袁衛(wèi)

摘要：為了提升消防救援隊(duì)伍的作戰(zhàn)效能，包括水基滅火劑在內(nèi)的各類新型滅火劑被引入一線消防隊(duì)伍?；谝痪€消防隊(duì)伍滅火實(shí)際需求，分別從國內(nèi)專利、配方研究、制作工藝與應(yīng)用現(xiàn)狀具體分析水基滅火劑的性能與實(shí)際使用范圍。

關(guān)鍵詞：水基滅火劑；滅火機(jī)理；適用范圍；滅火效率

近年來，隨著水基滅火劑應(yīng)用性能的逐漸完善，相應(yīng)的作戰(zhàn)體系也逐漸得到了普及。但是由于該體系引入我國時(shí)間仍然相對(duì)較短，部分一線消防指揮員對(duì)于該體系的認(rèn)知尚不完全，但隨著水基滅火劑在石油化工、鐵路、商場等場所火災(zāi)處置過程中逐漸實(shí)現(xiàn)普及使用，該種滅火劑的實(shí)際使用性能逐漸被各級(jí)消防救援人員所熟知，并逐漸受到人們的青睞?；诖?，文章重點(diǎn)對(duì)水基滅火劑的實(shí)際使用范圍及滅火機(jī)理進(jìn)行逐一闡述。

1 水基滅火劑

水本身的吸熱性能相對(duì)較為良好，面對(duì)燃燒物能夠起到足夠的冷卻效果。水發(fā)生汽化后，短時(shí)間內(nèi)即可形成高密度的水蒸氣，將燃燒區(qū)域內(nèi)的空氣予以稀釋并有效抑制新鮮空氣的繼續(xù)進(jìn)入，繼而控制燃燒區(qū)域中的整體含氧量。同時(shí)，相較于其他滅火劑來講，水的來源較為豐富且造價(jià)相對(duì)低廉，在滅火后不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生明顯的二次污染。所以說，水是滅火過程中的重要媒介。與此同時(shí)，單純應(yīng)用水作為滅火劑也有其自身較為突出的局限性，由于水自身的流動(dòng)性較為明顯，一旦噴射到火場中，絕大多數(shù)會(huì)直接流失掉，甚至在部分高溫火場水尚未到達(dá)燃燒位置便已經(jīng)發(fā)生汽化，使得滅火劑的冷卻作用無法充分發(fā)揮。并且在面對(duì)火勢較大、波及范圍廣、有復(fù)燃可能性的火災(zāi)時(shí)，應(yīng)用水作為滅火劑實(shí)施處置只能起到控制火勢繼續(xù)蔓延的作用，無法在短時(shí)間內(nèi)徹底、迅速地?fù)錅鐨埢稹Ｋ?，需要在水里融入添加劑有效提高其滅火效率，進(jìn)一步強(qiáng)化水在潤濕、附著、黏度等方面的物理性能，優(yōu)化隔氧降溫的效果，通過有效延長水與燃燒物質(zhì)的接觸時(shí)間，最大限度降低滅火劑自身的流動(dòng)阻力，能夠有效提升火災(zāi)現(xiàn)場的實(shí)際處置效率。尤其在水資源分布并不豐富的區(qū)域，以及特殊、封閉式空間等火災(zāi)現(xiàn)場，水基滅火劑的改良發(fā)展對(duì)于火災(zāi)的順利撲救就顯得格外重要。

具體來說，諸如貨船類特殊空間一旦遭遇火災(zāi)事故，處置現(xiàn)場通常用水量偏多且容易引發(fā)翻船事故的出現(xiàn)；封閉式空間中，水在高溫作用下在形成蒸汽后如果排散不及時(shí)通暢，會(huì)導(dǎo)致蒸汽不斷積累，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)膨脹爆炸事故，進(jìn)一步加重了事故現(xiàn)場的人員傷亡。理論上，通過運(yùn)用適宜的添加劑使其有效調(diào)整水的物理性質(zhì)由此得到的滅火劑，便是水基滅火劑。水基滅火劑擁有顯著的環(huán)保性，并且其滅火能力與性價(jià)比已經(jīng)逐漸得到人們的肯定。在水基滅火劑的使用效果不斷被論證與改進(jìn)的過程中，其應(yīng)用空間也隨之持續(xù)擴(kuò)大，成為各地消防隊(duì)伍常用滅火劑配置中的重要類型[1]。

