文章连载：气溶胶灭火剂的性能（6）

二 气溶胶灭火技术的发展过程

气溶胶技术被广泛应用于军事、医疗、工业、农业、烟火、环境等行业，作为掩护、治疗方式、提高燃料的发热量、提高氧化剂能力以及防止污染等用途。

气溶胶技术被作为一种灭火技术则起步比较晚，始于上世纪六十年代。纵观气溶胶灭火技术从诞生到现在的近半个世纪的发展历程，可以把它分为三个阶段，分别为：烟雾灭火技术、K型气溶胶灭火技术和S型气溶胶灭火技术。其中烟雾灭火技术属于一种早期K型气溶胶灭火技术。但由于二者存在着较多的不同点，故在此将其单独作为一个发展阶段进行讨论。

1 第一代热气溶胶胶灭火技术——烟雾灭火技术

第一代气溶胶灭火技术诞生于我国，也称烟雾灭火技术，始于上世纪60年代初，是由天津消防研究所以刘孟焕为代表的一批科研工作者完成的。他们首次将“以火攻火”的理论应用到现代消防技术中的储罐类火灾的扑救领域，该技术曾获我国发明三等奖和1987年布鲁塞尔国际发明展览会尤里卡金奖。

由该技术所衍生的产品——烟雾灭火系统，结构包括：发烟系统、导烟系统、引火系统及附件。属有管网导入式灭火装置，可分为罐内式或罐外式两种，其中应用较广泛的为罐外式（其结构可参见第四章）。其灭火机理主要为：当灭火药剂被引燃后，产生高压气溶胶灭火介质，从系统喷口以很高的压力（约为1.3MPa）喷出，首先对罐内火焰进行机械切割，压制火焰，最后以全淹没的方式对火焰进行覆盖，通过惰性气体窒息（主要作用），固体微粒的吸热分解、降湿作用以及链抑制（次要作用）达到灭火的目的。

该技术的优点是喷发速度快，灭火时间短，一般扑救过程不超过30s，而且不用水电，在偏远地方的独立储罐的消防保护上具有无可比似的优越性，这种技术在国内已得到相当规模的实际应用，并成功的扑灭了几起火灾。

该烟雾灭火技术的核心——灭火药剂发生剂同其它热气溶胶灭火药剂构成一样，也是由氧化剂、还原剂及其它辅助剂构成，其氧化剂主要为KNO3（约占50%），属典型的钾盐类灭火剂。将其单独作为气溶胶灭火技术的一个阶段划分出来，主要原因有三个：

其一是应用领域比较专一化，不象普通K型气溶胶灭火技术适用领域那么广泛，它主要针对酮、酯、醛、醇及油类等液体储罐类的罐内火灾。

其二是形成气溶胶灭火剂的方式和燃烧方式上有别于普通K型气溶胶产品，普通K型气溶胶是通过层状匀速燃烧机理由发生剂在气溶胶发生器内完全燃烧，并经冷却生成凝型气溶胶，即形成气溶胶灭火介质完全是在发生器完成的，而烟雾灭火产品则不同于K型气溶胶两端面层状燃烧，它形成气溶胶灭火剂的过程和燃烧过程如下：

首先是灭火剂发生剂被缠绕在导燃筒上的导火索，以螺旋方式点燃，初始燃烧的发生剂产生与点燃方式一致的螺旋式高压气流，使散装的发生剂呈悬浮状态在发烟器内部分反应后，并被初始气流及自身产生的气流带入导烟系统中，并在该系统中继续不完反应后，以很高的压力，喷射至燃烧区，进入燃烧区以后没有反应完全的发生剂，被火焰的温度激活继续反应，最终反应完全。可以认为，其产生气溶胶的过程是在三个不同的场段完成的：一是发烟器内；二是导烟系统内；三是燃烧区内。

其三，灭火机理有所不同。如前所述，该技术在实施灭火过程中首先会对火焰进行机械切割，压制冲击火焰，这一点是普通K型气溶胶产品所不能的。除此之外，它的主要灭火机理为惰化窒息机理，这与K型气溶胶灭火技术的固体微粒的吸热降温作用链抑制作用为主，窒息机理为辅是不同的，由于存在着以上的不同点，故在本论述过程中将其单独作为气溶胶灭火技术为一个发展阶段来进行讨论。

