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一．基本概念

　　１、固體微粒氣溶膠滅火劑－PGAS（Pyrotechnically generated aerosols）。
　　２、氣溶膠是液體或固體微粒懸浮于氣體分散介質中形成的一種溶膠。
　　３、氣溶膠滅火劑可以分為兩種類型：一種是在氣溶膠滅火劑釋放之前，氣體分散介質和被分散介質是穩定存在的，氣溶膠滅火劑的釋放即氣體分散液體或固體滅火劑形成氣溶膠的過程；另一種是氣溶膠滅火劑的釋放經過了燃燒反應，反應產物中既有固體又有氣體，氣體分散固體顆粒形成氣溶膠，也可稱為氣溶膠發生劑。
　　４、根據產生氣溶膠時的溫度可分為冷氣溶膠和熱氣溶膠。在反應溫度大於300℃（？）時稱為熱氣溶膠，反之是冷氣溶膠。
　　５、氣溶膠發生劑為一種含能材料，屬於煙的一種。火可分為、和煙三大類。氣溶膠產品的選配、製造、性能參數和加工工藝均以煙火學為指導。
　　６、為降低氣溶膠產生時的溫度，有兩種使用冷卻劑的方法。一種是將冷卻劑均勻地混合於藥劑中，這種方式稱為內冷卻；另一種冷卻方式是將冷卻劑置於氣體發生器的氣體通路中，可稱為外冷卻。

二．滅火機理

1、以金屬K為例介紹氣溶膠滅火劑的滅火機理。

　（1）吸熱分解的降溫滅火作用。K2O在溫度大於350℃時就會分解，K2CO3的熔點為891℃，超過這個溫度就會分解，這些全是強烈的吸熱反應：K2O＋C?2K＋CO；2K2O＋C??4K＋CO2；
　（2）氣相化學抑製作用。在熱作用下，氣溶膠中固體顆粒離解出的K可能以蒸汽或陽離子的形式存在，在瞬間它可能與燃燒中的活性基團H、OH和O發生多次鏈式反應。：K＋OH?KOH；K＋O?KO；KOH＋OH?KO＋H2O；KOH＋H?K＋H20 消耗活性基團和抑制活性基團H、OH和O之間的放熱反應，從而對燃燒反應起到抑製作用。
　（3）固體顆粒表面對鏈式反應的抑製作用（固相化學抑製作用）。氣溶膠中的固體顆粒是極其微小的，具有很大的表面積和表面能，它在火場中被加熱和發生裂解是需要一定時間的，而且也不能完全被裂解或氣化。固體顆粒進入火場后，受到可燃物裂解產物的衝擊，它們相對於活性基團H、OH和O的尺寸大的多，這些活性基團與固體顆粒表面發生碰撞，被瞬時吸附併發生化學作用。可能發生如下反應：K2O＋2H?2KOH；KOH＋OH?KO＋H2O；KO＋H?KOH
　　如此反復進行而起到消耗燃燒活性基團的目的。

2、吸附作用
　　產物中的固體顆粒，主要是金屬氧化物、碳酸鹽或碳酸氫鹽，大部分為粒徑小於1?m，占90%以上。氣體主要是氮氣，少量的二氧化碳氣和水蒸氣。
　　經燃燒反應產生氣溶膠是強放熱反應，會產生氣態的金屬鹽，冷卻凝聚時產生氣溶膠微粒極為細小，具有非常大的比表面積，因此成為特別優良的滅火劑。其滅火效率為鹵代烷1301的4～6倍。

