水基灭火剂发展现状与实际使用分析

袁卫

摘要：为了提升消防救援队伍的作战效能，包括水基灭火剂在内的各类新型灭火剂被引入一线消防队伍。基于一线消防队伍灭火实际需求，分别从国内专利、配方研究、制作工艺与应用现状具体分析水基灭火剂的性能与实际使用范围。

关键词：水基灭火剂；灭火机理；适用范围；灭火效率

近年来，随着水基灭火剂应用性能的逐渐完善，相应的作战体系也逐渐得到了普及。但是由于该体系引入我国时间仍然相对较短，部分一线消防指挥员对于该体系的认知尚不完全，但随着水基灭火剂在石油化工、铁路、商场等场所火灾处置过程中逐渐实现普及使用，该种灭火剂的实际使用性能逐渐被各级消防救援人员所熟知，并逐渐受到人们的青睐。基于此，文章重点对水基灭火剂的实际使用范围及灭火机理进行逐一阐述。

1 水基灭火剂

水本身的吸热性能相对较为良好，面对燃烧物能够起到足够的冷却效果。水发生汽化后，短时间内即可形成高密度的水蒸气，将燃烧区域内的空气予以稀释并有效抑制新鲜空气的继续进入，继而控制燃烧区域中的整体含氧量。同时，相较于其他灭火剂来讲，水的来源较为丰富且造价相对低廉，在灭火后不会对环境产生明显的二次污染。所以说，水是灭火过程中的重要媒介。与此同时，单纯应用水作为灭火剂也有其自身较为突出的局限性，由于水自身的流动性较为明显，一旦喷射到火场中，绝大多数会直接流失掉，甚至在部分高温火场水尚未到达燃烧位置便已经发生汽化，使得灭火剂的冷却作用无法充分发挥。并且在面对火势较大、波及范围广、有复燃可能性的火灾时，应用水作为灭火剂实施处置只能起到控制火势继续蔓延的作用，无法在短时间内彻底、迅速地扑灭残火。所以，需要在水里融入添加剂有效提高其灭火效率，进一步强化水在润湿、附着、黏度等方面的物理性能，优化隔氧降温的效果，通过有效延长水与燃烧物质的接触时间，最大限度降低灭火剂自身的流动阻力，能够有效提升火灾现场的实际处置效率。尤其在水资源分布并不丰富的区域，以及特殊、封闭式空间等火灾现场，水基灭火剂的改良发展对于火灾的顺利扑救就显得格外重要。

具体来说，诸如货船类特殊空间一旦遭遇火灾事故，处置现场通常用水量偏多且容易引发翻船事故的出现；封闭式空间中，水在高溫作用下在形成蒸汽后如果排散不及时通畅，会导致蒸汽不断积累，严重时甚至引发膨胀爆炸事故，进一步加重了事故现场的人员伤亡。理论上，通过运用适宜的添加剂使其有效调整水的物理性质由此得到的灭火剂，便是水基灭火剂。水基灭火剂拥有显著的环保性，并且其灭火能力与性价比已经逐渐得到人们的肯定。在水基灭火剂的使用效果不断被论证与改进的过程中，其应用空间也随之持续扩大，成为各地消防队伍常用灭火剂配置中的重要类型[1]。

2 水基灭火剂的发展现状

2.1  专利发展概述

我国在水基灭火剂上的系统化研究，最早能追溯到20世纪80年代末期研发而成的SD系列，属于一种常见水系灭火剂，具备低毒、低腐蚀的特点，切实弥补了国内在水基灭火剂上的科研空白。此后，更多学者及市场经营主体、研究院所相继投入到关于水基灭火剂的开发项目中。在配方、应用方法、工艺等诸多角度开展深入研究。通过多年来的不懈努力，在水基灭火剂方面国内的研究成果已经接近甚至达到国际标准，研究发展的走向也由原本提升水本身的灭火能力逐渐转变成增强环保性、提高对火灾的适应性等方向。下面列举国内关于水基灭火剂的几项重要专利成果。

