第一章 氣溶膠滅火技術(shù)的發(fā)展過程

氣溶膠滅火劑是近四十年發(fā)展起來的一種新型滅火劑。它是一種由氧化劑、還原劑、燃燒速度控制劑和粘合劑組成的固體混合物。熱氣溶膠滅火劑的釋放經(jīng)過了燃燒反應(yīng)，產(chǎn)物中既有固體又有氣體。其中大部分為N2、CO2和水蒸氣等滅火氣體，固體顆粒是鉀和鍶的氧化物。釋放產(chǎn)物冷卻、凝聚時生成極為細(xì)小的微粒，微粒的直徑一般小于0.45微米。這些極為細(xì)小的微?？梢愿咝张c中和火焰中的燃燒自由基，從而達(dá)到化學(xué)抑制滅火作用。而滅火氣體中包裹著固體顆粒形成的氣溶膠，可以長時間懸浮，并能繞過障礙物，散布到各個角落，以一種全淹沒的方式高效滅火。簡單地說，氣溶膠滅火劑是一種可懸浮于空氣中的微納米級干粉微粒，它是煙火技術(shù)和納米技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶。

從嚴(yán)格意義上講，氣溶膠到目前為止已經(jīng)過三代發(fā)展。

第一代氣溶膠滅火產(chǎn)品，早在上世紀(jì)60年代就已誕生。我國公安部天津消防研究所的劉孟煥等科研人員，對氣溶膠滅火裝置進(jìn)行了研究，提出用煙火藥劑燃燒、釋放的產(chǎn)物進(jìn)行滅火。當(dāng)時稱為“煙霧滅火系統(tǒng)”，主要用于石油化工產(chǎn)品儲罐滅火裝置上。

第一代氣溶膠滅火產(chǎn)品，早在上世紀(jì)六十年代就已誕生。當(dāng)時天津消防研究所的科研人員，對氣溶膠滅火劑及其裝置進(jìn)行了大量的研究，首先提出“以火攻火”的理論，自主研制出煙霧自動滅火系統(tǒng)，主要用于撲滅甲、乙、丙類液體儲罐火災(zāi)。這是一項不同于以往的全新的滅火技術(shù)既有煙又有霧，既有細(xì)小的固體顆粒，又有水蒸氣和N2、CO2滅火氣體形成的氣溶膠物質(zhì)用于滅火。

在當(dāng)時中蘇關(guān)系融洽的時代背景下，前蘇聯(lián)科學(xué)家跟隨這一理論的指引，率先研制出可用于普通場所的氣溶膠滅火劑。而我國由于當(dāng)時的環(huán)境所限，并未對這一理論進(jìn)行深入的應(yīng)用性研究，產(chǎn)品僅停留在油罐系列。致使到了80年代，我國在氣溶膠滅火技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于前蘇聯(lián)。但是，氣溶膠滅火這一理論，是由我們中國人首先提出的，這已由各種文獻(xiàn)、記錄所證實，無可爭辯！

第一代氣溶膠雖然在60年代初就已出現(xiàn)，但由于當(dāng)時人們更習(xí)慣于使用哈龍滅火劑，使氣溶膠滅火產(chǎn)品推廣運用遲緩。進(jìn)入二十世紀(jì)80年代后，人們逐漸認(rèn)識到哈龍滅火劑對大氣臭氧層的破壞作用，氣溶膠滅火劑作為綠色環(huán)保的哈龍?zhí)娲分饾u得到人們的重視。各國研究并開發(fā)出的多種類型氣溶膠滅火設(shè)備，使氣溶膠的應(yīng)用技術(shù)得到了迅速發(fā)展。這項技術(shù)在俄羅斯已形成系列產(chǎn)品。美國、英國、德國、日本、加拿大等國家也相繼開發(fā)出各自的氣溶膠滅火產(chǎn)品并推廣應(yīng)用。

在我國，90年代中期，北京理工大學(xué)在學(xué)習(xí)國外經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，研發(fā)出第二代氣溶膠滅火產(chǎn)品。國內(nèi)先后有多家企業(yè)涉足該產(chǎn)品的生產(chǎn)。但由于設(shè)計中未充分考慮到箱體溫度，在噴放時有高溫和噴焰缺陷，導(dǎo)致了一些重大責(zé)任事故。

