高效水系灭火剂研究新进展

滑迎辉，张国华，郝瑞建

（中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北邯郸056027）

高效水系灭火剂研究新进展

滑迎辉，张国华，郝瑞建

（中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北邯郸056027）

高效水系灭火剂以其出色的灭火性能和绿色环保效果，在消防领域中展现出了广阔的应用前景。本文主要综述了近年来高效水系灭火剂的研究前景、国内外研究现状、技术原理和途径等方面的研究现状，并对其未来的市场和发展方向进行了展望。

高效水系灭火剂；火灾；绿色环保；消防

1 高效水系灭火剂研究前景及意义

火灾对人类的生命财产安全构成了极大的威胁，特别是火灾产生的有毒浓烟更是造成火场人员伤亡的罪魁祸首。因此，采用快速有效地灭火产品，及时扑灭火灾是挽救人员生命财产损失的必要手段。此外随着人类对环境保护的日益重视，开发环境友好的绿色灭火产品也日益为人们所重视。

根据消防燃烧学理论，火灾是可燃物的燃烧反应。需要有可燃物、助燃物和点火源3个条件才可以发生。这3要素在发生燃烧时可以表示为着火三角形，见图1。

图1 着火三角形Fig.1 Fire triangle

由图1可见，预防和控制火灾的基本原理就是破坏燃烧的一个或几个条件，先要做好防火措施，一旦着火，实施灭火办法，使燃烧中断，在一定程度上降低火灾的危害性。当可燃物燃烧后，必须采取相应的灭火方法，使其停止燃烧。灭火可以通过冷却、窒息、隔离、化学抑制4个灭火的基本原理进行灭火。4种灭火原理在不同的灭火剂中体现不同，通常情况下一种或几种是共同发挥作用的。国标GB/T4968-2008中将火灾分为A类火灾：固体物质火灾、B类火灾：液体或可熔化的固体物质火灾、C类火灾：气体火灾、D类火灾：金属火灾和F类火灾：厨房内动植物油脂火6种类型[1]。

目前，广泛使用的各类灭火剂产品在灭火性能或者环境保护方面都有或多或少的不足之处，而且对于火灾烟气的抑制作用非常有限。哈龙系列灭火剂由于含有氟利昂等破坏臭氧层的物质，根据国际蒙特利尔议定书和中国哈龙行业淘汰计划，2010年开始进行逐步淘汰。目前，哈龙灭火剂的替代研究可分为两大方向：（1）以其它灭火系统替代的应用研究。如以CO2、细水雾灭火系统等进行替代；（2）开发一种新型高效、绿色环保、成本低廉并能够消除火场有毒浓烟的灭火剂，这对于促进国内外消防事业的发展有着十分重要的意义。

2 高效水系灭火剂灭火机理的研究

高效水系灭火剂灭火机理依赖于4个主要机制：降低水的表面张力、独特的两亲性分子结构、快速降温形成和保持微泡、中断自由基链式反应。

（1）高效水系灭火剂可以把水的表面张力从72dyn·cm-2降低到少于33dyn·cm-2，该特点提高了普通水的灭火优势，表面张力的降低导致更小的水滴和微泡的形成，更小的水滴和微泡相当于更大的比表面积，火场中热量的减少是通过水滴和火的表面接触促进蒸发的热能吸收来实现的，增大比表面积使得相同体积的水与火场有了更多的表面接触，从而加快了水对热能的吸收。

（2）高效灭火剂中表活剂独特的两亲性分子结构，是一种两亲性表面活性剂，它具有一个极性端（亲水）和一个非极性端（疏水），并且两端之间有足够长的距离因而这两端可以相互独立的行动。该特点使得分子分布在水滴中特定的位置，极性端使亲水的非极性端不溶于水，导致了非极性端和燃料和辐射能的接触。