三．了解氣溶膠

　　列舉一些相關的事物幫助了解氣溶膠的滅火作用。
　　1、消焰劑
　　KCL加入中可有效減小火焰的大小。
　　在軍事上應用在武器發射時儘量減小火焰，避免暴露自己的射擊位置。在使用爆破法采煤的礦井中，瓦斯濃度超過極限的工作面上用含有消焰劑的爆破並不會引起火災和瓦斯。
　　主要是K捕捉燃燒連鎖反應游離基和降低溫度的作用。與自由基在氣相中有效碰撞，吸收能量，使其衰變。
　　多相催化，消焰劑晶體表面的原子基團顯示強烈的不飽和性和吸附性，能吸附和粘附燃氣中的自由基團，相互作用使之達到穩定狀態。
　　2、碳酸氫鉀干粉
　　是一種黑色粉末，成分為碳酸氫鉀66%、硝酸鉀15.5%、7.8%、木炭3.75%、0.9%、3.5%、雲母粉1.5%、硬脂酸鎂1.4%。其中的硝酸鉀、、木炭是的成分。
　　干粉在動力氣體（氮氣或二氧化碳）的推動下噴向燃燒區進行滅火，鉀鹽在燃燒區高溫分解，起到化學抑制的滅火作用，但干粉的顆粒較大，吸附作用大大降低，滅火效能一般。
　　3、粒徑的影響
　　《干粉滅火的新機理和配方設計優化》是公安部天津消防科研所完成的部級項目課題。試驗採用不同粒徑碳酸鉀，用有壓氮氣作為動力分散氣體，在0.6立方米的實驗容器中滅汽油火。實驗的結論為：粒徑在20?m以下的干粉滅火效能高，當粒徑大於20?m滅火效能急劇降低。
　　俄羅斯人在研究冷氣溶膠時也作了同樣的實驗，有相似的結論。甚至還設計了依據納米技術進行工業化生產氣溶膠超微粒的裝置。

四．多個氣溶膠配方

　1．六十年代中期甦聯研製的配方：含有約35～50%的氧化劑，為氯酸鉀、硝酸鉀、硝酸鈉、或硝酸銨；含15～40%的燃料（含氮有機物），可以是二氰胺、硝基胍或尿素；約22～35%的銨、鈉、鉀、鈣、鎂的碳酸鹽，以及的艾杜糖醇。
　2．美國人發明的滅火劑組分含有鹵碳化合物、氧化劑（高氯酸鉀、氯酸鉀、硝酸鉀）、組分分散劑和粘結劑燃料，採用澆鑄固化成型工藝。
　3．俄羅斯人的配方為硝酸鉀61.2%、鐵4.8%、二苯胺0.5%、碳8.4%、潤滑油0.5%、氟塑料1.5%、硬脂酸鈉0.1%、增塑的硝化纖維素23.0%等，滅火效率高（約20～25g/立方米）。
　4．另一個俄羅斯配方可採用澆鑄和壓制的成型方法，用高氯酸鉀10%、硝酸鉀60%，共同作為氧化劑，環氧樹脂＋硬石膏29.95%、碳0.025%、磺化蓖麻油酸鹽0.025%等。
　5．德國專利公開的組分為硝酸鉀56～63%，線性酚醛樹脂12.5～15%、碱式碳酸鎂23～29%、以及1.5%的加工助劑，（加工助劑可以是氟塑料、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂等），可壓製成型。
　6．加拿大專利含有硝酸鉀40～70%、5～15%的碳和作為燃燒粘合劑的增塑的硝化纖維素等。另一個專利也是採用含氧固體燃料燃燒產生的氣溶膠進行滅火的。
　7．日本專利JP03，126，472將推進劑組分用於氣溶膠滅火器，用來驅動八氟戊烷和二氟乙烷的混合物。
　8．易安龍（PYROGEN）滅火劑：固體合成物化學成分：硝酸鉀62.3%、硝化纖維22.4%、碳9%、工藝混合物6.3%。

五．氣溶膠滅火劑的應用

　1．莫斯科化學力學科研所的自動防非常事故裝置“卡帕斯”及小型滅火器“曼古斯特”。自動防非常事故裝置“卡帕斯”主要排除煤礦中瓦斯和粉塵混合物的。一旦探測到火災，電啟動裝置立即動作；“卡帕斯”可撲滅火焰鋒速達320米/秒的甲烷空氣混合氣體的爆燃。“曼古斯特”滅火器只有1.5Kg，位於汽車發動機室，用於撲滅汽油火災。
　2．國內消防專業刊物上有一些介紹了氣溶膠的文章，談到了俄羅斯的“加巴爾”裝置，其產生的氣溶膠能撲滅各種火災，包括陰燃材料火；而氣溶膠的溫度不超過60℃。
　3．俄羅斯的“加巴爾”裝置裝填TTK藥劑，燃燒溫度為1500℃，採取技術措施，克服氣溶膠溫度高和有明火火焰的問題：
　 （1）向氣溶膠流加液態冷卻劑的方法，向加水，成功地保護了10～1000立方米的石油產品貯罐和液化氣貯罐，其出口的氣溶膠溫度低於60℃且完全消除明火。該裝置可保護5000立方米的貯罐。
　 （2）氣溶膠經過液層鼓泡法。產生的氣溶膠從貯罐底部進入，穿過液體到液面上滅火，適用於小容量的貯罐。
　 （3）用燒蝕材料吸熱法。製造專用的發生裝置，用薄鋼片作成柱型容器，其內按一定比例裝填TTK藥劑和冷卻劑。

