泡沫作为灭火介质的历程与发展.doc

沈阳化工大学学士学位论文 文献翻译文献翻译泡沫作为灭火介质的历史与发展进程使用泡沫灭火已经具有重大意义，这种变化是通过一些革新实现：高效泡沫浓缩物的发展节省人力的产生泡沫的设备的发展移动设备和便携设备的发展用于灭火的泡沫分为2类，称为化学泡沫和机械泡沫；后者又称为空气泡沫。 化学泡沫是由碳酸氢钠与硫酸铝的水溶液在发泡剂的催化下相互作用产生的。二氧化碳的产生在于发泡剂，进而形成大量泡沫，其中的内壁是由沉淀铝、氢氧化钠加强。机械泡沫则是由液态发泡剂的混合水溶液在气压下或者用其他的机械方法形成的。在这两种情况下运作的原理是一样的：水介质充气，降低它的密度，增加它的表面积。这使得泡沫附着在燃烧液体的表面，从而防止可燃气体的剧变。它还形成一块很大的面积来吸收辐射热，这有助于冷却表面和周围的边缘，从而降低蒸汽压力。 早期历史最早的关于使用泡沫作为灭火剂的想法出现在1877年，当时是英国的约翰逊的专利。他记录到，“这项专利的目的是要形成一种粘稠的、密度小的不可燃成分，凭借其泡沫的状态，使得它浮于脂肪组织的表面，例如，当石油和其他香精起火时，由于火焰的接近，不可燃的涂膜突然迅速覆盖燃烧固体的表面，阻止所有燃烧并且防止死灰复燃，。”约翰逊描述了一个包括四个相互关联的容器的装置。第一个装有酸；第二个装有过量的碳酸氢钠的浓溶液；第三个装有铝、钠、铵硫酸盐溶液 ；第四个则装有添加有机物的碱性硅酸盐和硫化物的溶液，如肥皂，粘胶，或蛋白质材料。操作灭火器时，酸要排放到碳酸氢钠加压设备。这迫使二氧化碳和过剩的碳酸氢盐进入第三容器，反过来，流入第四室。由此产生的泡沫混合物再通过软管和喷嘴喷出。这项技术显然不是很先进，最开始的对泡沫灭火实验的资金支持给了劳伦特，他在1904年从两种途径证实了一项实验：在35英尺直径的油罐内，泡沫的产生能有效地阻止汽油燃烧：一种含有碳酸氢钠和皂素泡沫稳定剂，另一种含有硫酸铝。该溶液通过一个室内双油泵分开传送，并且在流动到液体表面之前发生反应。劳伦特还建议，泡沫可以由他之前的两个溶液实验中使用的粉末状的化学物质与水混合而形成。实际上，盖茨在1903年就对一种使用机械泡沫灭火的方法申请专利了。他发明了一个含有溶解硼砂皂或硫酸铵的铵溶液的容器，连接到一个含有氨，氮，或压力下的二氧化碳的缸，气体被迫从容器中的溶液分解出来，然后进入一个能使附加气体发泡形成泡沫的盂。肥皂溶液中的盐使由此产生的所产品更具有防火性。 化学泡沫的发展这项早期的技术似乎没有得到太多实际应用，直到1912年，劳伦特所使用的泡沫设备被介绍到英国消防部门使用。该仪器采用双罐，一个包含13%的硫酸铝溶液，另一个含有8%碳酸氢钠溶液，使用3%皂苷、甘草或土耳其红油作为泡沫稳定剂。小型的手提型灭火器也投入使用。大约在这个时候，与以上相似的改进设备也开始安装用来保护储油罐，和1920年初的两个溶液系统在世界各地投入使用，包括美国，德国，英国。1925年，厄克特发明了一个泡沫发生器，包括一个含有干燥混合发泡粉的漏斗，使它在水的压力下通过一个喷油器的喉部，从而按劳伦特的以前的建议产生一个实际的作用。