2 水基滅火劑的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1? 專利發(fā)展概述

我國在水基滅火劑上的系統(tǒng)化研究，最早能追溯到20世紀(jì)80年代末期研發(fā)而成的SD系列，屬于一種常見水系滅火劑，具備低毒、低腐蝕的特點(diǎn)，切實(shí)彌補(bǔ)了國內(nèi)在水基滅火劑上的科研空白。此后，更多學(xué)者及市場經(jīng)營主體、研究院所相繼投入到關(guān)于水基滅火劑的開發(fā)項(xiàng)目中。在配方、應(yīng)用方法、工藝等諸多角度開展深入研究。通過多年來的不懈努力，在水基滅火劑方面國內(nèi)的研究成果已經(jīng)接近甚至達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)，研究發(fā)展的走向也由原本提升水本身的滅火能力逐漸轉(zhuǎn)變成增強(qiáng)環(huán)保性、提高對(duì)火災(zāi)的適應(yīng)性等方向。下面列舉國內(nèi)關(guān)于水基滅火劑的幾項(xiàng)重要專利成果。

其一，2004年的CN1557516，滅火劑的核心組分包括合成樹脂類、淀粉類以及纖維類。通過運(yùn)用吸水性較強(qiáng)的樹脂有效控制實(shí)際用水量，滅火劑在噴射過程中可以在起火物質(zhì)表層構(gòu)成凝膠層，以阻斷起火物質(zhì)與空氣的接觸，滅火效率良好且兼具良好的阻燃效果。其二，2006年的CN1743031，由多種試劑組成，是一種水成膜的泡沫滅火劑。該種滅火劑擁有優(yōu)秀的表面活性并對(duì)硬水有較強(qiáng)的抵御能力，使用過程中具備良好的耐鹽性，比較符合沿海地區(qū)消防隊(duì)伍使用。為消防隊(duì)伍在滅火領(lǐng)域中合理使用海水資源提供了更多的便利條件。其三，2009年的CN101537240A，其內(nèi)部包含多碳醇、叔胺等，能有效降低自燃及復(fù)燃的風(fēng)險(xiǎn)，并且不會(huì)對(duì)金屬材質(zhì)產(chǎn)生明顯的腐蝕侵害，容易被降解且性價(jià)比相對(duì)較高。其四，2013年的CN103285550A，其屬于專門針對(duì)煤粉的一種水基滅火劑，內(nèi)部包含丙三醇與碳酸氫鈉等物質(zhì)。在火災(zāi)現(xiàn)場的實(shí)際使用過程中，可快速滲透到煤粉層內(nèi)部，在降溫潤濕與火場窒息方面都有較好的表現(xiàn)，并能有效抑制陰燃現(xiàn)象的出現(xiàn)。其五，2017的CN107137857A，該滅火劑外觀粉狀，是根據(jù)設(shè)定比例把純堿、磺酸及輕鈣等多種物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)混合而成。該滅火劑屬于需要后期配置的滅火劑，在應(yīng)用前需要添加適量水，待其溶化后便可直接投入使用，操作比較簡單便利。其六，2021年的CN112169241A，包含模板劑、親水的膠體穩(wěn)定劑、含磷的阻燃劑等成分，擁有較好的阻燃及防火效果。同時(shí)，和其他的水基滅火劑相較，保質(zhì)期更長，有助于提高滅火劑自身的滅火效果與應(yīng)用范圍。