六．氣溶膠滅火劑研究發展方向

　1．氣溶膠屬於含能材料，在施放過程中需要經過燃燒反應，會產生高溫火焰，降低反應溫度可以使氣溶膠滅火劑得到更廣氾的應用。上面提到的某些滅火劑配方已經考慮了降低火焰溫度的問題。
　2．TTK藥劑的配方在不斷的改進，最新型的TTK8藥柱可有效的撲滅木材火。
　3．近年來，美國陸海空軍及Spectronix有限公司都在進行氣溶膠的研究，並開發出了SFE/EMAA滅火劑，SFE最初有A、B、C三種配方，最近又出現能夠撲救A類深位火災的D配方。

七．國外氣溶膠消防產品

　1．氣溶膠滅火技術由前甦聯軍工技術發展而來，已有二十五年以上曆史，在俄羅斯已形成系列化產品，廣氾應用於各種場所滅火。
　2．保護相對封閉空間如艙室、倉庫及發動機室、石油化工產品的貯罐、艦船、飛機、汽車、內燃機車、電纜溝、電纜井、管道夾層等封閉半封閉空間。氣溶膠滅火劑也用於開放空間。
　3．可用在各種消防設備上：手持式滅火器；手拋型滅火具，點燃后拋進火災地點；車載拋射型，通過消防車上的專用工具拋入火場；車載發射型，象火箭佈雷車的形式，載有發射具，可將滅火彈發射到1500米遠。俄羅斯Kharkovde的Morozov機械製造設計局研製成功UPG－92滅火推進裝置，滅火裝置被安裝在由Malyshev工業公司製造的作戰坦克上，作戰武器被5個可齊射的炮管代替，每個炮管中裝備有200Kg特殊藥粉（氣溶膠滅火劑），1噸藥粉齊射可覆蓋整個火區並將火撲滅。這種前作戰武器具有可靠的三防作用（防火、防輻射、防化學武器），因而可以進入火區中心50米。此滅火裝置用於撲滅石油和天然氣的火災，可在數秒內壓制100平方米的火場。
　4．國際上安裝氣溶膠滅火系統的工業設施有：核電站控制室、軍事設施、艦船機艙、電訊/電子設備室及飛機發動機艙等。

綜合評價

　一、鹵代烷滅火劑替代物的選擇

　 1．現在國內應用的鹵代烷滅火劑的替代物主要有：FM200、“取代”、二氧化碳、煙烙盡、細水霧、氣溶膠共6種。

　 2．過去人們對於1301是推崇備至的，自然會拿它去比較。清潔氣體滅火劑可從10個方面去比較。
　（1）釋放過程對被保護物沒有損害（清潔）；
　（2）對臭氧層的耗損潛能值（ODP）小，以致為零；
　（3）較好的滅火效能；
　（4）低毒或無毒；
　（5）合成物在大氣中存留壽命（ALT）短；
　（6）溫室效應潛能值（GWP）小，或無；
　（7）良好的氣相電絕緣性；
　（8）良好的儲存性和穩定性；
　（9）應用量相對於1301的容積比小；
　（10）經濟合理，可能接受的市場價格。

　二、分項目評價

　　1．FM200
　 （1）FM200滅火系統與1301所使用的設備、管道及配置方式幾乎完全相同。
　 （2）雖然FM200的DOP值為0，但GWP＝2900，大氣存留時間為31年，美、英等國已將HFC列入受控使用計劃之列，不宜作長期替代物考慮。
　 （3）關於FM200的毒性及致癌問題，目前國際學朮界有爭論。
　 （4）FM200在滅火過程中會分解出氫氟酸，其酸氣的生成量是1301的8～10倍，實際酸氣的生成量大約為300ppm，遠大於短時間接觸50ppm氫氟酸即為危險濃度的國際標準。
　 （5）FM200的價格比1301高30%。

