灭火剂的现状及发展

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  摘要:介绍了灭火剂的种类、灭火原理、特点及适用范围,对灭火剂的发展进行了探讨,让大家对灭火剂的现状及发展有所了解和掌握。
  关键词:灭火剂;现状;发展
  随着改革开放、经济建设的快速发展,物质财富的急剧增多和新能源、新材料、新设备的广泛开发利用,以及城市建设规模不断扩大和人民文化生活水平的提高,潜在的火灾隐患也在增多,火灾发生的频率越来越高,火灾损失上升及火灾危害范围扩大的总趋势是客观规律。据统计,我国70年代火灾年平均损失不到2.5亿元,80年代火灾年平均损失不到3.2亿元,但1991-2000年的十年间全国共发生火灾888485起,死亡24564人,伤43422人,直接经济损失116.4亿,四项指标分别占建国50年火灾总数的25.8%,14.7%,13.6%和58.8%。以2011年为例,全年共发生火灾125402起,死亡1106人,受伤572人,直接财产损失18.8亿元。火灾的频繁发生,尤其是重特大火灾不断,给社会财产和公民的生命财产安全造成了巨大的危害,严重影响了社会的稳定和经济建设的健康发展。
  1 燃烧的原理
  20世纪30年代,前苏联科学家谢苗诺夫在法国化学家拉瓦锡1777年提出的燃烧氧学说(认为燃烧是一种可燃物与氧的化合反应,解释了燃烧的现象)基础上提出了链锁反应理论,该理论认为燃烧是一种游离基的链锁反应,解释了燃烧的历程问题和影响因素。国标(GB5907—86)规定:燃烧是可燃物与氧化剂作用发生的放热反应,通常伴有火焰、发光和(或)发烟现象。燃烧发生必须具备三个基本条件(亦称三要素):1.可燃物:指凡能在空气、氧气或其它氧化剂中发生燃烧反应的物质,在燃烧反应中是作为还原剂出现的。如:氢气、木材、硫等。2.助燃物:凡是与可燃物质结合并能帮助、支持和导致着火或爆炸的物质,助燃物实质上是氧化剂。最常见的就是氧气、空气。3.点火源:凡是能引起可燃物着火或爆炸的热能源,统称为点火源。如:明火焰、炽热体、化学反应热等等。从燃烧的整个过程来看,燃烧是一种复杂的物理化学现象。
  2 灭火原理
  一切灭火方法,都是为了破坏已经形成的燃烧条件,或者使燃烧反应中的游离基消失,以迅速熄灭或阻止物质的燃烧,最大限度地减少火灾损失。根据燃烧条件和同火灾作斗争的实践经验,灭火的基本原理有四种。
  2.1 隔离法
  就是将未燃烧的物质与正在燃烧的物质隔开或疏散到安全地点,燃烧会因缺乏可燃物而停止。这是扑灭火灾比较常用的方法,适用扑救各种火灾。
  2.2 窒熄法
  就是隔绝空气或稀释燃烧区的空气氧含量,使可燃物得不到足够的氧气而停止燃烧。它适用于扑救容易封闭的容器设备、房间、洞室和工艺装置或船舱内的火灾。
  2.3 冷却法
  就是将灭火剂直接喷射到燃烧物上,将燃烧物的温度降到低于燃点,使燃烧停止;或者将灭火剂喷洒在火源附近的物体上,使其不受火焰辐射热的威胁,避免形成新的火点,将火灾迅速控制和扑灭。
  2.4 抑制法
  这是基于燃烧是一种链锁反应的原理,使灭火剂参与燃烧的链锁反应,它可以消毁燃烧过程中产生的游离基,形成稳定分子或低活性游离基,从而使燃烧反应停止,达到灭火的目的。