第二代產(chǎn)品出現(xiàn)的問題，是由于研發(fā)人員對市場使用環(huán)境不甚了解，而生產(chǎn)人員又未對技術(shù)加以深入研究造成的。問題的解決方式非常簡單，通過加大箱體隔墊，增加一些金屬隔熱片等簡單的物理方式就可以解決。經(jīng)過改進(jìn)后的第二代氣溶膠產(chǎn)品，很好地克服了箱體溫度過高的缺陷，逐步得到市場認(rèn)可。但由于其配方基本為北京理工大學(xué)的鉀鹽類配方，以硝酸鉀作為氣溶膠發(fā)生劑的主要氧化劑，所以噴發(fā)后的產(chǎn)物極易與空氣中的水結(jié)合形成一種粘稠狀的導(dǎo)電物質(zhì)。這種物質(zhì)對電子設(shè)備有很大的損壞性。由于誤噴造成對電子設(shè)備的損壞，也給第二代氣溶膠造成了極壞的影響。為此，中國移動、中國網(wǎng)通、中國電信等國家大型企業(yè)，都曾明令禁止氣溶膠滅火裝置在其精密電子設(shè)備間的使用。氣溶膠能否用于保護(hù)有精密電子設(shè)備的場所？其噴射后的產(chǎn)物對電子設(shè)備是否有影響？這些問題，擺在了眾多消防專家的面前，也在業(yè)內(nèi)引起了廣泛的爭議。

問題不斷地出現(xiàn)，技術(shù)也在不斷地提高。這時第三代氣溶膠滅火產(chǎn)品橫空出世。第三代氣溶膠主要由鍶鹽作主氧化劑，和第二代鉀鹽類氣溶膠不同，它從根本上解決了該類產(chǎn)品噴射生成物對電器設(shè)備的損壞作用。2001年，中國移動通信集團(tuán)公司經(jīng)過嚴(yán)格的考察和驗證，最終選擇鍶鹽類氣溶膠用于保護(hù)其通信基站等配備有精密電子設(shè)備的場所。目前，鍶鹽類氣溶膠產(chǎn)品已在幾千個工程項目中應(yīng)用，其中也出現(xiàn)過誤噴，但至今未發(fā)生一起損壞電子設(shè)備的事故。值得一提的是，2004年8月，在湖南長沙的一個通信機房中，因電線老化而引起電源失火，鍶鹽類氣溶膠滅火劑成功地?fù)錅缌嘶鹎椋溟g通信設(shè)備照常運行。這是國內(nèi)唯一一起氣溶膠滅火，并且沒有損壞電子設(shè)備的“案例”。第三代氣溶膠已越來越為廣大用戶所接受。

2004年6月4日，公安部頒布了GA499.1《熱氣溶膠滅火裝置》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)將氣溶膠滅火裝置分成兩類。第一類是K型氣溶膠，指充裝含有30%以上硝酸鉀的氣溶膠發(fā)生劑的滅火裝置。即上述鉀鹽類氣溶膠，也即第二代氣溶膠。第二類是S型氣溶膠，指充裝含有35%~50%硝酸鍶，同時含有10%~20%硝酸鉀的氣溶膠發(fā)生劑的滅火裝置。即上述鍶鹽類氣溶膠，也即第三代氣溶膠。

關(guān)于S型和K型氣溶膠的區(qū)別，在本行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定，“ K型滅火裝置沉降物絕緣水平不得低于1兆歐，S型滅火裝置沉降物絕緣水平不得低于20兆歐”。電阻為1兆歐的物質(zhì)，從嚴(yán)格意義上講是導(dǎo)體，水的導(dǎo)電性也即如此。而電阻為20兆歐的物質(zhì)是絕緣體，相當(dāng)于干木材的導(dǎo)電性。本行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在世界范圍內(nèi)，第一個將氣溶膠按配方分為S型和K型，也是首次以“氣溶膠沉降物絕緣水平”這一科學(xué)的指標(biāo)，來說明為什么S型可用于保護(hù)有精密電子設(shè)備的場所,而K型不能的原因。

此次行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頒布的重要意義在于，從實際指標(biāo)上把氣溶膠分成了兩類，即S類和K類，為今后相關(guān)規(guī)范的制定與廣大用戶的使用提供了指導(dǎo)?！稛釟馊苣z滅火裝置》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的頒布，受到了業(yè)內(nèi)專家的高度贊揚。在專家審查會上，被專家譽為“國際先進(jìn)”，這在中國標(biāo)準(zhǔn)編寫史上是少有的。它的頒布必將對氣溶膠行業(yè)產(chǎn)生強有力的規(guī)范作用。三、冷氣溶膠滅火技術(shù)

