水系灭火剂研究现状、瓶颈及发展方向探讨

慧聪消防网讯目前，我国消防队伍装备的灭火剂种类较多，常用的有五大类十多个品种，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。绿色环保是当今社会的主题。水是一种最便宜最易得到的一种灭火剂，且对环境无污染，是最广泛的灭火剂。是较早的扑灭火灾的灭火剂。但水也存在着明显的不足，水的流动性很强，大部分水常常未发挥作用就流失了，水的冷却性未能够充分的发挥，对于火面积大、火势发展迅猛、易复燃扑救难度大的大型火灾，火灾的扑救往往是控制火灾的蔓延而不是及时有效的将火灾扑灭。如何提高水的灭火性能，是目前国内外火灾科学领域的前沿课题。

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，提高水的灭火效率，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。

细水雾

既要灭火效率高，又要对环境无影响的灭火技术是人们努力的方向，细水雾灭火技术正是这一方向的代表。细水雾应用于消防方面始于四十年代，但此项技术的发展是在二十世纪九十年代。“细水雾”（watermist）是相对于“水喷雾”(waterspray)的概念，所谓的细水雾，是使用特殊喷嘴、通过高压喷水产生的水微粒。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。随着卤代烷灭火技术被淘汰，细水雾自动灭火系统作为新的一种哈龙替代技术显示出了非常优越的特点，而引起了国际消防界的广泛重视。

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。细水雾灭火系统是目前国际上应用非常广泛的一种绿色环保、高效节水的灭火系统，是符合《蒙特利尔协议书》的消防换代产品，它具有气体灭火和水灭火的双重优点，同时又最大化的降低了它们的缺点，具有工程和安装成本低、对火灾反应速度快、灭火耗水量少、水渍损失低、对人体安全，不污染环境、灭火效能高、适用范围广等优点。

细水雾灭火机理

1.高效吸热作用：由于细水雾的雾滴直径很小，相对表面积较一般水滴大1700～5800倍，在汽化的过程中，从燃烧物表面或火灾区域吸收大量的热量。按100℃水的蒸发潜热为2257kJ/kg计，每只喷头喷出的水雾吸热功率约为300KW。实验证明直径越小，水雾单位面积的吸热量越大，雾滴速度越快，直径越小，热传速率越高。

2.窒息作用：细水雾喷入火场后，迅速蒸发形成蒸汽，体积急剧膨胀，降低氧体积分数，在燃烧物周围形成一道屏障阻挡新鲜空气的吸入。随着水的迅速汽化，水蒸气含量将迅速增大，同时氧含量在火源周围空间减小到16%～18%时，火焰将被窒息。另外火场外非燃烧区域雾滴不汽化，空气中氧气含量不改变，不会危害人员生命。

3.阻隔辐射热作用：细水雾喷入火场后，蒸发形成的蒸汽迅速将燃烧物、火焰和烟羽笼罩，对火焰的辐射热具有极佳的阻隔能力，能够有效抑制辐射热引燃周围其它物品，达到防止火焰蔓延的效果。水雾对辐射的衰减作用还可以用来保护消防队员的生命。

含添加剂水系灭火剂

（1）吸水性颗粒

在水中加入吸水性颗粒添加剂。这些吸水的颗粒吸水并膨胀，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。

（2）表面活性剂

湿润性水就是在水中加入表面活性剂已提高水的湿润力，也可直接用于消防车中。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。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。用湿润性水灭火可减少灭火时间30～50%。

（3）增稠剂

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，对抑制火灾蔓延意义重大。

适用场所

居住建筑如图书馆、档案库、文物库等固体火灾危险场所；地铁站厅层、候机楼、医院候诊室等人员密集场所、其它民用场所的严重、中、低危险等级防护对象等；公路隧道、地铁城市隧道等交通隧道。可燃性液体存储设施如液压站、润滑油站、油浸式变压器、白酒库、可燃液体储罐区等可燃液体火灾危险场所。电气设备如计算机房、通讯机房、控制室等电气火灾危险场所；电缆隧道、电缆夹层、电气地下室等电缆火灾危险场所；

水系灭火剂发展瓶颈

(1)细水雾全空间灭火系统不能等同于全淹没气体灭火系统，与全淹没气体灭火系统相比，细水雾的灭火能力更多地依赖于喷头工作参数的选择以及与保护对象相对位置的确定。就目前细水雾产品还达不到将细水雾雾滴均匀地分布于整个被保护空间，且带有一定冲量到达燃烧面。

(2)根据试验证明细水雾灭火系统灭遮挡火有很大的难度，当在喷头和火焰之间放置障碍物时，火焰附近的温度不能很快地降下来，灭火时间将有很大变化，有时将不能达到灭火目的。这是由于障碍物的阻挡作用使细水雾在障碍物的表面沉积下来，减少了水雾的数量和动量所致。

(3)细水雾灭火系统的性能主要取决于两个能力：一个是其产生足够小的水滴的能力，一个是将足够数量的水分布到整个空间的能力。这两种能力又受液滴大小、速度分布、冲量以及喷头几何特性等因素的影响，同时也受保护对象的几何形状和被保护空间大小等其它客观因素的影响。

如何解决上述问题，将是细水雾灭火系统应用和发展的关键。

活性剂的添加使得水的的渗透作用良好，在扑救是水润湿效果较差的塑料类等火灾中有明显的优势，但抗燃趋势不是十分明显。粘度增加所带来的固水和封堵作用增黏作用制备的有机高分子水胶体和无机硅凝胶灭火剂的抗燃优势十分显著，十分适用于堆垛火灾及自然火灾的扑救，但随着粘度的增加随之而来的是水冲量的减少，灭火速率降低，而且用水量较，所以确定灭火剂合适的粘度至关重要。

水系灭火剂研究的发展方向

细水雾灭火系统的灭火效果得到了大家的一致认可，但为了为了进一步提高水雾灭火剂的灭火能力，应继续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。

含添加剂水系灭火剂的发展方向是：（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）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。（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）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，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。

水系灭火剂的环保型，灭火性和经济性已经被大家所认同，应用的广泛性也得到验证，国家的规范性的相继出台，规范了水系灭火剂的应用于研究，随着对水系灭火剂的灭火效果的进一步论证及不断的改善，水系灭火剂有着更为广阔的前景。