其他各种类型的泡沫发生器是由伯迈斯特、格拉夫、蒂姆普森等人发明，他们的泡沫系统使用化学发泡粉，混合的或者分离的的碳酸氢钠和硫酸铝逐渐取代了双溶液系统。虽然泡沫发生器是最成功的一个可以产生大量泡沫的装置，问题在于，由于泡沫粉末结块，阻止了泡沫的流动。这是因为水分的存在，使得碳酸氢钠和硫酸铝之间过早的反应，为了改善粉末的储存性和流动性，当时也提出了很多建议。施密特在60摄氏度下将碳酸氢钠、硫酸铝和皂素烘干，再与浮石或地上的石头混合。邓拉普和伊尔建议增补惰性材料，如滑石粉、中国粘土和粉，改善粉末的流动性并防止其分解。现在一般的做法是使用干燥混合泡沫粉，亚铁硫酸铝作酸性成分。从皂甙开始，多种发泡剂已经被建议投入使用并作为化学泡沫稳定剂，包括植物提取物，水解蛋白，和合成化合物。众多不同的物质被授予专利，例如：玛尼和菲利普的甘草；范鲁汶和范鲁汶皂素的白雀树皮提取物；厄克特大豆蛋白;沃克亚硫酸盐废液；肯特、柴普曼、和戴姆勒的磺化物；还有克豪森紫花苜蓿提取物。到第二次世界大战期间，大多数化学泡沫使用植物提取物作为稳定剂，主要是甘草或者皂苷。然而由于成本高，皂甙已取代其他提取物，造纸行业的副产品或蛋白水解物 。化学发泡粉和化学泡沫灭火器的费用，现在普遍符合政府的规范要求。一般来说，现在投入使用的各类设备产生的泡沫膨胀比例，根据溶液或水使用量，从8:1至16:1不等。 低温化学泡沫以上描述的泡沫是只适用于在正常温度工作。在温度低于40华氏度时，碳酸氢钠和硫酸铝之间的反应太慢。莫克建议，在寒冷天气工作时，应使用碳酸氢铵和醋酸钠，托马斯和霍奇沃特建议采用碳酸钾和卤代磺酸。使用碳酸氢钾和氯化铝的特殊配方也有人提出，但不经常使用。 抗溶性泡沫 虽然化学泡沫在遇到汽油和其他碳氢化合物火灾时具有优异的稳定性，它可以被醇和其他极性溶剂迅速分解。此外一个含有化学泡沫粉的饱和脂肪酸肥皂可以产生稳定的泡沫，能够在气泡壁上形成一种不溶性铝肥皂膜。布雷克博、加拉特和博伊德揭示了肥皂可用于这一目的，但它们可能不会保留在化学泡沫灭火器的溶液中。雷特斯表示，这一特性可以在蓖麻酸钠和饱和皂的使用中用到。佩里通过使用一个散布有卵磷脂的胶状醇安肥皂获得了同样的结果。 机械泡沫的发展盖茨和劳伦特所描述的早期实验中产生泡沫的方法，这种类型的化学泡沫一段时间后才被大规模投入商业应用。为了达到产生令人满意的机械泡沫灭火的目的，需要先进的设备和泡沫的集中产生。施纳贝尔设计了几件混合着压力下的空气、其他气体和起泡剂的仪器，并重申了劳伦特的一个建议：在饱和发泡剂的压力下，使混合气体和液体边释放压力边从容器中发出泡沫。施纳贝尔用皂素作为发泡剂，他的初衷是使用在德国和英国制造并销售的仪器。然而，这种仪器的主要用途，是生产泡沫用来消除煤矿灰尘。大约在同一时间，瓦格纳则是采用开放式喷水空气泵，生产了第一个喷油式空气泡沫设备，这是在今天普遍使用的大部分空气泡沫设备的先行者。然而，瓦格纳受到缺乏合适的发泡剂的限制，未能给予足够的泡沫产生一个稳定的化学泡沫量，因而他的工作成果被冷落了好几年。1929年施洛德、范杜尔和丹麦的埃拉哈默发明一种泡沫泵，其中空气、水和发泡剂被卷入旋转泵的吸入端，然后强行通过混合室，产生大量微细气泡，并通过软管和喷嘴排出。