熱氣溶膠滅火技術(shù)具有滅火效率高，電絕緣性好，不破壞大氣臭氧層等優(yōu)點。也存在缺陷如：有“熱連帶反應(yīng)”、不能進(jìn)行局部保護(hù)應(yīng)用、滅火速度慢等問題。如何發(fā)揮氣溶膠應(yīng)用滅火的長處，克服其固有的缺陷，國內(nèi)外進(jìn)行了大量的卓有成效的研究。近幾年，冷氣溶膠滅火技術(shù)的研究和應(yīng)用，就是哈龍?zhí)娲夹g(shù)研究的新成果。

1、超細(xì)干粉滅火技術(shù)

超細(xì)干粉滅火劑是國內(nèi)最新研制的一種“非高溫氣溶膠滅火技術(shù)”，也稱“冷氣溶膠”。滅火劑以氮氣（N2）、等惰性氣體為驅(qū)動體，超細(xì)干粉為被分散體，釋放后形成氣粉混合的霧狀氣溶膠進(jìn)行滅火，滅火機理以化學(xué)滅火為主，物理滅火為輔，可全淹沒滅火應(yīng)用，也可局部保護(hù)滅火應(yīng)用。

超細(xì)干粉滅火劑按基料成分可分為：磷酸銨鹽超細(xì)干粉、碳酸氫鈉超細(xì)干粉、還有其它滅火材料組成的超細(xì)干粉。以磷酸銨鹽為基料的超細(xì)干粉粒徑為10—20μm，由于粒子細(xì)化，滅火時能充分反應(yīng)，滅火效果顯著增加。原料磷酸銨鹽在制備過程中需硅化，粒子質(zhì)量較大，經(jīng)氮氣驅(qū)動噴射后，大部分粉粒很快落于地面，沒有形成氣溶膠參與滅火反應(yīng)，因而用于全淹沒滅火效果不很理想。

英國科技工作者采用噴霧造粒技術(shù)，用小型噴霧干燥器制造出粒徑在5μm以下的超細(xì)粉體，經(jīng)加壓噴射形成冷氣溶膠滅火，全淹沒滅火使用效率可達(dá)哈龍滅火劑的3—5倍。由于所需設(shè)備和工藝要求復(fù)雜，產(chǎn)品生產(chǎn)能耗巨大，至今未能推廣應(yīng)用。武漢綠色消防器材有限公司科研人員應(yīng)用國內(nèi)外最新技術(shù)，采用新型的滅火材料，研制成功一種新型的超細(xì)干粉高效滅火劑?！　〕?xì)干粉滅火劑滅火機理以化學(xué)滅火為主，物理滅火為輔。

A、對有焰燃燒的抑制作用。有焰燃燒是一種鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程。燃燒分子在燃燒的高溫下或其它形成的能量下被活化，在氧的存在下產(chǎn)生燃燒自由基或活性基團(tuán)，并靠這些具有很高能量的自由基傳播反應(yīng)，維持燃燒持續(xù)進(jìn)行。燃燒自由基具有很高的能量，非?；顫?，它們一旦生成，就立即發(fā)生下一步的反應(yīng)，生成更多的自由基。超細(xì)干粉中的滅火組分是對燃燒反應(yīng)的不活性物質(zhì)，當(dāng)它們的粒子進(jìn)入燃燒區(qū)與火焰結(jié)合時，可以同時捕獲燃燒自由基，其結(jié)果使火焰中的自由基被消耗速度大于生產(chǎn)的速度，燃燒自由基很快耗盡，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的歷程終止，火焰即熄滅。以上作用被稱為對燃燒的化學(xué)抑制作用和負(fù)催化作用。

B、對表面燃燒的熄滅作用。超細(xì)干粉滅火劑不僅能有效撲滅有焰燃燒，而且還可以撲滅一般固體物質(zhì)的表面燃燒。超細(xì)干粉晶體粉粒與灼燒的燃燒物表面接觸時，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，并在固體表面的高溫作用下被熔化并形成一個玻璃狀覆蓋層，將固體表面與周圍空氣的氧隔開，使燃燒窒息

