細水霧滅火添加劑的選擇與實(shí)驗研究

滅火荊與阻燃材料細水霧滅火添加劑的選擇與實(shí)驗研究余明高，段玉龍，徐俊， 于水軍，賈海林，左秋玲(河南理工大學(xué)河南省煤礦瓦斯與火災防治重點(diǎn)實(shí)驗室，河南焦作454003)摘要:通過(guò)對國內外細水霧添加劑種類(lèi)和滅火 原理的分因，可撲救閃點(diǎn)較高的油品火災。析，提出將細水霧添加劑分為物理添加劑和化學(xué)添加劑。探討(2)在水中添加少量表面活性劑,提高水的潤濕能了在A(yíng)類(lèi)火災和B類(lèi)火災中細水霧復合添加劑組成確定的一力。對于一些對水潤濕能力較差的材料,如塑料、合成般性原則,提出對于化學(xué)滅火添加劑一般通過(guò)實(shí)驗的方法來(lái)確纖維、橡膠等,可以降低水的表面張力,增加水對材料定其組成和質(zhì)量分數,由不同的火災場(chǎng)景來(lái)確定復合添加劑中的潤濕力,延長(cháng)水的作用時(shí)間,提高滅火效果。物理添加劑的組成。由于添加劑對于細水霧滅火效果各有利弊,采用正交設計的方法確定復合添加劑的組成和質(zhì)量分數。(3)在水中添加抗凍劑，降低其凍結溫度。在我國北方地區低溫下使用水較困難,利用稀溶液的依數性，關(guān)鍵詞:細水霧;添加劑;正交設計中圖分類(lèi)號:TQ569, TU89, X932文獻標識碼:A在水中加人抗凍劑,使水的冰點(diǎn)降低,提高細水霧在寒文章編號:1009- 0029(2007)02 -0189- 03冷地區的有效使用。常用的抗凍劑有兩種類(lèi)型,一類(lèi)是無(wú)機鹽(如氯化鈣.碳酸鉀等),一類(lèi)是多元醇(如乙二隨著(zhù)1991年《關(guān)于臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定醇、甘油等)。書(shū)》在倫敦的修訂,哈龍滅火劑由于破壞大氣臭氧層而(4)在水中添加增稠劑,提高細水霧的霧滴速度，逐步被淘汰,世界各國紛紛開(kāi)始尋找哈龍滅火劑的替增加水在燃燒物表面特別是垂直表面上的附著(zhù)力,減代物。細水霧由于其清潔、高效、穩定、對環(huán)境友好、成少滅火時(shí)水的流失。在前蘇聯(lián)和歐洲均有應用,特別適本相對較低等優(yōu)點(diǎn)成為哈龍滅火劑的主要替代物之用于消防水罐車(chē)撲救建筑物內火災,達到節水、保水的一。細水霧滅火技術(shù)發(fā)展到現在已經(jīng)比較成熟和完善，目的,避免“撲滅了火災,造成了水害”情況的發(fā)生。國內已制定了相應的設計、施工、驗收等技術(shù)標準,細.(5)在水中添加減阻劑，減少水在水帶輸送過(guò)程中水霧滅火系統逐步進(jìn)人廣泛的實(shí)際應用階段,在一些的阻力,使水在較長(cháng)的水帶流動(dòng)時(shí)壓力損失減少?？上嘁幎ǖ奶厥鈭?chǎng)合必須使用細水霧滅火系統。國內外對應提高水在末端噴嘴的壓力,提高細水霧滅火系統的含添加劑細水霧滅火技術(shù)進(jìn)行了研究,筆者通過(guò)對細冷卻面積和滅火效率。常用的減阻劑有聚氧乙烯等。水霧滅火添加劑的原理和分類(lèi)分析，探討不同火災場(chǎng)(6)在水中添加氟碳表面活性劑。低質(zhì)量濃度的景下細水霧復合添加劑的選擇。氟碳表面活性劑水溶液在油面上的鋪展,把水的表面1.細水霧添加劑的種類(lèi)張力降低到很低,以致水溶液可在油面上鋪展形成一細水霧添加劑的作用主要是改變水霧的物理和化層水膜。學(xué)性質(zhì),增強細水霧的滅火效率,因而可以將細水霧添1.2 化學(xué)添加劑加劑分為物理添加劑和化學(xué)添加劑。在改變細水霧的除了物理添加劑外,還可以改變水霧的化學(xué)性質(zhì)物理特性方面有增加水的汽化潛熱、粘度、潤濕力和附來(lái)提高細水霧的滅火效率?；瘜W(xué)添加劑增強細水霧滅著(zhù)力,提高細水霧的有效隔氧降溫能力,延長(cháng)細水霧在火效率的原理為:由于添加劑的加入在火場(chǎng)中產(chǎn)生窒.燃燒區域的停留時(shí)間,減小水的流動(dòng)阻力,加大細水霧息性氣體(如NH,HCO;)或者添加劑中的金屬離子捕的冷卻及保護面積，提高細水霧的應用范圍,充分發(fā)揮捉火場(chǎng)中的自由基,使火災規模不能繼續發(fā)展或熄滅。細水霧的滅火性能,降低用水量,對提高滅火效率具有對于堿金屬碳酸鹽而言,其滅火效率的順序為:K2CO3重要作用。