2.2? 水基滅火劑配方發(fā)展現(xiàn)狀

添加類的水基滅火劑通常需要向水中添加增稠劑、阻燃劑等，讓水在潤濕性、抗復(fù)燃性、抗凍性等方面的水平得到顯著提高，以增加滅火劑可實(shí)際應(yīng)用的火災(zāi)場景，并控制滅火用水本身的添加量。常用的水基滅火劑添加劑主要包括：羧甲基纖維素鈉等有機(jī)的高分子增稠劑；磺酸鹽等表面活性潤濕劑；磷氮系、溴系、硅系、氫氧化鎂等阻燃劑種類。國內(nèi)曾有學(xué)者利用正交試驗(yàn)確定了各類添加劑在縮短滅火時(shí)長方面的實(shí)際效果。通過實(shí)驗(yàn)效果可以驗(yàn)證其中貢獻(xiàn)值最高的應(yīng)屬碳?xì)浔砻婊钚詣?。通過該項(xiàng)試驗(yàn)研究，可改變各類添加劑的摩爾比例，可以進(jìn)一步持續(xù)優(yōu)化滅火劑的使用效果。除了通過調(diào)整水中添加劑改進(jìn)滅火劑的滅火性能外，還可通過調(diào)整物理性質(zhì)得到滅火效果更好的水基滅火劑。目前常見的類型有AFFF與改性的泡沫滅火劑，前者是憑借氟碳的表面活性劑改善水體表面張力，讓其可以在噴射對(duì)象表面有序展開并構(gòu)成完整的水膜體系。常規(guī)氟碳的表面活性劑有PFOS、PFOA以及與此產(chǎn)生的衍生物，此類表面活性劑在應(yīng)用后會(huì)給環(huán)境帶來明顯的污染問題。因此，通常情況下選擇合成短鏈氟碳以及無氟的表面活性劑。通過調(diào)整水在物理層面的性質(zhì)，提高滅火劑在火場中的實(shí)際應(yīng)用效果[2]。

近些年關(guān)于水基滅火劑添加劑的相關(guān)研究一般體現(xiàn)在以下幾個(gè)方向上：首先，探索出新型添加劑，不斷優(yōu)化水基滅火劑本身的環(huán)保效果。目前有天然生物水系的滅火劑，借助嗜熱菌芽孢體能夠有效降解石油烴，并構(gòu)成具有隔熱阻燃效果的屏障，在火災(zāi)現(xiàn)場能夠?qū)Φ孛媪魈驶甬a(chǎn)生良好的處置效果。此外，該類水基滅火劑在應(yīng)用后能直接被生物降解，在處理油品泄漏方面有較好的表現(xiàn)且不會(huì)伴隨二次污染情況的產(chǎn)生。其次，分析添加劑本身及配比、環(huán)境等實(shí)際影響因素對(duì)于此類滅火劑使用性能的影響，最終目的是探索出增加水基滅火劑可用場合的生產(chǎn)配比。例如，水中合理添加小分子有機(jī)物、非離子等表面活性劑都能有效強(qiáng)化滅火劑在煤粉層上的滲透程度，在有效抑制陰燃現(xiàn)象的同時(shí)還能避免出現(xiàn)復(fù)燃的現(xiàn)象。此外，還可通過控制滅火劑體系中無機(jī)鹽離子濃度的方式有效弱化滅火劑的腐蝕程度，提高滅火劑自身的可儲(chǔ)藏性以及運(yùn)輸?shù)谋憷浴Ａ硗?，通過優(yōu)化AFFF中抗燒劑與氟碳的表面活性劑，適當(dāng)調(diào)整添加比重與類型，弱化其在與海水接觸中發(fā)生的不穩(wěn)定程度，可以有效調(diào)制出更貼合沿海區(qū)域的水基滅火劑。除此之外，在控制添加劑使用量的同時(shí)，還可提升滅火劑的應(yīng)用性能。例如，高分子的凝膠滅火劑其內(nèi)部具有高吸水性的樹脂，實(shí)際使用量在0.2%～0.4%之間時(shí)滅火劑自身在鎖水性、吸熱性等方面都具有較為突出的表現(xiàn)，使得滅火劑的使用率大幅度提升。此外，通過把有機(jī)鹽和多元醇類進(jìn)行復(fù)合處理得到的滅火劑和常規(guī)抗凝劑比較，可有效下調(diào)滅火劑實(shí)際使用過程中的凝固點(diǎn)，并且還能合理控制抗凝劑的添加量，使其能夠有效克服低溫區(qū)域滅火劑凝固的問題，最大限度保障滅火劑的實(shí)際可用性能。

2.3? 水基滅火劑制作工藝現(xiàn)狀

目前，在生產(chǎn)水基滅火劑方面大體上能分成兩類。其一，把各類添加劑根據(jù)既定比例混合在一起，在滅火過程中，需根據(jù)預(yù)先設(shè)定比例使其在和水混合后才能投入火場實(shí)際使用。使用此類制作工藝制備而成的水凝膠滅火劑能有效弱化因?yàn)轲ば赃^強(qiáng)使滅火劑在承載容器中傳輸速度偏慢的棘手問題。其二，把各類物質(zhì)根據(jù)既定比例與反應(yīng)關(guān)系逐一投放在適量水中，混合后得到直接可用的水基滅火劑并放入容器內(nèi)儲(chǔ)藏。通常情況下，便攜式、手提式的水基滅火器會(huì)選擇此類制作工藝。