无论是施罗德范杜尔泵还是埃拉哈默泵，都是利用有足够稳定性的皂素溶液产生泡沫，作为消防设备，它们获得了认可。甘草提取物和钾肥皂的溶液也可以产生合适的泡沫，埃拉哈默泵使用皂素，后来英国政府采纳钾椰油皂用于皇家空军使用的飞机失事消防车。与此同时，弗里德里希致力于研究空气注入式发泡设备并在1933年制定了几件使用高压水软管线的设备，但他也面临缺乏合适的发泡剂的问题。尽管皂甙和甘草能在能源充足的化学泡沫泵或者转换到泡沫状态的泵中作为原料，提供良好的泡沫，可利用的能量不足以支持高速水射流以形成稳定的泡沫注射管道。 润湿剂基泡沫浓缩物 很明显，为了利用这一新方法制造泡沫，充分发挥其设备简单、操作的连续性好的巨大优势，就有必要制定一个不同类型的发泡剂，泡沫应该比以前更容易产生并易于使用。磺化唠（十二烷基硫酸钠）只有部分尝试是成功的。相当多的工作是由戴姆勒、格罗斯等人完成的，他们开发了由有机合成润湿剂浓缩水溶液、蛋白降解产物和乙二醇或乙二醇醚组成的混合物。润湿剂在反应中作为泡沫催化剂，蛋白质作为稳定剂，乙二醇作为液化剂和冷冻降凝剂。英国的莫里亚特和托德也做了这些工作。人们认为最成功的润湿剂是烷基磺酸的碱金属盐类，特别是丁基萘磺酸钠。最合适的的蛋白质是蛋白胶的硝酸水解产物。在30年代中期的德国和英国，这些产品的浓缩溶液的生产和使用的规模越来越大，配合着瓦格纳或弗里德里希修改的泡沫管道一起投入使用。其他工人在这一时期开发出不同的产品，如发泡浓缩液；其中可能提到特雷瑟尔，他建议使用泡沫甘草提取物和粉末状的石灰的混合物泵；胡德则建议使用亚硫酸盐纤维素、甘油和脚灯；蒂姆普森使用各种碱、磷化脂肪酸和氨基酸肥皂。蒂姆普森的肥皂配方在他们国家的一定范围内广泛应用。二十世纪三十年代中期，在德国和英国空气泡沫已成为一个公认的灭火介质，上述的生产设备和泡沫形成浓缩物在当时正在被大批地制造。含有2.5%至4%的蛋白型润湿剂的浓缩物的溶液，在淡水中会很容易产生具有膨胀比12和18至1的泡沫，这能适用于许多可燃液体火灾和其他火灾。但是这种泡沫不像化学泡沫那样稳定的，受热时更容易分解。泡沫在与盐水混用时也不太令人满意，遇到酒精火灾时也没有足够的抗性。 以蛋白质为基础的泡沫浓缩液由于空气泡沫具有种种缺点，认识到这些，工人们试图获得更好的产品。在1937年的德国汉堡，魏森博恩产生了他称之为“赛摩泡沫法”，或鬼泡沫的浓缩物，是因为其保持膨胀形式的能力在水已倒掉或蒸发之后还可以持续几个小时。这种材料最初由两种溶液组成，一是集中水解蛋白，另一种是硫酸亚铁水溶液，它们在使用之前混合在一起。蛋白本身是发泡剂，亚铁盐作为泡沫稳定剂。后来魏森博恩将其作为一个单一的混合浓缩物生产赛摩泡沫。一种浓度5的溶液，在淡水或咸水产生膨胀比为8比1的泡沫，这种泡沫在遇到烃类火灾时和化学泡沫一样有效且稳定，对酒精火灾也有一定程度的抵抗能力。几年前，詹宁斯曾使用含胶和硫酸亚铁的混合物，形成永久性的泡沫用作覆盖层，以防止汽油储罐的蒸发损失，但水解蛋白和亚铁盐被用来产生灭火泡沫还是第一次。魏森博恩没有透露他使用的的蛋白水解物的细节，但声称他发明的多价金属的盐在与分离蛋白结合使用。