水系灭火剂的研究与发展

水系灭火剂的研究与发展水系灭火剂的研究与发展 水系灭火剂的研究与发展 摘要 综述了国内外水系灭火剂的研究现状 并讨论了水系 灭火剂研究的发展方向 火灾是人类的大敌 无论地面火灾还是井下火灾不仅造成了大 量的人员伤亡 还造成了财产和自然资源的重大损失 据原劳 动部统计 1994 年全国共发生火灾 不含森林 草原 军队的 火灾 4 万起 死亡 2748 人 直接财产损失 12 4 亿元 1995 年 3 8 万起 死亡 2232 人 伤 3370 人 直接财产损失 10 8 亿 元 如何快速有效地扑灭火灾 最大限度地减少损失 一直是 具有重要意义的研究课题 目前 灭火剂主要有水 泡沫 干 粉 卤代烷 二氧化碳 氮气以及一些具有特殊用途的灭火剂 如用于扑灭轻金属火灾的 7501 灭火剂等 其中水是最常用的灭 火剂 广泛用于扑来建筑 森林 草原和井下火灾 但水的流 动性很强 大部分水常常未发挥作用就流失了 其利用率很低 例如 在扑灭森林火灾时 水喷洒到枝叶上时 大部分水很快 滴到地面 起不到灭火作用 当水源较远时 付出很高的代价 运来水 又未充分发挥作用 延误了灭火时间 又如扑灭建筑 火灾时 流失水顺楼梯或缝隙向下层流动 动 不但失去灭火作 用 而且对未着火的下层区域造成二次损失 再如在扑灭煤巷 冒高浮煤自燃时 通过钻孔向燃烧区域注水 大部分水通过裂 隙流到巷道 不但影响作业环境 而且由于水流冲刷 在煤体 中形成更加连贯的孔隙 更有利于空气的侵入 灭火后 经过 一定的时间 仍可能再次自燃 提高水的灭火性能 减少水的 流失 是目前国内外火灾科学领域的前沿课题 1 水系灭火剂研究现状 为了提高水的灭火性能 减少水的流失 人们进行了大量的研 究工作 例如采用物理方法改变水的喷洒状态 利用水雾灭火 采用化学方法 通过在水中加入少量添加剂 改变水的物理化 学性质 提高水在物体表面的粘附性 提高水的利用率 加快 灭火速度 1 1 水雾灭火剂 高压水通过直喷式或离心式喷嘴形成水雾 当水滴进入火焰区 后 水份蒸发吸收大量热量 使火焰温度降低 同时蒸发产生 的水蒸汽 降低了火焰区氧气的浓度 部分穿过火焰区的大水 滴 到达燃烧物表面 降低了表面温度从而达到灭火效果 水 雾还可用于扑灭电器 通讯机房 计算机房 医院等重要场所 火灾 也可替代卤代烷灭火剂 水雾若以水幕状喷出 还可用来遮挡火焰产生的红外辐射 防 止火灾的蔓延 coppalle 研究了水幕对红外线的散射及吸收现 象 并研究了水滴直径对水幕防红外辐射能力的影响 1 2 含添加剂水系灭火剂 在水中加入添加剂 改变水的物理化学性质 可提高灭火效果 添加剂可分为以下几类 1 吸水性颗粒 2 表面活性剂 3 增稠剂 增稠剂又可分为无机增稠剂 如水玻璃 无定形 sio2 等 和有机增稠剂 如水溶性高聚物 1 在水中加入吸水性颗粒添加剂 吸水性颗粒吸水并膨胀 从而使一部分水保持在颗粒中 一部分水仍成游离状态 当喷 洒到物体表面后 部分游离水会流失 而吸水性颗粒则会停留 在物体表面 形成覆盖层 增强灭火效果 减少水的流失量 中川清一 伏见诚一 日本专利 jp62 44271 jp01 94872 使 用 im 300 和 im 1000 一种丙稀酸与演粉共聚物颗粒 作为添 加剂 该添加剂具有吸水膨胀性能 吸水倍数达 1000 倍 在扑 灭模拟木材火灾实验中 使用 1 0 升 10 秒钟内即可灭火 而 使用水灭火时 需 18 升水 灭火时间达 3 分钟 将该灭火剂涂 于木板表面 将木板面距火焰 10cm 处烘烤 在 3 分钟内不会燃 烧 镇目龙平 日本专利 jp03 292969 使用大阪有机化学工 业株式会社生产的高吸水聚合物颗粒 平均粒度 70 150 微火 吸水率 70 200 倍 耐热温度 150 200 他指出 由于大部 分水被聚合物颗粒吸收 可有效地防止水的流失对财产和环境 的二次破坏 von bluecher 美国专利 us4978460 在水中加入强吸水膨胀 高分子聚合物颗粒添加剂 