  3 常用灭火剂介绍
  3.1 水
  冷却是水的主要灭火作用。水与燃烧物接触时,从燃烧物中吸取大量的热,水即变成水蒸气,这样迫使燃烧物的温度大大降低,且产生的水蒸气将排挤和阻止空气进入燃烧区,从而降低燃烧区内氧气的含量,使燃烧物停止燃烧。
  特点:比热容大,价格便宜,无毒无害,但易冻结,易导电;
  适用范围:一般可燃材料火灾,不适用于带电设备、忌水性物质(如轻金属、电石等)和非水溶性物质引起的火灾;
  3.2 泡沫
  泡沫灭火剂作为一种洁净的“绿色消防产品”,分为化学泡沫灭火剂和空气泡沫灭火剂。当火灾发生时,使用泡沫灭火剂将其迅速漂浮、附着于燃烧物质表面,与空气隔绝可以达到灭火目的,另外泡沫的使用可以阻断燃烧物与空气的接触,达到降温的作用并稀释了燃烧物的浓度,降低了燃烧反应的化学速率而达到灭火的作用。
  3.2.1 化学泡沫
  化学泡沫灭火剂由发泡剂、泡沫稳定剂、耐液添加剂、其他添加剂组成。发泡剂是化学泡沫灭火剂中产生化学反应的两种药剂,其中一种是酸性药剂,另一种是碱性药剂,酸性药剂是硫酸铝,碱性药剂为可溶解的碳酸盐、碳酸氢盐,在储存中把酸性药剂和碱性药剂分开存放,需要时使这两种药剂加入水中混合而产生泡沫,充装于灭火器内,泡沫中所含的气体为二氧化碳。泡沫稳定剂、耐液添加剂等不参加化学反应,只起到保持泡沫稳定性的作用。
  化学泡沫灭火剂产生泡沫的反应原理如下:
  Al2(SO43+6NaHCO3=3NaSO4+2Al(OH)3+6CO2
  反应中生成的二氧化碳,在溶液中形成大量细小的泡沫覆盖在燃烧物的表面,隔绝空气;反应生成的胶状氢氧化铝则分布在泡膜上,使泡沫具有一定的黏性,且易于黏附在燃烧物上,并增强泡沫的热稳定性,抑制燃烧。
  特点:灭火性能良好,成本稍高
  适用范围:易燃液体引起的火灾,不适用于带电设备及忌水性物质引起的火灾。
  3.2.2 空气泡沫
  空气泡沫灭火剂的水溶液与空气在泡沫产生器中进行机械混合搅拌产生泡沫,所以空气泡沫又称为机械泡沫,泡沫中所含的气体一般为空气。按空气泡沫灭火剂的组分不同,可分为蛋白泡沫灭火剂、氟蛋白泡沫灭火剂、水成膜泡沫灭火剂等。
  特点:使用方便,成本低;   适用范围:适用于油类火灾,不适用于带电设备及忌水性物质引起的火灾。
  (1)蛋白泡沫灭火剂
  蛋白泡沫灭火剂分动物蛋白和植物蛋白两种,是由动物的蹄角、毛血或豆饼、豆皮、菜籽饼等在碱液(氢氧化钠或氢氧化钙)作用下,经部分水解后,再加工浓缩而成的液体。它的主要成分是水和水解蛋白。水解蛋白由具有不同分子量的经部分水解的蛋白质、多肽和低级氨基酸组成。蛋白泡沫液中还含有一定量的无机盐,如氯化钠、硫酸亚铁等。
  (2)氟蛋白泡沫灭火剂
  在蛋白泡沫灭火剂中加入适量的“6201”预制液,即可成为氟蛋白泡沫灭火剂。
  “6201”预制液,又称FCS溶液,是由“6201”氟碳表面活性剂、异丙醇和水按3:3:4的质量比配制而成的水溶液。6%型的氟蛋白泡沫液中含有1%的“6201”预制液(体积比);3%型的氟蛋白泡沫液中含有2%的“6201”预制液。
  (3)水成膜泡沫灭火剂(AFFF)