特別是在計算機房、文物、圖書(shū)館火災中降> KHCOs> Na2CO;>NaHCOs;在低質(zhì)量分數(1%~低用水量具有重要意義。5%)以下，滅火效率隨滅火添加劑質(zhì)量分數增加而顯1.1 物理添加劑(1)在水中添加乳化劑。由于乳化劑含有憎水基著(zhù)增. 中國煤化工時(shí),滅火效率隨強化劑質(zhì)量*fHCNMHG基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(50476033);河南省杰出人才創(chuàng )新基金項目(0421000800);河南省高校新世紀優(yōu)秀人才支持計劃項目(2005HANCET -05)消防科學(xué)與技術(shù)2007年3月第26卷第2期189不同類(lèi)型的金屬其在火場(chǎng)中與自由基反應的過(guò)程到細水霧復合添加劑中主要是結合火災的類(lèi)型。復合有所不同,滅火效率也有較大的差異。據國外相關(guān)文獻添加劑中化學(xué)添加劑的選擇可以選擇已經(jīng)證明有效且報道,磷酸銨、含硼化合物等均有抑制燃燒的效果,具比較廉價(jià)的碳酸鹽、磷酸鹽和鐵基類(lèi)化合物等。含復合有較強抑制火焰作用的金屬還有Mg、Cr、Mn,Sn,Ti、添加劑細水霧在電氣火災中的應用方面,中國科學(xué)技Ba等。影響含有金屬的化學(xué)添加劑的滅火效能的主導術(shù)大學(xué)房玉東等人對超細水霧及MC舔加劑在電氣環(huán)因素有兩個(gè):一是金屬粒子和火場(chǎng)自由基結合的能力;境的特性及應用可行性作了研究,研究發(fā)現MC添加二是游離金屬粒子在火場(chǎng)中的含量。對于含化學(xué)添加劑存在一個(gè)臨界的添加劑質(zhì)量分數,超過(guò)這個(gè)臨界含劑滅火技術(shù)的研究可以從這兩個(gè)因素著(zhù)手研制更有效量,添加劑中金屬離子發(fā)揮主導作用,將會(huì )增強水霧的的化學(xué)滅火添加劑,同時(shí)固態(tài)添加劑的飽和現象使得導電性,使擊穿變得更加容易;低于這個(gè)含量,表面活目前的化學(xué)滅火添加劑的滅火效率存在一定的局限性劑等材料將發(fā)揮主導作用,將會(huì )增強水霧的絕緣性,性。因此,今后應加快對液態(tài)和氣態(tài)化學(xué)滅火添加劑的使擊穿變得困難。在實(shí)際的火災防治當中,可以根據添研究,突破低飽和質(zhì)量分數對化學(xué)添加劑滅火效能的加劑作用下?lián)舸姸鹊乃p比例及電氣設備的擊穿強制約,進(jìn)一步發(fā)展和完善化學(xué)添加劑滅火技術(shù)。度來(lái)確定添加劑的安全使用范圍，實(shí)現滅火有效性和2細水霧滅火添加劑的選擇原則設備安全性的統--。對于復合添加劑的選擇主要有兩2.1物理添加劑的選擇原則個(gè)方面的問(wèn)題必須注意:一是深人了解物理添加劑和在A(yíng)類(lèi)火災中,細水霧滅火最重要的是提高對燃化學(xué)添加劑的滅火機理,確定不同火災場(chǎng)景的復合添料表面的冷卻和穿透火焰的能力,所以一般可以添加加劑組合;二是復合添加劑中物理添加劑和化學(xué)添加少量表面活性劑和增稠劑。在B類(lèi)火災中,可以考慮添劑含量的確定。加乳化劑和氟碳表面活性劑。在使用水系滅火劑滅火時(shí),油水分層是造成油火噴濺的主要原因,在水霧中加400350f人乳化劑可以防止這種現象發(fā)生。300甘系統壓力2.2化學(xué)添加劑的選擇原則。250f0.5 MPa+系統壓力由于化學(xué)添加劑對于細水霧滅火效率有很大提200)0.6 MPa150|.系統壓力高,故在A(yíng)類(lèi)和B類(lèi)火災中都可以選用。在選用化學(xué)添0.7 MPa加劑的過(guò)程中需要考慮兩個(gè)因素:- .是化學(xué)添加劑一5般具有化學(xué)腐蝕性,可能對細水霧滅火系統管路或者5910% 15% 20%火場(chǎng)中的精密設施造成腐蝕,所以在應用化學(xué)添加劑w/ NaCl團1不同質(zhì)量分數NaCl添加劑的細水霧前要充分考慮其腐蝕性并且可以加入緩蝕劑。二是化滅酒精火時(shí)間比較學(xué)添加劑可能產(chǎn)生刺激性氣體,在人員較多的地方要避免加入此類(lèi)添加劑。三是要通過(guò)實(shí)驗的途徑來(lái)確定18:「十系統壓力0.8MPa十系統壓力1.0 MPaj化學(xué)添加劑的質(zhì)量分數。國內外在含添加劑細水霧方14面所研究的金屬鹽有KOH、NaOH.NaCl,其滅火效率號12KOH>NaCl>NaOH。