图2 含有灭火剂分子的水滴Fig.2 Water drop with anihilator

（3）快速降温，含有灭火剂分子的水滴看起来就像一个插了一个针的针垫子，当水滴集中在火上灭火剂分子充当了一个吸热设备，非极性端寻找热量传递给尾端吸收热量，一旦热量被传递到水滴中，极性端加热水滴，内部分子将其转变为蒸汽。这种变化过程使水吸收了大量的能量，从而导致了快速的降温。

（4）中断自由基链式反应：自由基是具有高能量的分子碎片自由基高速碰撞燃料，便能释放出热量和更多的自由基，这就建立了一种传播似的燃烧链式反应，高效灭火剂因为其高分子量，在碰撞的过程中吸收自由基的能量，从而抑制链式反应的发生，当燃烧系统的能量因为自由基的高能量吸收而减少时燃烧就停止。

3 高效水系灭火剂国内外研究和使用现状

美国从90年代开始研究在水中添加高分子物质，这些均是可吸水性的膨胀物质，可以降低水的表面张力，有一定的粘度在固体表面不易流失，易在油面上分散，将其应用在A、B类火灾中效果良好。1998年日本专利发明的水系灭火剂由成膜剂、发泡剂、安定剂、凝固点降低剂组成。实验表明：该灭火剂有较强的保水性，当温度降至环境温度时，水分仍可保留在可燃物表面不会流失，增强了抗复燃性能，对A、B类火灾均适用。2012年美国专利发明的水系灭火剂是由增稠剂和发泡剂组成。采用阴离子表面活性剂和多糖等原料与水按比例混合制成灭火液，其会在固体和液体表面形成细小的泡沫层，阻隔可燃物与氧气接触从而达到灭火的目的。专利的公开说明国外都在积极研制更高性能的环保型水系灭火剂[2]。我国对高效水系灭火剂研究起步较晚，天津消防研究所在我国最早开始研究。开始主要在水中添加增稠剂、润湿剂、阻燃剂和其他助剂，根据火灾种类的不同，向水中加入不同的添加剂。2004年专利CNl535742A选用阴离子表面活性剂、阳离子氟碳表面活性剂、抗烧剂、防冻剂进行复配，使其具有足够的活性，再加入泡沫稳定剂，能够迅速扑灭火灾。其中抗烧剂聚磷酸铵的加入，使其抗复燃性能大大增强，具有较高的灭A、B类火的能力。2005年专利CN1666792A开发了一种环境亲和型液状灭火液，只使用硫酸铵和尿素两种原料，工序简单，能有效扑灭山火[3]。

国内外消防领域，高效水系灭火剂使用最普遍的是美国危险控制技术公司生产的F-500和美国GelTech Solution公司生产的“吉尔泰克”等系列灭火剂。这种多功能高效新型环保灭火剂，集当今世界水成膜、抗溶性等各类水系灭火剂诸多优点于一身，对于木材、纸张、棉制品、干草、煤炭、橡胶、非极性液体（如汽油、煤油等）、极性液体（如甲醇、乙醇等）及镁钛等化工原料引起的火灾具备极为突出的灭火效果。高效水系灭火剂同时从灭火基理的4个方面（燃料、氧气、热量、自由基）出发协同有效的破坏火燃烧的4个条件，采用了世界最为先进的微胞囊技术，可以有效扑灭火灾和控制危险品泄漏及有害气体挥发；具有灭火迅速（是普通灭火剂的6-10倍）、瞬间降温、防止复燃、高效隔热、消除浓烟、清除易燃易爆气体、中和泄露燃油等优越性能。其与水以1∶100比例混合后，形成无毒的灭火凝胶；遇火时可迅速吸收热量，隔绝氧气，同时阻止复燃，堪称强力的灭火武器。高效水系灭火剂不仅应对火灾性能卓越，而且在环保方面更是独树一帜。它无毒、无味，可自然生物降解。

