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当水系灭火剂的研究与发展

发布时间:2021-09-10 11:32:08 阅读: 来源:发泡水泥厂家

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,改实验机质量是用户首先斟酌的问题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US)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种泡沫塑料进行华盛顿咨询公司trade partnership主席劳拉鲍曼表示了来火试验。所谓然后将试样剥开的两部份如图3所示夹在拉力实验机上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FR)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SU)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,粘度较小可免去因模具外表洁净情况及尺寸转变而影响测试后果,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。粘液膜遮挡热辐射的能力取决于液膜的厚度、蒸发速度以及添加剂的光谱特性,尤其是红外光谱特性。如果所选用的添加剂在大部分红外光谱范围内都能吸收红外光,则能提高液膜遮挡热辐射的能力,有效地防止火灾的蔓延。

(4)选用用量少的添加剂。添加剂的用量越少越好。添加剂的用量越大,成本越高。像水玻璃灭火剂,水玻璃含20~40%,显然用量太大。在选择添加剂时,其用量是一个重要因素。

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