由于堿金屬蒸氣壓很低，當質(zhì)10量分數達到5.5%后就基本飽和,再加上水分子對金屬粒子的吸附作用,使得其作為細水霧添加劑而言效果.0.5 0.01.0% 2.0% 3.0% 4.0%有限。MichelleD.King通過(guò)實(shí)驗研究發(fā)現含有醋酸w/ FeCl,鉀和碘化鈉的細水霧在給定溫度下的蒸發(fā)率比純水團2不同質(zhì)量分數FeClz潘加劑的細水霧低,這也說(shuō)明添加劑對滅火也存在一定的不利因素。以滅煤油火時(shí)間比較NaCl和FeCl2為例，一般化學(xué)添加劑都存在一個(gè)最佳目前,復合添加劑的選擇主要是從碳酸鹽、磷酸鹽質(zhì)量分數,如圖1和圖2所示NaCl和FeCl2添加劑最佳和鐵基類(lèi)化合物中選取。實(shí)驗研究中,筆者從40余種質(zhì)量分數是5%和0.83%,且添加劑最佳質(zhì)量分數和系不同中國煤化工基類(lèi)化合物中選擇了8統壓力基本沒(méi)有關(guān)系。種單|YHCNMH C劑,分別用A、B、C、D、2.3細水霧復合添加劑的實(shí)驗研究E、F、G、H代表。物理添加劑已廣泛應用于水系滅火劑中,其添加為了確定上述8種添加劑對復合添加劑滅火性能190Fire Science and Technology ,March 2007 ,Vol 26,No. 2的影響大小、最佳的復合添加劑配方,擬通過(guò)正交實(shí)驗形式中英文字母代表添加劑的種類(lèi),阿拉伯數字代表進(jìn)行,見(jiàn)表1所示，正交滅火實(shí)驗結果如表2所示,正交各種添加劑含量的高低水平)。滅火實(shí)驗效應估計值如表3所示。3結論裹1正交實(shí)驗安排表(1)基于添加劑的加人對細水霧性質(zhì)改變的不同，項_ ACGI將細水霧添加劑分為物理添加劑和化學(xué)添加劑并分析|目位級(添加量/g)了兩類(lèi)添加劑提高滅火效率的原理。1 1(0)| 1(0) 1(0) | 1(0)| 1(0)| 1(2)| 1(20)| 1(0)2| 1(0)| 1(0)| 2(20)| 2(40)| 2(40) 2(4)| 2(40)| 2(4)(2)提出在A(yíng)類(lèi)火災和B類(lèi)火災中物理添加劑和3 1(0) | 1(0)| 3(40) 3<80)| 3(80) 3(8) 3(0)| 3(8)化學(xué)添加劑組成確定的一般性原則,對在不同火災場(chǎng)4| 1(0)2(40)| 1(0) 1(0) 2(40) 2(4)| 3(0)| 3(8)景有效添加細水霧添加劑具有指導意義。5| 1<0)| 2(40)| 2(20)| 2(40)| 3(80) 3(8)| 1(20) I 1(0)(3)探討了篩選復合添加劑的原理和實(shí)驗方法。6| 1(0)| 2(40) | 3(40) 3(80) |1(0) 1(2)| 2(40)| 2(4)參考文獻:71(0) 3(80) 1(0)| 2(40)| 1(0)3(8)| 2(40) 3(8)81(0)| 3(80) | 2(20) 3(80)| 2(40) 1(2)| 3(0)| 1(0)[1]余明高,廖光煊,張和平.等.哈龍替代品的現狀及發(fā)展趨勢[].火9| 1(0)| 3(80) | 3(40) 1(0) 3(80)| 2(4)| 1(20)| 2(4)災科學(xué),2002,11(2):108- 112.10| 2(20)| 1(0)| 1(0)| 3(80) 3(80)| 2(4)| 2(40)| 1(0)[2]劉江虹,廖光煊,厲培德,等。細水霧滅火技術(shù)研究與進(jìn)展[J].科學(xué)11 2(20)| 1(0)| 2(20)| 1(0)| 1(0)| 3(8)| 3(0)| 2(4)通報，2003.48(8):761 -767.12| 2(20)| 1(0)| 3(40)| 2(40)| 2(40)| 1(2) 1(20)| 3(8)[3]馮金莉,余水剛,陸春義.細水霧抑制熄滅木材火焰的小尺度實(shí)驗研13| 2(20)| 2(40) 1(0) 2(40) 3(80) 1(2) 3(0) 2(4)究及簡(jiǎn)化模型[J].