  水成膜泡沫灭火剂又称“轻水”泡沫灭火剂,其溶剂为乙二醇丁醚、二乙二醇醚等,含量为15~40%。它对氟碳表面活性剂和其他组分有助溶作用,并可增强泡沫的性能,适当降低泡沫液的凝固点。“轻水”泡沫灭火剂中还含有0.1~0.5%的聚氧化乙烯,用以改善泡沫的抗复燃能力和自封能力。
  3.3 干粉
  干粉灭火剂又称化学粉末灭火剂,是一种干燥的、易于流动的固体粉末。一般由碳酸氢钠、碳酸氢钾、磷酸二氢铵、硫酸钾、氯化钾和经验分子式为KC2N2H3O、NaC2N2H2O的化合物等为基料,加入流动剂和防结块剂组成。干粉灭火剂借助于灭火器或灭火设备中的气体压力,将干粉从容器中喷出,以粉气流的形式扑灭火灾。
  当把干粉射向燃烧物时,粉粒便与火焰中的游离基接触而把它瞬时吸附在自己的表面,所以借助粉粒的作用,可以消耗游离基,使游离基的链锁反应停止,火焰即熄灭。干粉的这种灭火作用称为抑制作用。另外,使用干粉灭火时,浓云般的粉雾包围了火焰,可以减少火焰对燃料的热辐射;同时粉末受高温的作用,将会放出结晶水或发生分解,这样不仅可吸收部分热量,而且分解生成的不活泼气体可稀释燃烧区内氧的浓度。当然这些作用对灭火的影响远不如抑制作用大。
  特点:无毒,不腐蚀,不导电,灭火效率高,但灭火后留有残渣;
  适用范围:适用于电气设备、油类和忌水性物质引起的火灾,不适用于精密仪器设备火灾。
  3.3.1 碳酸氢钠干粉
  碳酸氢钠干粉是普通干粉的一种,是我国目前产量最大、使用最多的一种干粉灭火剂。碳酸氢钠干粉和全硅化碳酸氢钠干粉的组成分别见表1和表2。
  3.3.2 磷酸铵盐干粉
  磷酸铵盐干粉(简称磷铵干粉),属于多用干粉。磷铵干粉是以磷酸盐(磷酸二氢铵和磷酸氢二铵)为主要基料,加入硫酸铵、各种添加剂和硅油等制成,并采用全硅化防潮工艺,使干粉颗粒形成疏水的保护层,达到防潮、防结块的目的。
  3.4 二氧化碳
  二氧化碳是一种不燃烧、不助燃的惰性气体。它易于液化,便于装罐和贮存,制造方便,是一种应用比较广泛的灭火剂。
  二氧化碳的灭火作用主要是窒息作用。将二氧化碳施放到着火空间,由于二氧化碳的增加使空间的氧气含量减小,当氧气的含量低于15%或二氧化碳的浓度达到30~35%时,绝大多数的燃烧都会熄灭。1kg的液体二氧化碳在常温常压下能生成500m3左右的二氧化碳气体,这些气体足以使1m3空间范围内的火焰熄灭。
  特点:绝缘性能好,无腐蚀作用,价格低廉,有一定毒性;
  适用范围:适用于电气设备及忌水性物质火灾,不适用于碱或碱土金属引起的火灾。
  3.5 Inergentm(烟烙尽)
  Inergentm灭火剂是卤代烷灭火剂的替代物,卤代烷灭火剂,如人们熟悉的1211和1301灭火剂,具有灭火快、用量省、易汽化、空间淹没性好、洁净、不导电、可长期贮存不变质等优点,应用范围较广。但由于卤代烷灭火剂对大气臭氧层的破坏作用,从2005年1月1日起,禁止在全国范围内生产和使用。
  Inergentm灭火剂由美国安素(Ansul)公司研制开发,它是三种惰性气体的混合物,其中,氮气占52%,氩气占40%,二氧化碳占8%。
  Inergentm灭火剂的灭火机理和二氧化碳灭火剂的灭火机理相同,都是通过将氧的浓度降低到维持燃烧线以下,从而使火熄灭。
  特点:灭火剂清洁、安全、不导电,灭火中不产生分解产物,
