郭丁坤 張存位教授

(中國人民警察大學 救援指揮學院，河北 廊坊065000)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，火災愈發(fā)呈現(xiàn)出多發(fā)性、復雜性特點。油類火災屬于B類火災，是各類火災中危險性最大、撲救難度最高的火災類型。油類火災具有火焰溫度高、熱輻射強、易形成大面積火災、容易引發(fā)爆炸、易發(fā)生復燃且油品蒸汽含有一定毒性的特點。油類一旦發(fā)生火災，能在短時間內(nèi)迅速蔓延擴散，且撲救困難，最終導致重大的人員傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失。因此油類火災發(fā)生時，滅火劑的選擇尤為重要。本文介紹油類火災常用滅火劑的滅火機理，分析各類滅火劑滅油類火災時存在的缺陷，綜述各類滅火劑的研究現(xiàn)狀，對油類火災滅火劑的發(fā)展提出展望。

1 干粉滅火劑

干粉滅火劑是以金屬鹽或銨鹽為原料制得的粉狀固體。根據(jù)適用范圍，可分為BC類干粉和ABC類干粉；按粒徑大小可分為普通干粉和超細干粉。楊冬雷等通過球磨機細化得到不同粒徑的BC類干粉，將其用于熄滅煤油火和酒精火，研究結(jié)果表明干粉粒徑越小，滅火時單位面積受熱越多，分解更快，滅火效能越好?；瘜W抑制作用是干粉滅火劑的主要滅火機理，干粉顆粒在火焰的作用下分解生成鹵素自由基X，帶走一部分熱量的同時與火焰區(qū)內(nèi)的H、OH自由基結(jié)合生成HO，從而終止鏈式反應。此外，干粉顆粒在高壓氣體如CO、N的推動下，從儲粉罐中噴出，迅速在火焰表面形成懸浮粉霧，起到隔離熱輻射和降低環(huán)境中氧含量的作用。

干粉滅火劑的滅火方式為全淹沒式滅火，對于油類火災而言，干粉顆粒需要完全覆蓋整個油面才能有效滅火。而對于油面較大的火災而言，干粉滅火劑的有效射程無法覆蓋整個油面，同時燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣也會卷吸干粉顆粒，大大降低干粉的滅火效果。此外，高揚等測試不同滅火劑撲滅石蠟油盤火的滅火性能，發(fā)現(xiàn)干粉滅火劑僅能在前期抑制火焰，而無法撲滅火災，這是由于干粉滅火劑的冷卻效果較差，不能有效降低油面溫度，高溫仍能維持自然基的產(chǎn)生，使得被終止的鏈式反應又重新開始，火焰復燃。因此，干粉滅火劑一般僅應用于小尺寸油類火災。

2 細水霧滅火劑

細水霧是指細小的霧狀水，它是在壓力作用下，經(jīng)特殊噴嘴產(chǎn)生的，其粒徑可低至100μm。微小的粒徑使其作用到火焰表面時，能迅速汽化，吸收熱量的同時降低環(huán)境中的氧濃度。此外，汽化產(chǎn)生的水蒸氣也能對高溫輻射區(qū)有一定的阻隔作用。細水霧是一種清潔環(huán)保的滅火劑，相較于一般的水滅火技術(shù)，其具備出色的滅火效能，打破了水不能滅油火的傳統(tǒng)觀念。

國內(nèi)學者對細水霧撲滅油類火災進行深入研究，發(fā)現(xiàn)其滅火過程伴隨短暫火焰強化現(xiàn)象。馬瑞雪等通過自主研發(fā)的析出式氣泡霧化細水霧系統(tǒng)對不同油品進行滅火實驗，研究結(jié)果表明，煤油、柴油等燃料的火焰強化現(xiàn)象系液滴飛濺和空氣擾動所致，汽油則單由液滴飛濺所致；賈海林等為減少火焰強化現(xiàn)象的危險性，將環(huán)氧乙烷與烷基酚經(jīng)縮合反應后的去離子液作為改性劑對細水霧進行改性，改進后的細水霧滅火性能得到提高，同時減少了液滴飛濺，抑制了火焰強化現(xiàn)象。