　　2．“取代”（TEIODIDE）
　 “取代”滅火劑的最小滅火設計濃度是NOAEL（未觀察到不良反應的濃度）的21.4倍，所以不能在有人的地方實行防火保護。

　　3．二氧化碳
　 （1）應用量相對容積比過高。最小滅火設計濃度為34.0%，使用量大。
　 （2）最小滅火設計濃度超過人的致死濃度，危險性大。
　 （3）高壓二氧化碳容器壓力高，充裝密度為60～68%。滅火劑釋放時容易造成圍護結構和被保護物的損害。
　 （4）不能用於撲救帶電物體火災。
　 （5）低壓系統日常維護較為複雜。

　　4．煙烙盡
　 （1）煙烙儘是環境因素可打滿分的“綠色”介質，無毒無害。
　 （2）應用量相對容積比過高。最小滅火設計濃度為37.5%，使用量大。
　 （3）容器壓力高達15Mpa。滅火劑釋放時容易造成圍護結構和被保護物的損害。
　 （4）價格昂貴。

　　5．細水霧
　 （1）系統複雜，要求特種水霧噴頭，壓力高。
　 （2）應用範圍小，僅限於個別場合的預作用系統。只能定向噴射，不能用來進行全方向、全充滿的滅火。
　 （3）應用案例少，認知性不夠，技術應用有困難。97年版《高層民用建築防火規範》（GB50045）的7.6.6條規定燃油、燃氣鍋爐房和自備發電機房應設置水噴霧滅火系統。但《水噴霧滅火系統設計規範》（GB50219-95）中沒有相應的條文規定，使得設計中存在一定的困難。據，現在在燃油、燃氣鍋爐房和自備發電機房所使用的滅火系統為：上海等地多採用輕水（低倍）泡沫滅火系統；而北京、廣州等全國多數地區多採用氣體滅火系統。

　　6．氣溶膠
　 （1）氣溶膠滅火劑是靠自身的燃燒反應所產生的氣溶膠來撲滅火災的。
　 （2）氣溶膠氣溶膠滅火產品系統簡單，價格低廉，無腐蝕，無污染，無毒無害，對臭氧層無耗損，很少殘留物，高速高效、全淹沒、全方位滅火，是理想的哈龍替代物，市場前景好。
　 （3）便攜性、易用性、堅固性、可靠性、成本低廉。
　 （4）氣溶膠釋放后會形成濃重的煙霧，能見度小於1米，影響人員逃生（火場的能見度<3米時逃生很困難）。

三．氣溶膠滅火劑研究發展方向

　　1．氣溶膠屬於含能材料，在施放過程中需要經過燃燒反應，會產生高溫火焰，降低反應溫度可以使氣溶膠滅火劑得到更廣氾的應用。上面提到的某些滅火劑配方已經考慮了降低火焰溫度的問題。

　　2．TTK藥劑的配方在不斷的改進，最新型的TTK8藥柱可有效的撲滅木材火。

　　3．國外對冷氣溶膠作了大量的研究工作，對制取、儲存、使用都有作了很多探索。

　　4．近年來，美國陸海空軍及Spectronix有限公司都在進行氣溶膠的研究，並開發出了SFE/EMAA滅火劑，SFE最初有A、B、C三種配方，最近又出現能夠撲救A類深位火災的D配方。

四．氣溶膠應用中熱點的問題

　　遇到的問題：火焰外噴、表面發熱、氣溶膠的腐蝕性、產生有毒氣體、氣溶膠的浮力、用戶的感受。

　　1．不是潔淨滅火劑
　 （1）FM200噴射使噴頭處環境溫度降低，使空氣中的水分冷凝，成為薄薄的水霧。FM200在滅火過程中會分解出氫氟酸，其酸氣的生成量是1301的8～10倍，實際酸氣的生成量大約為300ppm。酸性物質危害較碱性為大；雖然氫氟酸為弱酸性，但其具有特異的腐蝕性，對特定物體可造成很大損害。
　 （2）高低壓二氧化碳噴射使環境溫度大大降低，使空氣中的水分冷凝，成為極濃的水霧。水中溶解了二氧化碳即碳酸，足以對磁介質造成損害。
　 （3）常用的氣溶膠是固體微粒懸浮于空氣中形成的一種溶膠。產物中的固體顆粒，大部分為粒徑小於1?m，占90%以上。這些細微粉塵呈電中性，很容易清除。殘留的微粉塵中含有的金屬氧化物、碳酸鹽或碳酸氫鹽，在遇到水分時呈弱碱性，只會對特定的設備造成一些危害。