C、對熱的遮隔作用。使用超細(xì)干粉滅火時，濃云般的粉霧（氣溶膠）與火焰相混合，可以降低火焰對燃燒物表面的輻射熱，使火焰的溫度降低，使燃燒過程變得緩慢。

D、對燃燒區(qū)氧氣的稀釋作用。超細(xì)干粉滅火劑滅火時，在火焰的高溫作用下會發(fā)生一系列的分解反應(yīng)，這些反應(yīng)一般為吸熱反應(yīng)，可吸收火焰的部分熱量，并產(chǎn)生一些不活性體如二氧化碳（CO2）等，對燃燒區(qū)的氧濃度進(jìn)行稀釋，使燃燒變得緩慢，同時用作驅(qū)動噴放超細(xì)干粉的壓力氣體氮氣隨著超細(xì)干粉一起釋放于燃燒區(qū)，也進(jìn)一步稀釋燃燒區(qū)的氧氣，抑制燃燒，使燃燒熄滅。

超細(xì)干粉滅火劑的特點：

（1）、綠色環(huán)保。超細(xì)干粉滅火劑對大氣臭氧層耗減潛能值（ODP）為零，溫室效應(yīng)潛能值（GWP）為零，無毒無害，對人體無刺激，對保護(hù)物無腐蝕。

（2）、滅火效率高。超細(xì)干粉滅火劑的滅火速率是水的40倍，是熱氣溶膠滅火劑的20倍，是混合氣體滅火劑的6倍。滅火效率是水的30倍，是熱氣溶膠滅火劑的2倍，是哈龍滅火劑的2—3倍，是七氟丙烷滅火劑的4—8倍，是混合氣體滅火劑的12—16倍，是普通干粉滅火劑的6—10倍。

（3）、應(yīng)用范圍廣。超細(xì)干粉滅火劑可在封閉的空間全淹沒滅火，也可在開放的場所大面積局部應(yīng)用滅火，具有全淹沒全方位滅火的優(yōu)點。滅火劑的流動性、電絕緣性等指標(biāo)優(yōu)良，可充裝通常使用的手提式滅火器、固定滅火裝置（無管網(wǎng)滅火系統(tǒng)）、有管網(wǎng)滅火系統(tǒng)、森林滅火彈等，廣泛應(yīng)用于國防軍事和民用設(shè)施，用以撲救A類、B類、C類火災(zāi)和帶電設(shè)備火災(zāi)。

眾所周知，作為化學(xué)滅火劑，其粒徑與其滅火效率成反比關(guān)系，即粒度越小，滅火效率越高。超細(xì)干粉滅火劑，由于受加工技術(shù)及成本的制約，目前平均粒徑已可做到≤5μm，其滅火速率，滅火效率已很優(yōu)良。如果將超細(xì)干粉的粒徑加工至更細(xì)，以至于達(dá)到納米級，并解決在運用過程中的一系列技術(shù)性問題，其滅火效率將急劇提高幾十甚至上百倍。　　2、細(xì)水霧滅火技術(shù)

細(xì)水霧技術(shù)首先是由芬蘭、美國、加拿大等少數(shù)發(fā)達(dá)國家開發(fā)的滅火技術(shù)。由于哈龍滅火劑即將被淘汰，在各國紛紛研究開發(fā)哈龍?zhí)娲锏拇蟊尘跋?，?xì)水霧滅火技術(shù)得到重視。上世紀(jì)九十年代，細(xì)水霧滅火技術(shù)得到飛躍發(fā)展。1997年，由美國開發(fā)和工程部門、細(xì)水霧滅火系統(tǒng)制造商、保險公司、法律機構(gòu)及客戶代表組成了細(xì)水霧滅火系統(tǒng)NFPA技術(shù)委員會，提出了設(shè)計、安裝及標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)文件，并正式出版了《細(xì)水霧系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》（NFPA750）。我國90年代末開始進(jìn)行細(xì)水霧滅火技術(shù)的研究開發(fā)和試驗工作，并列為國家“九五”科技攻關(guān)項目。目前已相繼開發(fā)出各類型細(xì)水霧滅火系統(tǒng)產(chǎn)品問世。

目前國內(nèi)外已有不少企業(yè)生產(chǎn)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的壓力、滅火劑在管道中的流相，應(yīng)用方式、系統(tǒng)的形成及安裝方式等?！　〖?xì)水霧滅火系統(tǒng)的滅火機理主要為物理滅火。

1）、氣相冷卻作用。細(xì)水霧的霧滴一般情況下DV0.90小于400μm,比表面積較一般水噴霧大，在火場中能完全蒸發(fā)，可吸收大量的熱，使燃燒變得緩慢。