2.4? 水基滅火劑滅火使用現(xiàn)狀

根據(jù)水基滅火劑的性能，其可用在A類以及非水溶性的B類液體早期火災(zāi)的處置過程中。不考慮水的降溫冷卻基本效果，水基滅火劑還能滲透到燃燒物體的內(nèi)部從而控制火勢的進(jìn)一步蔓延，當(dāng)該類滅火劑直接應(yīng)用在各類可燃的固體火災(zāi)中能夠具有良好的滅火效果。此外，類似于水凝膠的滅火劑自身黏性通常較為突出，能直接在可燃物體的表面形成保護(hù)層且保水效果明顯，多用于礦井及森林的火災(zāi)處置過程中。在比較重要的空間中，如圖書館、電廠及醫(yī)院等場所通常會(huì)配備細(xì)水霧的滅火設(shè)備，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)氣體滅火與水滅火的雙重功效，對(duì)于火災(zāi)的處理效果極為明顯。此外，上文所提到的AFFF泡沫滅火劑屬于專門用在油類上的滅火劑，其可實(shí)現(xiàn)在油面上高速流動(dòng)并具有良好的封閉效果?，F(xiàn)階段，針對(duì)電氣火災(zāi)已經(jīng)成功開發(fā)了可用的水基滅火劑，在達(dá)到良好滅火要求的同時(shí)還展現(xiàn)出顯著的絕緣性。綜上所述，水基滅火劑在現(xiàn)實(shí)使用過程中，由于噴灑裝置、配方經(jīng)濟(jì)性、制作工藝及儲(chǔ)存要求等方面的約束，使得此類滅火劑雖然擁有多種可用類型，但實(shí)際投入使用的規(guī)模仍然相對(duì)較小[3]。

3 水基滅火劑的整體性能分析

3.1? 水基滅火劑性能

可燃物起火過程中混合物反應(yīng)的速度較快并伴隨著溫度的顯著上升，使空間內(nèi)在某一時(shí)間點(diǎn)形成迅猛燃燒。要保障燃燒的持續(xù)性應(yīng)擁有三個(gè)前提條件：可燃物、可燃?xì)怏w、足夠的起火溫度或者能量。由此來看，只要解決其中某一個(gè)條件都可以有效抑制火勢的持續(xù)擴(kuò)大。在實(shí)際操作中可以通過控制助燃?xì)怏w的持續(xù)加入從而控制燃燒對(duì)象的溫度最終實(shí)現(xiàn)撲救火災(zāi)的最終目的。

水自身滅火性能反映在多個(gè)層面。第一是冷卻效果，據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均1kg的水每提高1℃能夠有效消耗約4184J的熱量。而1kg水蒸氣在汽化過程中，能夠吸收大約2259kJ熱量。所以把水噴灑在火災(zāi)區(qū)域，水由于被加熱及汽化能夠直接吸收現(xiàn)場的熱量，從而實(shí)現(xiàn)控制燃燒區(qū)溫度的目的。第二是窒息效果，水在汽化過程中能夠形成大量水蒸氣占據(jù)在燃燒空間中并防止新的助燃?xì)怏w大量涌入，最終控制空間內(nèi)的氧氣分壓讓燃燒的熱烈程度不斷減弱直至完全終止。第三是稀釋效果，水屬于溶劑，能溶解比如醚、醛等水溶性的液體，因此，在該種物質(zhì)融化后且可燃物質(zhì)出現(xiàn)地面流淌火時(shí)能借助水基滅火劑進(jìn)行稀釋，有效下調(diào)可燃物質(zhì)的濃度繼而讓燃燒程度逐漸降低。第四是分離效果，通過滅火噴射裝備產(chǎn)生有一定沖擊作用的水流，與正在起火的物質(zhì)接觸后第一時(shí)間把火焰分離開使其無法與可燃蒸氣接觸，并有效降低支持繼續(xù)燃燒的熱量產(chǎn)生。第五是乳化效果，對(duì)于非水溶類的可燃液體著火，如果著火初期還沒有產(chǎn)生熱波，利用水霧射流能在液體上構(gòu)成一層乳液，隨著燃燒液體的黏度的逐漸提高其穩(wěn)定性會(huì)隨之增加，如果是重質(zhì)油品能產(chǎn)生含水油泡沫。水基滅火劑中鹽類強(qiáng)化劑的使用能在水汽化時(shí)產(chǎn)生游離的金屬離子，并且能夠和火焰自由基及過氧化物進(jìn)行反應(yīng)從而達(dá)到滅火的效果。而表面活性劑能有效控制水自身的表面張力，提高滅火劑對(duì)燃燒物的潤濕效果。而增稠劑可有效控制水的流失速率，進(jìn)一步有效延長滅火劑發(fā)揮效用的時(shí)長[4]。