中國安全科學(xué)學(xué)報.2004, 14(3):56- 59.42(20)| 2(40) 2(20)| 3(80)| 1(0)| 2(4)| 1(20) 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WaWater additives for increased efficiency of18 2(20) | 3(80)| 3(40) 2(40) 1(0)| 2(4)| 3(0)| 1(0)ire protection and suppression [C]. Fire Detection， Fire表2正交滅火實(shí)驗結果Extinguishment and Fire Safety Engineering. NRIFD 50ABCDEF|GH平均時(shí)間值2/sAnniversary Symposium Proe,1998:1-6.[7] M Bundy, A Hamins， Ki Yong Lee. Suppression limits of low111111 (9.29+ 18.59+4.87+7.49)/4=10.06strain rate non premixed methane flames [D]. Combustion and211222222 (27.33+15.28)/2=21.31311333333 (14.09+8.5+ 10.24)/3= 10.94flame, 2003, 3(133): 299- 310.412112233 [12.66+4.18+13.13+9.69)/4=9.92[8]李定啟,余明高,劉劍飛,等.化學(xué)滅火添加劑的滅火有效性實(shí)驗研512223311 (13. 41+9. 09+9.6)/3=10.70究[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,6(24):178- 180.61233↑112| 2 (21. 13+13.53+3.3+5.3)/4=10.92[9] Daniel Madrzykowski, PE. Water additives for increased eficiency713121323 (4. 66+12.56+8.91+8.65)/4=8.70of fire protection and suppression [D]. 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NaCl 黍加劑細水霧對不同燃料池火滅火性能的實(shí)驗研究[J].熱科學(xué)與技術(shù)，2004,3(1): 65-70.項目b|de| fr1b h[13]廖光煊.叢北華:況凱騫.鐵基舔加劑增強細水霧滅火性能的實(shí)驗0.72 1. 56-1. 45-0.54-1.270. 08-0.50| -0.38| I.. 134-0.72)-0.96 1.38 1.12 1.61 0.99 1.06 1. 04中國煤化工275-277.0.51 0.06-0.58-0. 35-1. 08| -0.56-0. 65[14]1H.CN M H G添加翔超細水籌作用下電氣通過(guò)效應分析得出,影響因素較大的依次為E、B、設田擊牙強度變化規伴的頭狽時(shí)元[J].科學(xué)通報，2005,9(50):2032 - 2036.C、D,最佳配方為E2B,C2D2G,H2F2A,(復合添加劑組成消防科學(xué)與技術(shù)2007年3月第26卷第2期191滅火荊與阻燃材料紅磷與交聯(lián)的結構對聚酰胺阻燃性能的影響劉峰'，李元洲2(1.南昌市消防支隊，江西南昌330003; 2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，安徽合肥230026)摘要;在沒(méi)有經(jīng)過(guò)輻照過(guò)的樣品中添加紅磷,即使墋雜慮到我國已經(jīng)有含有紅磷聚合物在高能量下的交聯(lián)的量達到12.5%,都不能很好的提高PA-6的阻燃性。當PA-6經(jīng)研究,筆者采用共聚合的方法來(lái)降低交聯(lián)的能量,通過(guò)過(guò)°Co-Y-rays照射產(chǎn)生了交聯(lián)結構后,其阻燃性能會(huì )得到很大引人第二種物質(zhì)氫氧化鋁來(lái)提高阻燃能力。的提高,并且在這種混合體系中添加TAC來(lái)降低照射的能量。2實(shí)驗部分.關(guān)鍵詞:聚酰胺;紅磷;交聯(lián);阻燃;結構2.1原料中團分類(lèi)號:TU545, X924文獻標識碼:B聚酰胺-6(Khimvolokno, Belarus 的商品Mn=文章編號: 1009- 0029(2007)02- 0192- 033.5X 10*),紅磷(Italmatch, Italy),三烯丙基氰尿酸酯(TAC,Aldrich)。