2）、窒息作用。細(xì)水霧噴入火場后，迅速蒸發(fā)形成蒸汽，體積急劇膨脹，排除空氣，在燃燒區(qū)或燃燒物周圍形成屏障，阻止新鮮空氣的進(jìn)入，使燃燒區(qū)氧氣濃度降低，使火焰窒熄。

3）、阻隔輻射熱作用。細(xì)水霧蒸發(fā)后，蒸汽迅速將燃燒物火焰、煙羽流籠罩，對火焰的輻射具有良好的阻隔作用，能夠有效抑制輻射熱引燃周圍其它物品，達(dá)到防止火焰蔓延的效果。

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的特點：

1）、細(xì)水霧滅火系統(tǒng)可以撲救A類、B類、C類火災(zāi)。如果霧滴直徑大部分在40—200μm的范圍內(nèi)，細(xì)水霧還可以有效撲救電氣火災(zāi)。

2）、細(xì)水霧滅火系統(tǒng)以易取價廉的水為滅火劑，資源利用率和環(huán)境保護(hù)方面的指標(biāo)均優(yōu)于其它滅火系統(tǒng)。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)使水的利用率大大提高，和水噴霧滅火系統(tǒng)相比，水的利用率提高3倍以上；和水噴淋滅火系統(tǒng)相比，水的利用率提高6倍以上。

3）、細(xì)水霧滅火系統(tǒng)滅火機理為物理滅火，滅火速度比起化學(xué)滅火慢得多。

4）、細(xì)水霧滅火系統(tǒng)對水和環(huán)境溫度要求嚴(yán)格。細(xì)水霧儲水器應(yīng)充裝純凈水，一般應(yīng)采用經(jīng)過處理的可飲用水。儲水器的水應(yīng)定期更換，防止水存放時間長后滋生物堵住噴孔。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在環(huán)境溫度4-50℃的專用設(shè)備間內(nèi)，因為溫度過低會使水結(jié)冰，溫度過高會使儲罐內(nèi)的水溫升高，產(chǎn)生氣化或熱交換，并可能產(chǎn)生水垢或滋生物，影響水質(zhì)。因為水易受到污染或其它環(huán)境影響，所以細(xì)水霧系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在專用房間。

5）細(xì)水霧滅火系統(tǒng)應(yīng)用于全淹沒滅火，其滅火能力更多地依賴于噴頭的技術(shù)參數(shù)的選擇以及保護(hù)對象的形狀和位置。就目前產(chǎn)品的技術(shù)水平，細(xì)水霧產(chǎn)品還達(dá)不到將水霧霧滴均勻分布到整個保護(hù)空間。細(xì)水霧系統(tǒng)滅遮擋火有很大難度，當(dāng)噴頭與火焰之間有障礙物時，火焰附近的溫度不能很快地降下來，滅火時間將會延長，所以并不總能使其熄滅。這是由于障礙物的阻擋作用使細(xì)水霧在障礙物的表面沉積下來，減少了水霧的數(shù)量和動量。特別是預(yù)制型懸掛式滅火裝置，由于其儲水的數(shù)量和動量有限，還不能全淹沒滅火應(yīng)用，其局部保護(hù)應(yīng)用的范圍也很有限。在該項技術(shù)應(yīng)用指標(biāo)上，目前細(xì)水霧滅火系統(tǒng)比超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)差得多，也比不上氣體滅火系統(tǒng)。

6）、細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的性能取決于兩個能力。一個是生產(chǎn)足夠小的水滴的能力，一個是將足夠數(shù)量的水分布到整個空間的能力。這兩種能力又受液滴的大小、速度、分布、沖量以及噴頭幾何特性等因素的影響，同時也受保護(hù)對象的幾何形狀和保護(hù)空間的形狀、大小等其它客觀因素的影響。如何提高上述的兩個能力，將是細(xì)水霧滅火系統(tǒng)應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵。

7）、細(xì)水霧滅火技術(shù)應(yīng)用于手提式滅火器，目前已有一部分產(chǎn)品上市，但效果還不理想。原因是受噴頭技術(shù)參數(shù)影響以及儲水的數(shù)量和動能的影響，噴出的水霧較近，很難對火形成隔氧的效應(yīng)。對B類火，主要是由噴射到油面上的覆蓋層隔絕氧來滅火，細(xì)水霧噴射距離近，同時在油面形成覆蓋膜也比直接用一般輕水膜滅火器慢得多。