他推测，蛋白降解产物的亚铁盐是可溶的，但是在稀释和泡沫的形成过程中，它们被气泡中的氧气氧化成为亚铁盐。在这后者的状态中，它们是不溶性的且沉淀在泡沫壁。在魏森博恩不久之后，与他分开工作的弗里德里希和雷特斯还发明了蛋白基空气泡沫的浓缩物。弗里德里希获得了一种石灰水解蛋白的蛋白盐溶液，然后他补充了铝盐以获得与魏森博恩相同的结果; 雷特斯用碱土金属氢氧化物来分解可控制的水解角蛋白、白蛋白和球蛋白。通过上述过程制作的浓缩物在1939年的德国和英国被大量的生产。 在战争期间，由于德国国内缺乏合适的蛋白质，尽管有一些蛋白基材料与亚硫酸盐纤维素酒混合的产物，在该国1939-45年期间使用的大多数的泡沫浓缩物属于磺酸润湿剂类型。后一种产品确实不如原来的赛摩泡沫法产生的泡沫。在英国，浓缩蛋白是由蹄和角粉产生，由硫酸亚铁稳定，这种配方也一直得到政府的认可，甚至还做出了若干的修改和改进。戴维斯和克拉克发明了一种由土著原料制成的浓缩物，这也成为了材料供应的限制。 当美国进入了第二次世界大战，部队也开始采用机械泡沫对付石油和汽油火灾，蛋白基和润湿式型的发泡剂浓缩物的发展也得到促进。厄克特当时一直致力于一种由大豆蛋白产生的发泡浓缩物，之后他和佩里的努力也进一步发展了这项工作。巴格莱和莱文制作了一种先前由戴姆勒和他人所描述过的浓缩物，之后莱文分解了一个生产蛋白型精矿水解花生或棉籽粕的过程。马丁和廷普森通过水解鱼鳞蛋白获得了泡沫浓缩物，基尔和英格拉哈姆从戴维斯和克拉克的专利中的血液制取了浓缩物。布斯和其他同事建议使用润湿剂结合梧桐胶形成一种热稳定的泡沫，斯威夫特则是揭示了一种处理玉米蛋白的工艺。在战争期间，美国政府对发泡剂浓缩物的使用作了规范，基本上由水解蛋白含有铁盐作为一个稳定的泡沫状态并最终发布规范JAN-C-266，这项标准至今仍有影响，有一定的参考价值。该规范详细说明了材料被用来在6%浓度的水中反应的各种要求，和涉及自由流动的稳定泡沫的生产方面的问题。虽然如今生产的大部分泡沫浓缩物都是蛋白型，但仍需要合成润湿剂或高倍膨胀材料。与在空气喷射式装置使用蛋白质时相比，润湿剂可以使泡沫有更高的膨胀比。尽管很不稳定，但因为其更大的流动性，反应地更加迅速。它们特别适合泄漏火灾和水供应有限的火灾。 抗溶性机械泡沫第一个研发酒精性空气泡沫的是伯梅.A.G，他声称使用了十二烷基吡啶硫酸盐和其它高分子季铵盐或磷化合物。第一个成功的产品是由戴姆勒和帕奎因完成，他们制作了一种含有集中组成的蛋白水解物（或其他保护胶体）连同脂肪酸锌肥皂溶过量氨的浓缩物。然而，这个产品具有低膨胀、易腐蚀、恶化存储的特点。后来，金博和克利福德获得一个合适的产品的藻酸盐外加剂与润湿剂，特夫和彼得森建议使用鸡蛋蛋白质固体配合水解蛋白。佩里和斯洛维特的一个发展项目介绍了一种多用途的从水解大豆蛋白和铝肥皂而来的形成泡沫的浓缩物，雷特斯和莱文也致力于这一工作。 泡沫一般应用使用泡沫灭火已经从本世纪初的实验活动发展为如今的意义重大的消防措施。固定泡沫系统、移动设备和便携式设备在世界各地用来保护石油炼油厂、油库、失事飞机、船只、和任何有可燃液体火灾危险的地方。泡沫也已成功地