滅火器；設(shè)計(jì)參數(shù)；效果；策略

引言

滅火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作特性一直是火災(zāi)安全研究的熱點(diǎn)。面對日益增多的建筑物和消防安全隱患，消防設(shè)施結(jié)構(gòu)從單一向個(gè)性化、情景自適應(yīng)轉(zhuǎn)變。通過對消防設(shè)施的性能進(jìn)行研究，以期為降低消防設(shè)施的火災(zāi)危害，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

一、關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)分析

（一）滅火器類型與濃度

滅火器的選擇與濃度調(diào)配是設(shè)計(jì)的核心要素，直接關(guān)系到滅火的有效性和安全性。A型火是指木材、紙張等常見易燃固態(tài)物質(zhì)火災(zāi)，在滅火過程中往往要求使用水性滅火器對其進(jìn)行降溫和封閉，從而實(shí)現(xiàn)滅火。B型火涉及可燃液態(tài)或脂肪火災(zāi)，需要使用能夠在火面上涂敷、隔離氣體、阻斷連鎖反應(yīng)的泡沫滅火器或粉末狀滅火器。C級火涉及到電氣火災(zāi)，為防止觸電，必須使用非傳導(dǎo)性的CO2或干粉滅火器，以防觸電。各滅火器根據(jù)其不同化學(xué)組成、物理特性，分別具有不同的作用機(jī)制及最佳的燃燒濃度區(qū)間。例如，在干粉滅火器中，活性組分的含量過高，會對其流動(dòng)性能造成不利的影響。泡沫滅火器質(zhì)量對其性能和包封性能有著重要作用，泡沫會很快破碎，在較小范圍內(nèi)不能起到良好的隔離作用[1]。如何準(zhǔn)確掌握滅火器類別和濃度，是保證滅火系統(tǒng)快速、高效防控相應(yīng)火情的前提。另外，滅火藥劑的選用和濃度搭配不當(dāng)也會產(chǎn)生一些不良后果，如發(fā)生電氣火災(zāi)時(shí)，如果不恰當(dāng)運(yùn)用，會造成裝置損傷，造成二次事故；對于含易燃金屬的D級火，一般的滅火方法不能有效滅火，需要專用的干粉滅火器。對其火災(zāi)特征和滅火機(jī)理進(jìn)行全面認(rèn)識，并按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行規(guī)范操作，是保證消防工作順利進(jìn)行和人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要前提。

（二）充裝量與噴射時(shí)間

充裝量與噴射時(shí)間是衡量滅火器效能的兩個(gè)核心指標(biāo)。它們之間存在著緊密的相互作用關(guān)系，直接關(guān)系著滅火行動(dòng)的成功與否。在滅火過程中，要根據(jù)滅火介質(zhì)的類型和被控對象特點(diǎn)，認(rèn)真確定填充量。如果沒有充足的燃料，即使滅火效果再好，也很難在短時(shí)間內(nèi)將其控制住，最多只能延緩火焰擴(kuò)散，卻不能將其完全熄滅，從而給再燃埋下隱患。然而，超量充注在延長滅火時(shí)間的同時(shí)，也導(dǎo)致滅火器的尺寸和質(zhì)量增大。這既是對用戶體能的挑戰(zhàn)，也會對應(yīng)急時(shí)的作業(yè)柔性產(chǎn)生較大限制，特別是對于狹小場所，過多配備消防器材影響人員的逃生和營救效率[2]。噴射時(shí)間的設(shè)置也不可忽視，要根據(jù)火災(zāi)發(fā)展的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。由于前期火勢快速擴(kuò)大，對滅火器的使用提出了更高要求，能夠快速形成滅火壁壘，切斷氧供應(yīng)，對可燃物進(jìn)行降溫，實(shí)現(xiàn)了對火焰的有效控制。若噴射時(shí)間太少，僅能將局部火焰遮蓋住，就會消耗殆盡，不能起到完全的保護(hù)和控制作用。如果噴射時(shí)間較長，雖然表面上看起來很好，但實(shí)際上并不符合工程經(jīng)濟(jì)性，并且會增加系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜性。如何兼顧滅火初始階段的消防用水要求，避免資源浪費(fèi)和使用不便，是消防安全領(lǐng)域面臨的一個(gè)重大難題，需要對各方面的影響進(jìn)行全面考慮，以保證滅火系統(tǒng)在火災(zāi)發(fā)生后發(fā)揮最大作用。