杜友威等設計了一款新型直射—旋流預混細水霧噴頭，用于改善普通噴頭噴射角小以及穿透性弱的問題。通過實驗，研究噴口直徑對軸向速度和切向速度的影響，并結(jié)合能耗效率，確定最佳噴口尺寸

d

=1.5m。油類滅火實驗結(jié)果表明，新型噴頭較普通噴頭具有更好的抑溫效果和更短的滅火時間。

Lu等在純水霧的基礎上通過實驗進一步研究不同添加劑對不同油類滅火效率的影響，分別比較碳酸氫鉀、碳酸銨和表面活性劑對汽油、柴油以及變壓器油火災的影響，結(jié)果表明，對于汽油和柴油火災而言，碳酸銨的滅火效率最佳，因為碳酸銨在滅火過程中能吸收大量熱量分解，促使火焰溫度降低。同時，產(chǎn)生N、CO等阻燃氣體稀釋O。對于變壓器油火災而言，表面活性劑能有力減小水霧的表面張力，使其在油品表面形成一層薄膜，阻止燃料與O的接觸，是最佳的添加劑。

Ni等在水霧中添加溴氟丙烯，研究其抑制汽油火災的性能。通過比較滅火過程中火焰形態(tài)與溫度的變化，發(fā)現(xiàn)水霧與溴氟丙烯具有協(xié)同作用。一方面，少量溴氟丙烯的添加大大提高了水霧的滅火性能。另一方面，水霧可以降低溴氟丙烯抑制產(chǎn)生的氟化氫濃度。同時，溴氟丙烯容易蒸發(fā)，因此使用添加溴氟丙烯的水霧不會造成任何殘留物清潔問題。

盡管細水霧滅火劑的滅火性能優(yōu)異，但它也存在諸多問題：射程有限，保護半徑較小，難以撲救大尺寸油類火災；細水霧滅火設備結(jié)構(gòu)復雜，技術(shù)要求高，造價也高；受環(huán)境因素影響大，風力、障礙物等因素都會影響細水霧的使用，這些問題都制約著細水霧滅火劑在油類火災上的應用。

3 泡沫滅火劑

3.1 泡沫滅火劑分類和滅火機理

泡沫滅火劑分類方式眾多，可以依照發(fā)泡倍數(shù)、基料、適用對象等進行分類。根據(jù)發(fā)泡倍數(shù)即泡沫形成前后的體積比，可將泡沫滅火劑劃分為低、中、高倍數(shù)泡沫，分別對應0～20、20～200和200倍以上，羅慧中等利用大尺寸柴油油池燃燒試驗，對高、低倍數(shù)泡沫液滅火能力進行比較，發(fā)現(xiàn)低倍數(shù)泡沫控制油類火災更加迅速，且使用的泡沫更少。在眾多分類方式中，按照適用對象與基料進行分類的實際意義更大。根據(jù)適用對象，可將泡沫滅火劑分為一般型泡沫滅火劑和抗溶型泡沫滅火劑，后者可用于撲救極性液體火災，如乙醇、甘油等。根據(jù)基料的不同，可將泡沫滅火劑劃分成蛋白泡沫滅火劑和以水成膜泡沫滅火劑為代表的合成泡沫滅火劑。

泡沫滅火劑的滅火機理主要為冷卻降溫作用、隔絕作用和窒息作用。當泡沫接觸到燃燒油品表面時，其內(nèi)部的水分會吸熱、蒸發(fā)，使燃燒物表面溫度下降。同時，水蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣彌漫在空氣中，能使空氣中的氧濃度降低。此外，泡沫的相對密度比油品低，能在油品表面形成泡沫覆蓋層，從而將油品與空氣分隔開來，窒息滅火；泡沫覆蓋層同時還能遮擋火焰對油品表面的熱輻射，從而阻止油品的蒸發(fā)和可燃氣體的進入。

3.2 油類火災常用泡沫滅火劑

在油類火災中，主要使用的泡沫滅火劑是普通蛋白泡沫滅火劑、氟蛋白泡沫滅火劑以及水成膜泡沫滅火劑。

3.2.1 普通蛋白泡沫滅火劑

普通蛋白泡沫滅火劑是以動植物蛋白的水解濃縮液為基底，并添加適量的穩(wěn)定劑、防腐劑、抗凍劑等制得。主要成分為水和水解蛋白，與其他類型滅火劑相比，其成本較低、抗燃性能良好且析液時間較長，但其在滅火過程中會造成二次污染。同時其儲存時間較短、存在異味、抗油類污染的能力差，且流動性能較差，無法高效滅火。隨著滅火劑技術(shù)的發(fā)展，普通蛋白泡沫滅火劑已逐漸被滅火效果更好的滅火劑所取代。近年來對此類滅火劑的研究也相應較少。