  适用范围:是计算机、无线电通讯装置、油和气体生产装置及珍贵历史档案库的理想灭火剂。
  3.6 7150
  7150灭火剂,学名为三甲氧基硼氧六环,化学式为(CH30)B303,是一种无色透明的液体,对于扑灭金属火灾,具有较好的灭火效果。
  7150灭火剂热稳定性较差,同时本身又是可燃物,当它以雾状喷射到燃烧着的金属表面时,会发生分解反应和燃烧反应:
  分解反应:
  燃烧反应:
  2(CH3O)3B3O3—→3B2O3+9H2O+6CO2
  以上两个反应产生的硼酐在金属燃烧的高温下熔化为玻璃状液体,流散于金属表面及其缝隙中,在金属表面形成一层硼酐隔膜,使金属与空气隔绝,从而使燃烧窒息。同时,在7150发生燃烧反应时,还需消耗金属表面附近大量的氧,也就能够降低金属的燃烧强度。   特点:灭火速度快,用量少;
  适用范围:主要扑救镁、铝、镁铝合金等金属火灾。
  4 灭火剂的发展
  当前在我国乃至世界,灭火剂向着高效、多功能的方向发展。我国最近研制出了一种新型高效的超细干粉灭火剂,可以说超细干粉代表了干粉灭火剂的发展方向,但不是最终目标,新研制的这种超细干粉灭火剂从干粉家族中脱颖而出,因为其粒径细微,比表面积增大,从而增大了与火灾的接触面积,达到了高效灭火的目的。不仅大大提高了灭火效率,在应用方面由于其粒径细微,全淹没灭火效果好而扩展到固定式自动灭火领域,被广泛看好。但如果我们能把干粉加工至纳米级甚至更细,那时的干粉灭火浓度更低、灭火效率更高(灭火效率可成百上千倍增长);当然,要把干粉灭火剂加工到纳米级甚至更细,要解决的问题还有很多很多,可喜的是国内已有很多的科研机构和消防企业正在不断地进行干粉灭火剂的新品研发;据悉,武汉绿色消防器材有限公司的技术人员已经把干粉灭火剂加工到了小于1μm,这不能不说又是个大的突破。
  另外,我国最新研制出一种集高倍数、中倍数、低倍数、蛋白、水成膜等五六种常见泡沫于一身的新型灭火剂,适用于由汽油引发的油性火灾以及丙酮类物质引发的水性火灾,一改过去单一灭火剂只能扑灭一种火灾的弊端,灭火效率比过去提高两至三倍,在全国即将投入使用。
  法国BIO—EX消防科研所最近研制出一种新型泡沫灭火剂。此灭火剂在扑灭各种火灾时不但效果好,对环境无污染,不伤害生物,而且在灭火中可迅速缩小火灾区域和降低周围环境的温度。此泡沫剂黏度小,因此在灭火中迅速扩散,可以及时扑灭火灾,即使在气压和环境温度低的情况下,灭火效果仍然很好。其灭火过程是:在灭火中首先和氢氧化物反应,出现一层薄膜,紧接着又形成像皮肤一样薄的凝结层,使着火物和空气隔绝,这样,不但可迅速扑灭火灾,而且可阻止复燃,还可使燃烧中产生的各种有毒气体不至于扩散。此泡沫剂适用扑灭各种火灾,能有效防止有毒气体伤害,符合欧洲工业标准。它有多种型号,其中3S型液态泡沫剂既可加水使用,又可以单独使用,特别适用扑灭氢化物火灾。此型泡沫灭火剂现在已在欧洲多国消防部门使用,并已正式投放国际市场。
  相信随着科技的发展与创新,灭火剂仍然会在消防产品中占有重要的地位,并不断推陈出新。
  [参考文献]
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