截至目前为止，该技术仍在进一步发展与完善。

2 第二代热气溶胶灭火技术——K型气溶胶灭火技术

K型气溶胶灭火技术也称钾盐类灭火技术，其中K的含义为钾的无素符号，是气溶胶灭火技术发展的第二阶段，始于上世纪60年代中期的前苏联，这一阶段的技术特点是：气溶胶灭火剂发生剂中主要是采用钾的硝酸盐、氯酸盐及高氯酸盐作为主氧化剂。所以K型气溶胶灭火技术即为以钾盐为主氧化剂的气溶胶灭火剂发生剂为主体的灭火技术。这一技术发展至今已经历了30多年的时间，这期间世界上多个国家都对该技术进行过深入的研究与改进。出现了众多的、形式各异的药剂与产品，我国在这一方的研究起步较晚，始于上世纪90年代初，第一代产品为由北京理工大学研制成功EBM气溶胶灭火装置。我们可以从一些已公布典型配方对这一发展阶段的气溶胶灭火技术特点加以了解。

1．六十年代中前苏联研制的配方：35-50%氧化剂，有KNO3、KClO3、NaNO3、NH4NO3；5%-40%的可燃剂：为二氰胺、硝基胍、尿素等；另外含有22%-35%的铵、钠、钾、钙、镁的碳酸盐及少量艾杜糖醇。

2．美国从Filter Harold.E等人的发明的灭火剂配方中含有卤碳化合物，氧化剂（KNO3、KClO3、KClO4）；另外还包括分散剂、粘合剂等，可燃铸成型。例如C6Cl6 44.9%，KClO4 29.44%，端羟基聚乙二醇12.93%，环氧树脂12.02%，催化剂三[（二甲氨基）]甲基酚0.2%。

3．俄罗斯如可夫等人的配方：KNO3 61.2%、铁氰化钾4.8%、二苯胺0.5%、木碳8.4%、润滑油0.5%、氟塑料1.5%、硬脂酸钠0.1%、硝化纤维素23.0%。另外还有别列切科等人的配方：KClO410%，KNO360%、环氨树指和硬石膏29.95%，木碳0.025%，磺代蓖麻油酸盐0.025%。二者均可浇铸或压制成型。

4．德国公开的配方为：KNO3 56-63%、线性酚醛树脂12.5-15%、碳式碳酸镁23%-29%及1.5%的氟塑料、硬脂酸锌、硬脂酸镁等加工助剂。

5．加拿大专利的配方为：KNO340-70%、木碳5%-10%及硝化纤维素等其它助剂。

6．澳大利亚的易安龙（PROGEN）公司灭火剂组成为：KNO362.3%、硝化纤维素22.4%、木碳9%及6.3%的工艺助剂。

7．北京理工大学开发的EBM灭火剂配方中，其中氧化剂也以KNO3为主体。

从以上的配方举例我们可以看出各国的药剂配方在配比上，尤其是在可燃剂及粘合剂、催化剂、脱模剂、燃速调节剂中各具特色，但其主氧化剂均是钾盐类KNO3、KClO3、KClO4。所以将此类气溶胶灭火技术统归为一类——K型气溶胶灭火技术来加以讨论。

钾盐类气溶胶灭火技术虽产生于上世纪60年代中期，但是由气溶胶灭火剂在反应释放气溶胶的过程中高温问题所带来的二次火灾隐患当时未能有效解决，再加之哈龙灭火剂以其高效的灭火性能备受人们的青睐，致使气溶胶灭火技术在八十年代以前并未得到广泛的推广应用。进入八十年代以后，特别是从《蒙特利尔协定》签署以后，越来越多的人们认识到哈龙产品对大气臭氧层的巨大破坏力及对人类自身生存环境的危害，气溶胶灭火技术才作为一种绿色环保的哈龙替代品逐渐得到了人们的认可和重视，成为众多的哈龙替代技术中的佼佼者。

该技术在经过30多年的发展，目前已较为完善，其最大进步为通过物理冷却、化学外冷却、化学内冷却或三者协同作用（国外产品采用这种形式，国内产品则大多采用单纯的物理冷却法），成功地解决了反应温度过高所带来的二次火灾隐患问题，为气溶胶灭火技术的安全应用打下了良好的基础。另外，为了完全消除对臭氧层的破坏，其配方设计中主氧化剂已基本不选用KClO3和KClO4，而只采用KNO3，这样其ODP值为0。该技术之所以在众多哈龙替代技术中脱颖而出，除了其ODP值为0外，还因为其灭火效能较高（是哈龙产品4-6倍），不产生温室效应，产物在大气中存留时间短，安装维护简单，无毒，综合成本低廉等优点。

但是K型气溶胶灭火技术却具有一个先天性的致命缺陷——对精密仪器设备、文物、档案等会造成二次损害。其根源是由主氧化剂钾盐造成的。由于其喷发后的固体微粒，主要是K2CO3、KHCO3、K2O三种物质，这三种物质均是极易吸湿，或易溶水的物质，并且均与水能生成强碱性溶液。这些微粒沉降于被保护物表面或其内部后，快速与空气中的水相结合形成一种发黄发粘的强碱性导电液膜。这些液膜可破坏精密仪器的电路板的绝缘性，对文物和精密仪器造成腐蚀性，对纸质档案则表现为使其发黄、变脆等。