其一，2004年的CN1557516，灭火剂的核心组分包括合成树脂类、淀粉类以及纤维类。通过运用吸水性较强的树脂有效控制实际用水量，灭火剂在喷射过程中可以在起火物质表层构成凝胶层，以阻断起火物质与空气的接触，灭火效率良好且兼具良好的阻燃效果。其二，2006年的CN1743031，由多种试剂组成，是一种水成膜的泡沫灭火剂。该种灭火剂拥有优秀的表面活性并对硬水有较强的抵御能力，使用过程中具备良好的耐盐性，比较符合沿海地区消防队伍使用。为消防队伍在灭火领域中合理使用海水资源提供了更多的便利条件。其三，2009年的CN101537240A，其内部包含多碳醇、叔胺等，能有效降低自燃及复燃的风险，并且不会对金属材质产生明显的腐蚀侵害，容易被降解且性价比相对较高。其四，2013年的CN103285550A，其属于专门针对煤粉的一种水基灭火剂，内部包含丙三醇与碳酸氢钠等物质。在火灾现场的实际使用过程中，可快速渗透到煤粉层内部，在降温润湿与火场窒息方面都有较好的表现，并能有效抑制阴燃现象的出现。其五，2017的CN107137857A，该灭火剂外观粉状，是根据设定比例把纯碱、磺酸及轻钙等多种物质进行反应混合而成。该灭火剂属于需要后期配置的灭火剂，在应用前需要添加适量水，待其溶化后便可直接投入使用，操作比较简单便利。其六，2021年的CN112169241A，包含模板剂、亲水的胶体稳定剂、含磷的阻燃剂等成分，拥有较好的阻燃及防火效果。同时，和其他的水基灭火剂相较，保质期更长，有助于提高灭火剂自身的灭火效果与应用范围。

2.2  水基灭火剂配方发展现状

添加类的水基灭火剂通常需要向水中添加增稠剂、阻燃剂等，让水在润湿性、抗复燃性、抗冻性等方面的水平得到显著提高，以增加灭火剂可实际应用的火灾场景，并控制灭火用水本身的添加量。常用的水基灭火剂添加剂主要包括：羧甲基纤维素钠等有机的高分子增稠剂；磺酸盐等表面活性润湿剂；磷氮系、溴系、硅系、氢氧化镁等阻燃剂种类。国内曾有学者利用正交试验确定了各类添加剂在缩短灭火时长方面的实际效果。通过实验效果可以验证其中贡献值最高的应属碳氢表面活性剂。通过该项试验研究，可改变各类添加剂的摩尔比例，可以进一步持续优化灭火剂的使用效果。除了通过调整水中添加剂改进灭火剂的灭火性能外，还可通过调整物理性质得到灭火效果更好的水基灭火剂。目前常见的类型有AFFF与改性的泡沫灭火剂，前者是凭借氟碳的表面活性剂改善水体表面张力，让其可以在喷射对象表面有序展开并构成完整的水膜体系。常规氟碳的表面活性剂有PFOS、PFOA以及与此产生的衍生物，此类表面活性剂在应用后会给环境带来明显的污染问题。因此，通常情况下选择合成短链氟碳以及无氟的表面活性剂。通过调整水在物理层面的性质，提高灭火剂在火场中的实际应用效果[2]。

近些年关于水基灭火剂添加剂的相关研究一般体现在以下几个方向上：首先，探索出新型添加剂，不断优化水基灭火剂本身的环保效果。目前有天然生物水系的灭火剂，借助嗜热菌芽孢体能够有效降解石油烃，并构成具有隔热阻燃效果的屏障，在火灾现场能够对地面流淌火产生良好的处置效果。此外，该类水基灭火剂在应用后能直接被生物降解，在处理油品泄漏方面有较好的表现且不会伴随二次污染情况的产生。其次，分析添加剂本身及配比、环境等实际影响因素对于此类灭火剂使用性能的影响，最终目的是探索出增加水基灭火剂可用场合的生产配比。例如，水中合理添加小分子有机物、非离子等表面活性剂都能有效强化灭火剂在煤粉层上的渗透程度，在有效抑制阴燃现象的同时还能避免出现复燃的现象。此外，还可通过控制灭火剂体系中无机盐离子浓度的方式有效弱化灭火剂的腐蚀程度，提高灭火剂自身的可储藏性以及运输的便利性。另外，通过优化AFFF中抗烧剂与氟碳的表面活性剂，适当调整添加比重与类型，弱化其在与海水接触中发生的不稳定程度，可以有效调制出更贴合沿海区域的水基灭火剂。除此之外，在控制添加剂使用量的同时，还可提升灭火剂的应用性能。例如，高分子的凝胶灭火剂其内部具有高吸水性的树脂，实际使用量在0.2%～0.4%之间时灭火剂自身在锁水性、吸热性等方面都具有较为突出的表现，使得灭火剂的使用率大幅度提升。此外，通过把有机盐和多元醇类进行复合处理得到的灭火剂和常规抗凝剂比较，可有效下调灭火剂实际使用过程中的凝固点，并且还能合理控制抗凝剂的添加量，使其能够有效克服低温区域灭火剂凝固的问题，最大限度保障灭火剂的实际可用性能。

