微型智能纳米自动灭火器在扑灭小空间火灾的应用研究

（中铁第六勘察设计院集团有限公司电气化设计院分公司，天津 300000）

0.引言

根据应急管理部消防救援局发布的《2020年全国火灾情况分析》，电气火灾占总量的30.4%，这些源头主要集中在配电箱、电缆桥架、机柜、插座、电池组、用电器等，其基本特点就是空间相对较小，并且密闭，初期火灾较难发现，一旦发现，其发展速度极快。现有市面上的灭火器体积大，无法将灭火器合适的加装在设备箱内，水灭火存在一定局限性，所以一直以来小空间灭火是一个十分头疼的问题。本文采用高效环保灭火剂、纳米胶囊[1-2]、封装技术、FRID无源射频标签、物联网跨界创造出一种适合小空间初期火灾快速扑救的新型灭火装置，着重解决0.001dm3～180dm3小空间火灾的初期快速扑救的世界性难题。

1.小空间危险源火灾的特点

1.1 小空间危险源海量

据调研：每3m2空间就会有一个类似插座、开关这样小危险源，全中国400亿平方建筑，外加电动汽车、自行车等交通工具，电视机、冰箱等家用电器和配电箱、机柜、电缆桥架等设备的内部，小空间危险源至少在200亿个以上，小空间危险源在日常生产、生活、工作环境中无处不在。

1.2 小空间危险源容易被忽视

小空间是相对密闭、空间体积在0.001dm3～180dm3，遍布在生活、工作、生产的各类空间内，因为责任落实不到位，专业化技能程度不高、安全意识落后、对用电规范和施工质量监督不到位等因素，造成小空间危险源很容易被忽视。

1.3 小空间危险源的危害大

用电的小空间危险源内接头密集，故障电弧、过流过载、湿度、灰尘、生物侵袭等威胁因素很多，造成火灾的起因复杂，但因为是在生活、工作、生产的常见问题，故是很容易被忽视的火灾危险源，一旦产生火灾，蔓延速度快，有毒有害物质迅速污染空气，由于扑救不及时，酿成大型火灾的几率迅速增加。

2.小空间灭火存在的问题

2.1 小空间危险源灭火措施不得当

小空间的灭火措施滞后，消防灭火措施的基本方法有水喷淋系统、高低压细水雾、各类气体灭火系统、手提灭火器、灭火毯和灭火沙子器材等，这些灭火物质普遍存在灭火设备的尺寸不合适小空间、或灭火后有污染、智能化程度不高等相关问题。

2.2 小空间危险源火灾发现成本高

众多的小空间危险源火灾预警速度慢，或者没有预留报警设备的安装位置。造成小空间早期火灾的发现几率低，探测成本高。灭火基本与大空间的消防措施共用，缺少相关针对性的灭火措施。

2.3 小空间危险源火灾扑救不及时

基于现有的小空间灭火措施，小空间危险源灭火基本靠人工措施扑救，容易造成火灾扑救不及时，火灾蔓延几率增大。

3.小空间灭火的应用分析

小空间灭火措施要成本低廉、使用寿命长、适合小空间安装、灭火后无污染、灭火反应速度快、智能化等特点。本文重点研究和分析针对小空间各类灭火措施的多维度对比后，提出一种新的灭火材料：微型智能纳米自动灭火器。

3.1 多形态适应小空间灭火

微型智能纳米自动灭火器是将常用阻燃剂[3]、灭火剂通过纳米封装技术进行包裹后形成固体粉末后，加入适当比例的二氧化硅，环保胶体可制备成不干胶、涂料、豆子、绳索等多种适合小空间的形状，解决了小空间灭火措施难易安装的问题。例如：不干胶形态可以张贴在配电箱、开关插座、各类柜体的内部。

3.2 造价成本低廉

微型智能纳米自动灭火器原材料普遍，制作工艺简单，市场巨大，微型智能纳米自动灭火器作用于小空间危险源的成本低廉，适宜大面积推广。

3.3 使用寿命长，方便维护

使用寿命长，阻燃剂、灭火剂通过纳米薄膜封装后，形态和化学物质稳定，在零下30℃～70℃环境耐受，理论寿命可达15年以上，并且不需要维护和测试，不使用辅助物储存，自动灭火的温度可根据配方进行调整，适应不同小空间危险源的动作温度，并可保持日常状态的稳定性，避免了灭火气体钢瓶的标校带来的维护成本。

3.4 灭火机理可靠

微型灭火胶囊可以快速裂解出的氮气，在阻燃剂和灭火剂的共同快速反应下，迅速可以将氮气体积在小空间危险源里的浓度达到35%～50%，空间内的氧含量体积浓度降低为14%～10%，实现通过降低空间内的氧气浓度和吸热来进行灭火。

3.5 反应速度快

封装后海量的微型智能纳米自动灭火器形成的自动灭火装置作用时间可根据温度要求配制，一般在270℃～360℃，可将灭火作用时间控制在10s～30s以内，达到超快速灭火的目的，对于扑灭小空间危险源的早期火灾有积极意义。

3.6 灭火后无污染

灭火剂对环境的潜在影响可以根据它的臭氧消耗潜能（ODP）和全球温室潜能（GWP）来衡量。ODP和GWP都直接与灭火剂的大气存留期（ALT）有关。根据文献，由于氮气为洁净气体，灭火后不会对封闭火区造成任何的损害，与吸热的阻燃剂一起作用后，灭火没有残留物，不造成二次污染。加工制造环保、无污染。气体灭火的毒性、环境影响及灭火性能，如表1所示。

3.7 智能化自动灭火

制备的成品在一定温度下自动裂解成灭火气体，并可将裂解气体的部位报警到中心，在成品的中间封装微型RFID无源射频标签，与危险源两者对应信息，通过物联网在60s内便知微型智能纳米自动灭火器针对小空间位置和灭火作用的时间、有效期。使用通用手机、巡检终端可对对其空间内的危险源进行管理。实现了信息自动化上传、灭火自动化、管理智能化。智能自动化灭火见图1所示。

图1 智能化自动灭火构架图

4.结论

本文创新性的提出利用纳米技术封装阻燃剂、灭火剂成固体胶囊状态，与RFID无源标签一起制备成智能自动灭火微型灭火器，适应当前小空间危险源的初期火灾扑救，并具有物联网功能，对于早期灭火具有革命意义，可广泛应用于轨道交通、民用建筑等众多领域，产品经济、环保、耐用、稳定、灭火速度快。