（三）操作便捷性

操作便捷性是滅火器設(shè)計(jì)中一個(gè)不可忽視的關(guān)鍵因素，特別是在緊急情況下，每個(gè)瞬間都至關(guān)重要。一臺好的滅火器應(yīng)在壓力很大的情況下，也能確保所有人快速、正確使用。簡單的工作程序就是在火災(zāi)發(fā)生后，省去確認(rèn)火災(zāi)和使用滅火器的過程，如使用按鈕或者直接拉環(huán)，避免錯(cuò)誤發(fā)生，使非專業(yè)人士也能快速掌握。增強(qiáng)直觀性設(shè)計(jì)包括滅火器材的實(shí)體形式和標(biāo)志。明顯的安全標(biāo)志、操作圖示和彩色代碼（如紅色代表危險(xiǎn)、綠色表示安全操作的部件）可以協(xié)助用戶在煙霧或燈光較暗的條件下快速識別和適當(dāng)動(dòng)作。另外，在結(jié)構(gòu)上，要遵循人機(jī)工效原則，以保證手拿時(shí)的舒適度，噴頭容易對準(zhǔn)火源，并在適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度下，保證各種人群都能高效運(yùn)用。

二、提升滅火效果的策略

（一）個(gè)性化設(shè)計(jì)

個(gè)性化設(shè)計(jì)滅火器方案，旨在針對不同場所的具體火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)特性，提供更為精確有效的解決方案。例如，廚房是食用油類火災(zāi)的多發(fā)地帶，因此選擇能夠高效抑制食用油類火焰的滅火器，尤其是那些具有特定化學(xué)成分，能夠有效控制食用油火焰的干粉滅火器。該產(chǎn)品不但可以快速隔離空氣中的氧氣，而且可以使被燃燒物體的溫度下降，從而防止油污再燃，同時(shí)保證整個(gè)廚房的安全性。在化學(xué)工廠或者實(shí)驗(yàn)室里，因?yàn)橛泻芏嗫扇蓟瘜W(xué)品，所以為了撲滅活性金屬引發(fā)的火災(zāi)，必須使用D類滅火器，如鈉、鎂等。這種滅火器一般都摻入特殊粉末或者沙子，通過化學(xué)隔離和物理降溫來進(jìn)行滅火。在圖書館、檔案室和數(shù)據(jù)中心等地方，如果使用CO2滅火器或清潔氣體滅火（如七氟丙烷），更適合用于快速滅火，而不會損壞文物和精細(xì)的電子儀器。在電動(dòng)汽車充電和儲存場所，考慮到鋰離子動(dòng)力電池火災(zāi)的特點(diǎn)，需要使用具有迅速冷卻和阻斷連鎖反應(yīng)能力的滅火器，如帶有特種添加劑的自噴水性滅火系統(tǒng)或者專門為鋰離子電池起火而研制的干粉滅火器[3]。應(yīng)人性化安排滅火器材的配置和數(shù)量。依據(jù)建筑物布局、人員流量和可能的火災(zāi)來源等因素，對消防設(shè)施的合理配置進(jìn)行科學(xué)測算，以保證在緊急情況下消防設(shè)施的快速使用，如在大型購物中心的飲食場所附近增加潤滑油滅火器，在一些電器集中的地方安裝清潔氣體滅火系統(tǒng)。