　　2．腐蝕性及毒性 在氣溶膠配方中考慮了酸碱平衡和安全性，可儲存十年不變性。氣溶膠配方中自帶氧化劑，設計為氧平衡，不會有腐蝕性；反應不依賴消耗空氣中的氧氣，空氣中氧氣濃度不變，對人沒有危害。

　　3．產生高溫會造成二次危害 氣溶膠產生的高溫可以用幾種辦法控制：
　 （1）延長反應時間，使熱量均勻釋放，現氣溶膠的國家標準反應時間設定為150s，大大降低氣溶膠釋放時的溫度。
　 （2）調整氣溶膠配方，降低反應產熱量。
　 （3）採取隔熱措施，控制滅火具表面溫度不超過80℃。避免造成危害。
　 （4）採用內外冷卻技術措施，如俄羅斯的“加巴爾”裝置。

　　4．釋放時有明火，不適用於易燃、易爆危險的場所 由於氣溶膠含有消焰劑的成分，可有效減小火焰的大小。在易燃、易爆危險的場所中當可燃物濃度超過極限時，燃燒的氣溶膠藥柱並不會引起火災和。 將氣溶膠滅火設備中的電子點火裝置進行特別保護，在點火時使明火不外溢。不會引燃危險品。 特種氣溶膠滅火設備可用來保護易燃、易爆危險的場所，如莫斯科化學力學科研所的自動防非常事故裝置“卡帕斯”。

　　5．釋放后能見度差 氣溶膠釋放后有濃煙，影響人員逃生，這是氣溶膠滅火劑的最大缺陷。

　　6．不能撲救A類陰燃火 水是以冷卻為主的滅火劑，可用於各種火災（利用自身吸收顯熱和潛熱的能力冷卻燃燒）。 氣溶膠及氣體消防不具有冷卻作用，對撲救A類陰燃火能力較差。 不斷的改進氣溶膠配方，最新型的TTK8藥柱及美國SFE的D配方能夠撲救木材火。

　　7．只適用於小系統範圍使用 氣溶膠滅火系統不同于氣體消防中的預制滅火裝置，氣溶膠滅火裝置組成簡單，可靠性高，在較大的防護區使用能購滿足要求。

　　8．不具備組合分配能力 氣溶膠釋放后不宜通過較長的管道輸送。氣溶膠微粒極為細小，具有非常大的比表面積，吸附力極強，因此氣溶膠用管道輸送、組合分配會有很大損耗，不宜應用。氣溶膠滅火系統組成簡單、價格低廉，不需要考慮組合分配。

　　9．可以實現冷氣溶膠 冷氣溶膠的實驗裝置與干粉滅火器類似，差別在粒徑的大小。可以工業化製造極為細小的微粒，但其極強的顆粒間吸附力會使其粘結，不能貯存。

　　10．不能用於便攜式器具 氣溶膠釋放時產生的壓力和高熱是最大的困難，但實驗証明可以實現。

五．結論

　　氣體消防造價昂貴、系統複雜，其替代物各有弱點。
　　氣溶膠滅火產品滅火效能高，系統簡單，價格低廉，無毒無害，對臭氧層無耗損，很少殘留物，是極好的哈龍替代物，市場前景好。但還有一些工作要作。
　 （1）適應新標準，要充分利用新標準的寬鬆技術要求。
　　新標準要求太低，完全不能體現氣溶膠的優越性。如噴射時間長達150s，用量多至200g/m3，殘留物可以很多等。
　 （2）突破老標準
　　氣體消防使用有很長的時間了，規範標準都很完善；新的氣溶膠產品推出，必然會受制于傳統的氣體消防概念。現在市場上的氣溶膠產品，都是按照氣體消防中的預制消防系統的概念來開發的。防護面積不大，單具滅火面積不大100m2，結果較大的系統都採用了二氧化碳。
　 （3）發揮氣溶膠的技術優勢
　　氣溶膠滅火產品滅火效能高，系統簡單，價格低廉，無毒無害，對臭氧層無耗損，很少殘留物。要充分發揮氣溶膠技術的優勢。