3.2.2 氟蛋白泡沫滅火劑

氟蛋白泡沫滅火劑是在20世紀60年代為改善普通蛋白泡沫滅火劑缺陷而開發(fā)的一種泡沫滅火劑。它是在普通蛋白泡沫滅火劑之上添加適量氟碳表面活性劑制得，隨著氟碳表面活性劑的加入，泡沫的表面張力和界面張力明顯減弱，使泡沫能更快地鋪展在油面上，窒息滅火。此外，其抵抗油類污染的能力也得到加強。因此，近年來氟蛋白泡沫滅火劑被廣泛應用于油類火災的撲救工作中。

雖然氟碳表面活性劑極大加強了蛋白泡沫滅火劑的滅火性能，但并沒有改善其在滅火過程中會造成二次污染、保質(zhì)期短、不易降解以及存在異味等問題。近年來，對于氟蛋白泡沫滅火劑的研究也多從這些方面出發(fā)。馮偉等對蛋白泡沫滅火劑的除臭和儲存壽命進行研究，指出蛋白泡沫滅火劑存在臭味以及壽命較短可能是由于蛋白質(zhì)中硫元素在堿性條件下水解生成無機硫化物和含硫殘基導致的，并提出改進措施；畢波等采用急性毒性標準實驗方法對OBS型氟蛋白泡沫滅火劑對水環(huán)境的安全影響進行評估，結(jié)果表明其對小球藻呈劇毒性、對斑馬魚呈高毒性，并提出可運用小球藻檢測氟蛋白泡沫滅火劑的排放，并進行預警；張憲忠等通過快速生物降解實驗對氟蛋白泡沫滅火劑及其各組分的生物降解性能進行測試，研究結(jié)果表明蛋白基料易于生物降解，防腐劑苯酚對氟蛋白泡沫的生物降解有一定促進作用，泡沫穩(wěn)定劑硫酸亞鐵則會在一定程度上降低氟蛋白泡沫的生物降解率，延長其降解時間。

此外，李華敏對氟蛋白泡沫發(fā)泡倍數(shù)的影響因素進行研究，指出環(huán)境溫度高低、風速大小、泡沫溶液流量以及泡沫接受位置都會影響發(fā)泡倍數(shù)測定；Zhao等在氟蛋白泡沫滅火劑中添加溴氟丙烯，研究其滅火性能的變化，通過設立27m實驗室尺寸的汽油池火災場景，確定空氣與泡沫溶液的最佳體積比，然后向泡沫溶液中添加不同劑量的溴氟丙烯，測定其滅火性能的變化，研究結(jié)果表明，隨著溴氟丙烯的加入，氟蛋白泡沫滅火劑的滅火性能有所加強，滅火所需時間減少，復燃時間延后，其中溴氟丙烯體積比為3.75%時，滅火性能最佳，滅火時間減少43%。

3.2.3 水成膜泡沫滅火劑

水成膜泡沫滅火劑(Aqueous Film-Forming Foam，AFFF)的概念是在20世紀60年代由美國海軍研究所Richard L Tuve等人提出，并正式發(fā)布于1966年的專利中。AFFF是以氟碳表面活性劑和碳氫表面活性劑為主要成分，輔以抗凍劑、穩(wěn)定劑等制得。氟碳表面活性劑的加入使得水的表面張力及油水兩相的界面張力大大減小，滅火劑能夠迅速鋪展覆蓋在燃燒油品表面，形成一層水膜，與泡沫起到雙重滅火的效果。陳現(xiàn)濤等分別研究低壓低氧環(huán)境、溫度、氣液比對AFFF的滅火性能影響，研究結(jié)果表明，在低氧低壓條件下AFFF的發(fā)泡倍數(shù)略微減小，單個泡沫體積減小，壁厚增加，25%析液時間增加，其穩(wěn)定性變強，滅火效果更好；溫度無法對AFFF的性能產(chǎn)生較大影響，其性能參數(shù)總體趨于穩(wěn)定；AFFF的發(fā)泡倍數(shù)和析液時間隨氣液比的加大先上升后趨于穩(wěn)定，從而提升滅火性能。