2.3  水基灭火剂制作工艺现状

目前，在生产水基灭火剂方面大体上能分成两类。其一，把各类添加剂根据既定比例混合在一起，在灭火过程中，需根据预先设定比例使其在和水混合后才能投入火场实际使用。使用此类制作工艺制备而成的水凝胶灭火剂能有效弱化因为黏性过强使灭火剂在承载容器中传输速度偏慢的棘手问题。其二，把各类物质根据既定比例与反应关系逐一投放在适量水中，混合后得到直接可用的水基灭火剂并放入容器内储藏。通常情况下，便携式、手提式的水基灭火器会选择此类制作工艺。

2.4  水基灭火剂灭火使用现状

根据水基灭火剂的性能，其可用在A类以及非水溶性的B类液体早期火灾的处置过程中。不考虑水的降温冷却基本效果，水基灭火剂还能渗透到燃烧物体的内部从而控制火势的进一步蔓延，当该类灭火剂直接应用在各类可燃的固体火灾中能够具有良好的灭火效果。此外，类似于水凝胶的灭火剂自身黏性通常较为突出，能直接在可燃物体的表面形成保护层且保水效果明显，多用于矿井及森林的火灾处置过程中。在比较重要的空间中，如图书馆、电厂及医院等场所通常会配备细水雾的灭火设备，可同时实现气体灭火与水灭火的双重功效，对于火灾的处理效果极为明显。此外，上文所提到的AFFF泡沫灭火剂属于专门用在油类上的灭火剂，其可实现在油面上高速流动并具有良好的封闭效果。现阶段，针对电气火灾已经成功开发了可用的水基灭火剂，在达到良好灭火要求的同时还展现出显著的绝缘性。综上所述，水基灭火剂在现实使用过程中，由于喷洒装置、配方经济性、制作工艺及储存要求等方面的约束，使得此类灭火剂虽然拥有多种可用类型，但实际投入使用的规模仍然相对较小[3]。

3 水基灭火剂的整体性能分析

3.1  水基灭火剂性能

可燃物起火过程中混合物反应的速度较快并伴随着温度的显著上升，使空间内在某一时间点形成迅猛燃烧。要保障燃烧的持续性应拥有三个前提条件：可燃物、可燃气体、足够的起火温度或者能量。由此来看，只要解决其中某一个条件都可以有效抑制火势的持续扩大。在实际操作中可以通过控制助燃气体的持续加入从而控制燃烧对象的温度最终实现扑救火灾的最终目的。

水自身灭火性能反映在多个层面。第一是冷却效果，据统计，平均1kg的水每提高1℃能够有效消耗约4184J的热量。而1kg水蒸气在汽化过程中，能够吸收大约2259kJ热量。所以把水喷洒在火灾区域，水由于被加热及汽化能够直接吸收现场的热量，从而实现控制燃烧区温度的目的。第二是窒息效果，水在汽化过程中能够形成大量水蒸气占据在燃烧空间中并防止新的助燃气体大量涌入，最终控制空间内的氧气分压让燃烧的热烈程度不断减弱直至完全终止。第三是稀释效果，水属于溶剂，能溶解比如醚、醛等水溶性的液体，因此，在该种物质融化后且可燃物质出现地面流淌火时能借助水基灭火剂进行稀释，有效下调可燃物质的浓度继而让燃烧程度逐渐降低。第四是分离效果，通過灭火喷射装备产生有一定冲击作用的水流，与正在起火的物质接触后第一时间把火焰分离开使其无法与可燃蒸气接触，并有效降低支持继续燃烧的热量产生。第五是乳化效果，对于非水溶类的可燃液体着火，如果着火初期还没有产生热波，利用水雾射流能在液体上构成一层乳液，随着燃烧液体的黏度的逐渐提高其稳定性会随之增加，如果是重质油品能产生含水油泡沫。水基灭火剂中盐类强化剂的使用能在水汽化时产生游离的金属离子，并且能够和火焰自由基及过氧化物进行反应从而达到灭火的效果。而表面活性剂能有效控制水自身的表面张力，提高灭火剂对燃烧物的润湿效果。而增稠剂可有效控制水的流失速率，进一步有效延长灭火剂发挥效用的时长[4]。