上述缺点制约了气溶胶灭火技术的应用发展，为了解决K型气溶胶灭火技术上的缺陷，使气溶胶灭火技术适用范围更广，有关专家针对K型气溶胶灭火技术存在的问题研发了第三代气溶胶灭火技术——无腐蚀性的S型气溶胶灭火技术。

3 第三代热气溶胶灭火技术——S型气溶胶灭火技术

S型气溶胶灭火技术也称锶盐类气溶胶灭火技术。S是锶的元素符号Sr的第一个字母。S型气溶胶灭火技术的核心是在固体灭火气溶胶发生剂配方中采用了以硝酸锶为主氧化剂,硝酸钾为辅氧化剂的新型复合氧化剂。这一点是S型气溶胶灭火技术与以硝酸钾为主氧化剂的K型气溶胶灭火技术的根本区别。

灭火气溶胶是否会对保护对象产生绝缘性,腐蚀性等方面的二次损害,取决于灭火气溶胶的化学成分。而灭火气溶胶的化学成分又由生成灭火气溶胶的固体混和药剂,即气溶胶发生剂的化学组成决定。氧化剂是气溶胶发生剂的主要组分,一般在配方中占重量比50℅以上,所以氧化剂的选用对灭火气溶胶的化学性质起着至关重要的作用。S型气溶胶选用硝酸锶为主氧化剂,硝酸钾为辅氧化剂与纯粹以硝酸钾作主氧化剂的K型气溶胶相比主要有以下三方面优点：

第一，采用硝酸钾作辅氧化剂,使灭火气溶胶既保证了高的灭火效率和合理的喷放速度,又使硝酸钾分解产物的浓度控制在对精密设备产生损害的浓度以下。

第二，主氧化剂硝酸锶的分解产物为SrO,Sr(OH)2和SrCO3,这三种物质不会吸收空气中水分,形成具有导电性和腐蚀性的电解质液膜,从而避免了对设备的损害。第三，

第三， K型气溶胶灭火剂中含有的氧化钾（K2O），其熔点仅为约800℃，正好处在灭火剂的生成反应温度区，因此造成氧化钾过多地挥发到灭火气体中去，从而引起灭火气体中固体微粒含量过大（30％以上），且吸收空气中水分后粒径进一步增大（10µ以上），使易于沉降的固体微粒数量增大，不利于精密仪器工作。S型气溶胶灭火剂含有的氧化锶（SrO），其熔点为2450℃，远高于灭火剂生成反应温度区，不会过多挥发，因此其灭火气体中固体微粒含量微少（2％）且粒径小（1µ）,不易沉降,更接近洁净气体灭火剂。

上述三项区别的技术判定可以通过测试在高温，高湿环境下灭火剂喷放后在绝缘体上的表面电阻值来实现。表面电阻值反映了两方面信息：一是反映了灭火剂喷放后形成的附着物多少；二是反映了灭火剂喷放后能否对保护设备的电性能产生影响。表面电阻值越高，说明灭火剂产生的附着物越少，对电器的影响越小。如果表面电阻值达到了绝缘电阻水平，则灭火剂产生的附着物可以忽略不计，也不会对电器设备产生影响。

已颁布的公安部行业标准GA499.1《气溶胶灭火系统 第1部分:热气溶胶灭火装置》将气溶胶产品依据其充装的灭火气溶胶发生剂的主要化学成分分为两类，一类为K类，即目前常见的普通钾盐气溶胶灭火产品；一类为S类，即锶盐气溶胶灭火产品。标准中对K,S类灭火剂附着物的表面电阻要求分别为不低于1MΩ和20MΩ，对S类的要求已达到绝缘要求(10MΩ以上为绝缘体)。测试环境温湿度分别为：35℃和90％（RH）.标准在编制过程中，专家组经国家电子材料检测中心对目前国内外相关产品的附着物表面电阻进行了测试，结果见表2。

表2气溶胶灭火剂附着物表面电阻

灭火剂 表面绝缘电阻（MΩ）

湿热条件下(35℃,RH90℅) 常温条件下

1# 2# 3#

国内K型样品1103 104 104 105

国内K型样品2104 104 104 105

国内K型样品3 103103 104105

国内S型样品4 108108108 1012

澳大利亚(K型) 103 104105 1011

俄罗斯(K型) 105 105 106 1012

由上表可见,S型气溶胶灭火剂沉降物的表面绝缘电阻在高温高湿环境下达到了100MΩ级，说明其对精密仪器非常安全。