（二）智能化集成

智能化集成在滅火器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，正在逐步改變傳統(tǒng)的消防方式。通過融入先進(jìn)的傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析算法與自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)了對火情的智能識別與高效處置。這一創(chuàng)新不但提高了消防工作的精度和效率，同時(shí)也增加了消防人員的安全性。其中，智能滅火系統(tǒng)采用紅外熱成像、煙霧檢測和火災(zāi)辨識等多種高靈敏檢測方法，實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)和程度的快速檢測。通過多個(gè)傳感器協(xié)作，對火災(zāi)過程進(jìn)行在線監(jiān)測。通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法對火災(zāi)發(fā)展進(jìn)程進(jìn)行分析，并根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的不同情況，調(diào)整噴霧強(qiáng)度、噴霧方向和噴霧劑量，達(dá)到“按需滅火”的目的，如在遇到小規(guī)?；馂?zāi)時(shí)，該裝置可以采用精量噴淋方式，以降低水源消耗，避免損失。另外，該智能滅火器還配置了一套自適應(yīng)的環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠根據(jù)室內(nèi)溫濕度和風(fēng)向的改變對滅火方案進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，以保證滅火器的高效性和可控性。通過衛(wèi)星定位和無線通信模組，可以實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和管理，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警，并對附近的救災(zāi)物資進(jìn)行調(diào)配，還可以對一些危險(xiǎn)的地方如石油化工廠、油庫等進(jìn)行遙控控制。在安全保護(hù)上，該智能滅火系統(tǒng)采用了兩種功能模式，以防止因錯(cuò)誤或未經(jīng)許可而造成危險(xiǎn)。與此同時(shí)，對設(shè)備壓力、滅火器存量及蓄電池狀況等進(jìn)行定期檢測，如有不正常情況，可通過移動(dòng)電話APP或短信提醒維修人員，以保證滅火器始終保持最佳工作狀態(tài)。

（三）輕量化材料應(yīng)用

在追求滅火器輕量化的同時(shí)確保其耐用性和效能，現(xiàn)代材料科學(xué)的進(jìn)步為這一目標(biāo)提供了諸多可行路徑。碳纖維復(fù)合材料、高強(qiáng)鋁合金、鎂合金和高性能高分子材料等輕質(zhì)材料的使用，使滅火器殼體的結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生了革命性變化。碳纖維復(fù)合材料因高比重和密度，不但可以降低消防器材的整體質(zhì)量，還具備良好的防撞擊和防腐能力，保證其在長時(shí)間使用中的整體穩(wěn)定性[4]。該產(chǎn)品的出現(xiàn)，使滅火器材更加方便、更加牢固，特別適合在高樓林立或交通不便地區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)使用。高強(qiáng)鋁合金和鎂合金同樣也是實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的首選。這種材料不但具有較輕的質(zhì)量，而且具有很好的可切削性，很容易形成各種形狀的殼體，并具有一定的力學(xué)強(qiáng)度，能夠承受外界的撞擊和內(nèi)壓。采用精鑄或擠出成型技術(shù)，在保證制品質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)了對材質(zhì)的最優(yōu)利用。高分子材料，尤其是工程用高分子材料以及高性能的熱塑復(fù)合材料，在消防器材的輕量化方面也表現(xiàn)出極大的發(fā)展前景。這種材質(zhì)不但重量輕，而且抗化學(xué)腐蝕，隔熱性能優(yōu)良。通過添加玻纖、碳纖維等強(qiáng)化手段，提高其機(jī)械強(qiáng)度，以適應(yīng)惡劣環(huán)境下的使用要求。同時(shí)，通過多種材質(zhì)的組合，在重要承載部分采用金屬材質(zhì)，在非承載件或副構(gòu)件中加入輕質(zhì)高分子，達(dá)到局部增強(qiáng)和全局減輕的有機(jī)統(tǒng)一。

（四）環(huán)保型滅火器研發(fā)