即丙烯酸或甲基丙烯酸盐共聚物 加入水中后吸水膨胀 但不溶于水 在水中按 0 4 加入该添加 剂 即可制成灭火剂 其中吸水颗粒的含水量占总水量的 50 以上 粘度小于 100mpa s 灭火时间和灭火用水量可减少 30 35 水的流失可减少 85 为了防止高吸水颗粒在加入水 中时胶结成块 影响其在水中的分散速度 可在高吸水颗粒中 掺入聚乙烯醇 300 或 400 或磷酸二铵作隔离剂 隔离剂在吸水 性颗粒之间形成屏障 由于隔离剂具有良好的水溶性 从而防 止吸水性颗粒的胶结 加快其分散 吸水 膨胀速度 2 在水中加入表面活性剂可降低水的表面张力 提高水在憎 水性物体 如塑料 表面的粘附性 从而提高灭火效果 takahashi 利用普通水 plain water 和湿润性水 wet water 对 10 种普通塑料和 3 种泡沫塑料进行了来火试验 所 谓湿润性水就是在水中加入表面活性剂 试验表明 湿润性水 在大部分塑料表面的粘附量是普通水的两倍以上 用湿润性水 灭火可减少灭火时间 30 50 他还研究了表面活性剂浓度与 灭火时间的关系 结果表明 随着表面活性剂浓度增加 灭火 时间不再减少 该浓度值大约是表面活性剂临界胶束浓度 cmc 的 10 倍 3 在水中加入增稠性添加剂 制成粘性水灭火剂 可使水的 粘度增加 显著提高水在物体表面的粘附性能 在物体表面形 成粘液覆盖层 减少水的流失 提高灭火速度 gogolin 将硅酸钠凝胶溶液注入煤体 降低火区温度 封堵煤 中裂隙 防止漏风 收到很好的灭火效果 高云溪 中国专利 cn88 103151 在水中加入水玻璃 配成 20 40 的水溶液作为灭火剂 该灭火剂具有一定的粘度 能粘 附于物体表面 在火焰的烘烤下 可逐渐变成阻燃的固体防护 层 在高温下水玻璃还能发泡 使防护层变厚 从而隔绝空气 防止火的蔓延 扑灭火灾 尤其适用于森林等大面积火灾的灭 火 buil loehnert 专利 wo92 13602 wo93 25474 在水中加入 无定形 sio2 和水溶性高聚物 如聚乙烯醇等 作为增稠剂 制 成灭火剂 可利用普通灭火器械喷洒 该灭火剂粘附在物体表 面后 可防止火的蔓延 减少水的流失 baudouin 法国专利 fr2615399 在水中加入铝酸盐矿物 水 玻璃或纤维素衍生物制成灭火剂 用于扑灭森林火灾 其粘液 可粘附在枝叶之上 起到灭火作用 与水相比 粘液不易流入 土壤 亦不易蒸发 可在森林火区周围形成火灾隔离带 artsybashev 前苏联专利 su1544451 使用羧甲基纤维素钠作 增稠剂 再加 nh4 c1 脲等可制成灭火剂 提高灭火性能 用 于扑灭森林火灾 冈本安弘 日本专利 jp05 305135 用魔芋 粉作增稠剂 同样起到防止水的流失 隔绝空气的作用 2 水系灭火剂研究的发展方向 2 1 水雾灭火剂 为了提高水雾灭火剂的灭火能力 应进一步研究不同粒径的雾 滴在火焰中的运动 蒸发状况 研究水雾的粒径分布 喷雾锥 角 流量和动量 2 2 含添加剂水系灭火剂 1 确定灭火剂合适的粘度 灭火剂粘度大 有利于粘附于物 体表面 但会增加管路输送阻力 喷洒困难 反之 若粘度较 小 有利于输送和喷洒 但粘附力下降 2 赋予灭火剂触变流动性 灭火剂经过泵和管路输送 喷洒 到物体表面 在此过程中 灭火剂所受的剪切速率相差很大 其在泵和管路中 剪切速率 可达 5 15s 而在物体表面缓慢 流动时 剪切速率只有 0 01 0 1s 如果粘液为牛顿体 则在 此过程中 粘度不发生变化 若为非牛顿体 且具有触变性 则粘度随着剪切速率的增加而变小 即在泵送和管路输送时 粘度较小 阻力亦小 一旦喷到物体表面后 剪切速率变小 粘度变大 粘附性增强 因此若灭火剂具有触变性 将对灭火 极为有利 3 灭火剂液膜防热辐射性能 火灾发生后 火源周围的物体 受强烈热辐射而升温 直至燃烧 当灭火剂喷洒到未着火物体 表面后 形成液膜 液膜可遮挡一部分热辐射 延缓未着火物 体温度升高 阻止火灾的蔓延 粘液膜遮挡热辐射