3.2? 各類滅火劑的實(shí)際使用范圍

因?yàn)樵跍缁饳C(jī)理與物理性質(zhì)上存在的較大差異，各類滅火劑的使用范圍及應(yīng)用場合存在較為明顯的差異。具體來說：①水基滅火劑，其滅火主要是通過水自身的冷卻降溫性能，再加上細(xì)水霧發(fā)揮出的窒息效果；在使用過程中的環(huán)保層面上，水基滅火劑滅火后在處置現(xiàn)場的殘留物不多，對(duì)環(huán)境的實(shí)際污染率相對(duì)較低，但也存在個(gè)別有機(jī)添加物不容易被降解，可有效用在固體與非水溶性的液體火災(zāi)處置中。②同樣是利用冷卻與窒息的滅火機(jī)理的泡沫滅火劑，但該化學(xué)助劑本身存在一定的毒性，無論是對(duì)環(huán)境還是人體都會(huì)產(chǎn)生不良影響，甚至還會(huì)引起累積效應(yīng)，目前多配備在容易出現(xiàn)油類火災(zāi)的場所中。③干粉滅火劑是借助化學(xué)抑制，在金屬火災(zāi)的處置過程中憑借良好窒息作用實(shí)現(xiàn)滅火。該類滅火劑雖然不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成明顯污染，但會(huì)在不同程度上對(duì)人體產(chǎn)生刺激作用。該類滅火劑具體應(yīng)用的場所包括港口、汽車機(jī)組、大規(guī)模變電器與天然氣儲(chǔ)罐等。④氣體滅火劑主要是通過窒息效果發(fā)揮滅火作用，其還能使燃燒物質(zhì)表面有效降溫。因此，氣體滅火劑通常會(huì)應(yīng)用于檔案室、儲(chǔ)存精密儀器的房間、機(jī)房等場所。

根據(jù)上述對(duì)各類滅火劑的綜合研判，其中干粉滅火劑應(yīng)用范疇相對(duì)最大，大多數(shù)室內(nèi)火災(zāi)通常會(huì)選擇干粉滅火劑進(jìn)行處理。但由于在使用后會(huì)形成數(shù)量較多的殘留物，在后續(xù)的清理工作中，不僅會(huì)使被覆蓋的物體受損，還會(huì)對(duì)人體造成傷害。所以，對(duì)于保存重要物品的空間，通常會(huì)選擇氣體滅火劑以及細(xì)水霧滅火劑。后者在滅火速度、環(huán)保程度等方面均優(yōu)于前者。另外，在A類與B類火災(zāi)的處置初期，水基滅火劑比較符合有人員活動(dòng)的空間使用，更加傾向于將其應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)場所火災(zāi)的現(xiàn)場處置過程中[5]。

4 結(jié)語

和其他類型的滅火劑相比，水基滅火劑性價(jià)比高、滅火性能好，能夠有效提升一線消防救援人員的實(shí)際滅火效率，且能夠最大限度避免對(duì)起火建筑周邊的生態(tài)環(huán)境造成破壞，因此，在滅火劑市場具有較大的發(fā)展優(yōu)勢。在長期的研究過程中，該類滅火劑的應(yīng)用性能得以不斷優(yōu)化，在多種類型的火災(zāi)以及超低溫等條件下的實(shí)際滅火測試中，仍然具有良好的滅火效果，完全可以成為我國各級(jí)消防救援人員處置火災(zāi)的有效戰(zhàn)術(shù)措施。

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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