環(huán)保型滅火器的研發(fā)是近年來消防科技領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，旨在平衡滅火效能與環(huán)境保護(hù)的需求。以鹵代烴類化合物為代表的常規(guī)滅火器具有很好的滅火效果，但存在著對臭氧層的破壞、溫室效應(yīng)和生態(tài)危害等問題。國內(nèi)外各研究單位及企業(yè)都在研究開發(fā)環(huán)境友好型滅火器。首先，將水性滅火器進(jìn)行技術(shù)改造和革新。通過加入潤滑劑、表面活性劑、成膜助劑等修飾組分，增強(qiáng)其對A型（固態(tài)）和B型（液態(tài)）火焰的滅火效果，并保證無毒無殘留，在自然分解中無二次污染。其次，研究無毒氣體（IG-541，由氮?dú)?、氬氣、二氧化碳等成分按照一定配比組成），實(shí)現(xiàn)對環(huán)保的有效控制，對人類無損害，也不會造成大氣污染。另外，開發(fā)具有較小增溫潛勢（GWP）、無臭氧損耗潛勢（ODP）的含氟化合物阻燃劑，是一種較好的替代鹵代烷滅火材料[5]。研究開發(fā)基于生物的滅火技術(shù)也是一種發(fā)展方向。該類滅火器多來源于可再生的植物萃取液，具有很強(qiáng)的可降解性，且在撲滅火災(zāi)后可以快速分解，從而降低森林火災(zāi)的危害。例如，一些天然橡膠、蛋白質(zhì)類的泡沫滅火器，滅火效率高，對環(huán)境的危害也很低。同時(shí)，為提高滅火效果，研究團(tuán)隊(duì)也不斷改進(jìn)噴霧技術(shù)，如微膠囊化技術(shù)、氣溶膠技術(shù)等，以實(shí)現(xiàn)對滅火器的精準(zhǔn)調(diào)控，降低其過度使用造成的生態(tài)負(fù)荷。在此基礎(chǔ)上，研究適用于特殊場合（如數(shù)據(jù)中心、圖書館等）的消防水回收系統(tǒng)，保證消防水在用完后能夠被回收再用，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

（五）用戶培訓(xùn)與標(biāo)識優(yōu)化

用戶培訓(xùn)與標(biāo)識優(yōu)化是提升滅火器使用效率與公眾應(yīng)急反應(yīng)能力的重要環(huán)節(jié)。一套行之有效的訓(xùn)練方法應(yīng)包括理論教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練兩部分，以保證所有使用者能夠了解消防器材的正確使用程序。在消防知識方面，要普及消防知識，了解消防器材的種類和用途，如使用水性滅火器應(yīng)對A類火災(zāi)，使用干粉滅火器應(yīng)對ABC類火災(zāi)等，從而提高使用者辨別火災(zāi)類型的能力。利用多媒體教學(xué)、模擬消防軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)游戲，使學(xué)員置身于火災(zāi)現(xiàn)場，加強(qiáng)對火災(zāi)應(yīng)急處置知識的回憶和了解。在實(shí)際練習(xí)中，定期舉辦滅火器培訓(xùn)，進(jìn)行實(shí)際消防演習(xí)，檢查滅火器的有效性。在培訓(xùn)中，注重對學(xué)員的安全保護(hù)，保證培訓(xùn)的安全性和有效性。在標(biāo)識的優(yōu)化上，滅火器應(yīng)有明確的標(biāo)識系統(tǒng)，包含但不限于滅火器型號、適用的火焰圖標(biāo)、操作步驟和安全警示等。使用高反差顏色和發(fā)光材質(zhì)，以保證在突發(fā)事件中容易辨認(rèn)[6]。另外，對于視覺殘疾的特定群體，還可以通過觸摸指示或者聲音提醒等方式來幫助用戶進(jìn)行無障礙操作。推行“智慧防火”概念，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在滅火器上安裝一個(gè)智能標(biāo)識，使用者只需移動(dòng)電話，就可以得到有關(guān)滅火器的全部資料和使用視頻指南。這樣的數(shù)字管理模式大大提高了信息的及時(shí)性。構(gòu)建消防器材維修管理信息系統(tǒng)，定時(shí)推送維修提示，確保每個(gè)消防器材都能正常工作。

總語

綜上所述，滅火器設(shè)計(jì)參數(shù)的合理配置對于提升滅火效能至關(guān)重要。通過細(xì)致分析關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素，并實(shí)施針對性的改進(jìn)策略，可以顯著增強(qiáng)滅火器的實(shí)戰(zhàn)效果。未來，結(jié)合技術(shù)創(chuàng)新與用戶需求，將不斷推動(dòng)滅火器設(shè)計(jì)向更高效、更智能、更環(huán)保的方向發(fā)展，為構(gòu)建安全的社會環(huán)境貢獻(xiàn)力量。

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