1前言紅磷是一種很好的阻燃添加劑,已被廣泛添加到2.2 樣品制備聚合物體系中作阻燃材料。在一些不含氧的聚合物中聚酰胺添加劑樣品是在氮氣的保護下,在240 C、(如聚苯乙烯、聚乙烯等),紅磷的使用量要比傳統使用60轉/min的攪拌速度下混合而成。制備成棒狀(10.0的少,一般添加7%就可以。而在含氧的聚合物(如聚酰cmX0.6 cmX0.3 cm)用于LOI測試,制備成板狀胺-6)中,因為其中的紅磷與聚合物中的C=O作用,降.(10. 0 cmX1.2 cmX0.2 cm)用于阻燃測試。低了其阻燃能力,所以需要添加更多的量才能起阻燃2.3交聯(lián)樣 品制備聚酰胺-6或紅磷/聚酰胺-6在氬氣或者空氣中，作用。對于這種體系,若添加低質(zhì)量分數的紅磷,也要求使用°Co-Y-rays照射(劑量率為2 kGy/h, Hahn-達到相同的阻燃性能,聚合物必需是交聯(lián)的?？梢杂靡籑eitner Institute)。些具有高能量的物質(zhì)(如Co60)照射聚合物,產(chǎn)生三維2.4交聯(lián)后樣品的性能測試的結構。原則上這種方式可用于所有聚合物,但對于聚(1)阻燃測試。燃燒測試分為模式A和模式B。模酰胺來(lái)說(shuō),因為照射的能量需要很高(> 100eV),輻照式A是垂直的UL方法(在筆者的實(shí)驗室Bulletin94交聯(lián)不很方便。為了能充分阻止燃燒需求的高交聯(lián)度,垂直燃燒測試)。根據此方法,樣品棒垂直放在一個(gè)固其要求的能量太高，而被認為是不太適合應用于實(shí)際。定臺上,棒的下端和甲烷火焰接觸10s,從而點(diǎn)燃。當這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)引入一個(gè)新的單體來(lái)降低交聯(lián)的能樣品自熄滅以后,再次點(diǎn)燃。燃燒的過(guò)程是由兩次燃燒量來(lái)解決。有關(guān)這方面的研究已經(jīng)有很多的報道?？嫉某掷m時(shí)間1和tr表征。1和lr顯示了點(diǎn)燃和自熄滅的Research and discuss on additives ofexperiment. the composition of physical additives was madecertain by different fire scene. Because the effect of additivesspray mistfor fire extinguishment is uncertain， the composition ancYU Ming-gao, DUAN Yu-long, XU Jun,concentration of compound additives was made certain byYU Shui-jun, JIA Hai-lin, ZUO Qiu-lingorthogonal design.Key words: water mist; additive; orthogonal design(Henan Province Key Laboratory of Prevention and Cureof Mine Methane & Fires， Henan Polytechnic University,作者簡(jiǎn)介:余明高(1963-),男，四川瀘州人,中國Jiaozuo 454003，China)Abstract: Additives of spray mist can be casified as physical煤炭工業(yè)勞保學(xué)會(huì )火災防治專(zhuān)業(yè)委員會(huì )及礦井通風(fēng)專(zhuān)and chemical additives by its category and mechanism of fire中國煤化工與火災防治重點(diǎn)實(shí)驗extinguishment. Discuss the principle of composing of室常YHCNMHG火災防治理論與技術(shù)Additives in class A and class B fires. The composition and等方面的教學(xué)與科研工作,河南省焦作市,454003。concentration of chemical additive usually was make certain by收稿日期:2006-09- 20192Fire Science and Technology ,March 2007, Vol 26,No.2