3.2  各类灭火剂的实际使用范围

因为在灭火机理与物理性质上存在的较大差异，各类灭火剂的使用范围及应用场合存在较为明显的差异。具体来说：①水基灭火剂，其灭火主要是通过水自身的冷却降温性能，再加上细水雾发挥出的窒息效果；在使用过程中的环保层面上，水基灭火剂灭火后在处置现场的残留物不多，对环境的实际污染率相对较低，但也存在个别有机添加物不容易被降解，可有效用在固体与非水溶性的液体火灾处置中。②同样是利用冷却与窒息的灭火机理的泡沫灭火剂，但该化学助剂本身存在一定的毒性，无论是对环境还是人体都会产生不良影响，甚至还会引起累积效应，目前多配备在容易出现油类火灾的场所中。③干粉灭火剂是借助化学抑制，在金属火灾的处置过程中凭借良好窒息作用实现灭火。该类灭火剂虽然不会对周边环境造成明显污染，但会在不同程度上对人体产生刺激作用。该类灭火剂具体应用的场所包括港口、汽车机组、大规模变电器与天然气储罐等。④气体灭火剂主要是通过窒息效果发挥灭火作用，其还能使燃烧物质表面有效降温。因此，气体灭火剂通常会应用于档案室、储存精密仪器的房间、机房等场所。

根據上述对各类灭火剂的综合研判，其中干粉灭火剂应用范畴相对最大，大多数室内火灾通常会选择干粉灭火剂进行处理。但由于在使用后会形成数量较多的残留物，在后续的清理工作中，不仅会使被覆盖的物体受损，还会对人体造成伤害。所以，对于保存重要物品的空间，通常会选择气体灭火剂以及细水雾灭火剂。后者在灭火速度、环保程度等方面均优于前者。另外，在A类与B类火灾的处置初期，水基灭火剂比较符合有人员活动的空间使用，更加倾向于将其应用在工业生产场所火灾的现场处置过程中[5]。

4 结语

和其他类型的灭火剂相比，水基灭火剂性价比高、灭火性能好，能够有效提升一线消防救援人员的实际灭火效率，且能够最大限度避免对起火建筑周边的生态环境造成破坏，因此，在灭火剂市场具有较大的发展优势。在长期的研究过程中，该类灭火剂的应用性能得以不断优化，在多种类型的火灾以及超低温等条件下的实际灭火测试中，仍然具有良好的灭火效果，完全可以成为我国各级消防救援人员处置火灾的有效战术措施。

参考文献：

[1]叶乔涵，张存位，刘立文.新型核壳结构干水灭火剂应用现状与发展趋势[J].化工新型材料，2021（2）：52-55.

[2]伍一专，黄宇洲.消防灭火剂应用现状与发展趋势[J].化学工程与装备，2020（8）：200-201.

[3]吴海涛，柳华，夏祖西，等.哈龙替代灭火剂在飞机手提式灭火器上的应用及适航研究[J].民航学报，2020（1）：84-88.

[4]王丽威.井下车载灭火系统应用现状及发展趋势[J].煤矿安全，2019（9）：126-129.

[5]杨林彬.细水雾灭火系统旋流式压力喷头的研究[D].青岛：青岛科技大学，2019.

Development status and practical application

analysis on water-based fire extinguishing agent

Yuan Wei

（Hedong District Fire and Rescue Brigade， Tianjin 300171）

Abstract：In order to improve the operational efficiency of the fire rescue team， various new fire extinguishing agents， including water-based fire extinguishing agents， were introduced into the first-line fire brigade. The paper analyzes the performance and practical application scope of water-based fire extinguishing agents from the perspective of domestic patents， formula research， production technology and application status.

Keywords：water-based fire extinguishing agent; fire extinguishing mechanism; scope of application; fire extinguishing efficiency