4 高效水系灭火剂市场应用情况和未来发展方向

近年来，国内外都提出了开发洁净消防技术的问题。目前，西方工业发达的一些国家，研究气体灭火技术的应用已朝向水系方向发展，即以水作灭火剂代替气体灭火剂的应用场所。现已有国外制造商开发出并应用于具体工程上。对于我国的消防行业，紧要的就问题是大力推广与淘汰哈龙、保护大气臭氧层相关的环保消防产品[4]。

高效水系灭火剂市场前景广阔，应用范围广，目前已在美国、加拿大、英国等十余个欧洲国家广泛应用。国内交通部救捞系统在考察国外海上救援体制时了解到的其功效，购置了部分配制在台湾海峡、长江口岸等地重点救助船上扑救难船火灾。国内还属于应用初期，还没有在行业内大规模使用，属于消耗品，附加值较高。主要依赖于纯进口，价格控制在200元·kg-1。从产品方面看，国内市场比较重视灭火剂产品的灭火性能。但国外在灭火性能之外，还更加注重产品的安全环保性。所谓好的灭火剂产品，并不能仅仅从其灭火性能来衡量。例如哈龙灭火剂，它的灭火效能无疑是非常好的，甚至优于目前的大多数替代品，但是正是由于它对环境的严重破坏，而遭到了淘汰。因此在我们看来，所谓先进的灭火剂产品，不仅仅是灭火性能突出，还应包括在同等灭火效果基础上更加环保与安全。因此安全与环保性能优异、同国际水平接轨的灭火剂产品是未来的一个发展趋势[5]。

从市场竞争来看，目前国内灭火剂市场的发展还比较混乱，用户的观念意识还相对比较落后。新标准的出台将进一步规范灭火剂市场，一批不合格、技术含量低的小企业将逐渐被淘汰，无疑为正规的企业提供了一个更好的发展空间。随着标准法规的不断完善，以及人们对产品选择、设备维护等意识的不断提高，未来高效环保灭火剂的市场空间会更加广阔。事实上，消防行业的规范性程度和技术密集性程度会越来越强，这种趋势不仅仅局限于高效水系灭火剂领域，还包括灭火器、防火门等等各种消防产品。2008年1月1日公安部“消防产品身份证制度”正式实施，就是另一个旨在提高消防行业规范性和技术含量的举措。因此，业内同仁必须恪守商业原则，规范经营，良性竞争，并且着力发展高新科技，积极进行自主创新，才能取得长久的发展[6]。

我国未来消防的发展方向，最终会与世界接轨，符合国际惯例，把环境保护作为头等大事来抓。二十一世纪消防事业作为经济和社会发展的重要一环，也必将进入一个崭新的发展阶段。

［1］吕志涛.高效环保型水系灭火剂研究［D］.南京理工大学,2013．

［2］黄俊山.新型灭火剂的性能研究［J］.齐齐哈尔大学学报：自然科学版,2011.27（5）:93-94．

［3］郝斯.绿色消防技术浅议［J］.甘肃科技,2010.（15）:76-80．

［4］耿广晋,等.浅谈气体灭火技术［J］.中国城市经济,2010.（5）: 9-9．

［5］陈卓如.浅谈取代卤代烷灭火系统的可行办法［C］.第四届全国给水排水青年学术年会,2000．

［6］贾源.中国消防未来发展方向浅谈［J］.安防科技：安全管理者, 2005，（5）:40-41．

Efficient water extinguishing agent research progress

HUA Ying-hui，ZHANG Guo-hua，HAO Rui-jian，HAO Liu-cang
（The 718th Research Institute of CSIC,Handan 056027，China）

Efficient water system fire extinguishing agent for its outstanding performance and green environmental effects,showed a broad application prospects in the fire areas.The recent research studied prospects efficient water extinguishing agent,current research,technology and other aspects of the principles and approaches reviewed in this paper,and the prospects of the market and its future development direction.

efficient water extinguishing agent；fire；green；firefighting

TQ569

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20150455

2015-03-01

滑迎辉（1985-），男，汉族，助理工程师，就职于中国船舶重工集团公司第718研究所，主要从事有害气体综合净化的研究工作。