AFFF具備優(yōu)異的滅火性能，被世界上公認為滅油類火災性能最優(yōu)的滅火劑，其在西方發(fā)達國家油類滅火劑的市場份額曾一度達到70%。但是隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)作為AFFF核心組分的C8類氟碳表面活性劑，在生產(chǎn)和使用過程中會生成全氟辛烷磺?；衔?PFOS)和全氟辛酸(PFOA)。PFOA和PFOS屬于不易降解的污染物，會在生物體內(nèi)長期存在并產(chǎn)生集聚效應，不易降解，當其劑量達到閥值后，會造成各種不良的生物學效應。在2009年斯德爾摩公約第四次締約方大會上，PFOS被正式列為公約持久性有機污染物，其使用受到嚴格限制。這對AFFF的發(fā)展產(chǎn)生了巨大沖擊，目前針對AFFF的研究主要集中于探尋取代PFOS、PFOA的新型表面活性劑。

Hagenaars等通過生物學毒性實驗測試PFOS替代品氟碳表面活性劑?1157、?1157N的生物毒性，研究結(jié)果表明?1157的生物毒性小于?1157N和PFOS，其作為PFOS的替代物具有一定的發(fā)展前景；端木亭亭等通過酰胺化、加成和水解等反應制備得到氨基酸型氟碳表面活性劑，并將其與碳氫表面活性劑復配加以輔助添加劑制得新型水成膜泡沫滅火劑，并對其物理性能和滅火性能等進行表征，實驗結(jié)果表明，其具備出色的表面張力和界面張力，能夠在10s內(nèi)撲滅火災，抗燒時間大于10min，彌補了國內(nèi)市場氟蛋白泡沫滅火劑原料的空白；吳楠等將十二烷基糖苷(APG0810)、十二烷基二甲基甜菜堿(BS-12)、椰油酰胺丙基甜菜堿(CAB)表面活性劑分別與蒸餾水配置得到單一表面活性劑泡沫液，并運用實驗對其物理性能和滅火性能進行測定，實驗結(jié)果表明，BS-12和CAB制得的泡沫液具備良好性能，泡沫穩(wěn)定性高、流動性好、滅火迅速。

此外，肖舒以全氟丁基為基料，通過化學反應制備得到新型陽離子氟表面活性劑和兩性表面活性劑，分別對其表面性能進行測定，發(fā)現(xiàn)其均具備良好的表面性能，能夠作為PFOS的替代物。通過實驗分別制得兩者單獨添加和復配的AFFF，運用實驗室方法比較他們的滅火性能差異，并結(jié)合成本考慮，確定最佳AFFF為兩者復配水成膜泡沫滅火劑。經(jīng)過國家權(quán)威機構(gòu)的測試，在緩釋放條件下，滅火時間≤5min，抗燒時間≥10min；強釋放條件下，滅火時間≤3min。

4 干水滅火劑

“干水”的概念最早出現(xiàn)于Brunner等1964年的發(fā)明專利中，并于1977年由美國科學家艾倫正式命名。干水是以高速剪切力下形成的小液滴為芯，疏水SiO為壁材，在軸向力的包覆下制備得到的。其外觀呈粉末狀，粒徑在0～500μm之間，近年來廣泛應用于化妝品、氣體儲運、二氧化碳吸收、催化劑、滅火劑等領域。干水滅火劑制備簡單且清潔環(huán)保，其粒子中水含量最高可達95%，外觀類似干粉滅火劑，密度小于水。在滅火時，既能發(fā)揮水的冷卻窒息作用，又能發(fā)揮干粉的化學抑制和覆蓋隔氧的作用，這為干水滅火劑撲滅油類火災提供了可能。

近年來，國內(nèi)外學者對干水滅火劑滅油類火災進行實驗研究。Ni等通過簡單攪拌法制備得到干水材料，并通過汽油火災表征其滅火性能，實驗結(jié)果表明，該粉體滅火性能相較傳統(tǒng)的ABC粉末、細水霧和純硅粉更加優(yōu)越，具備廣闊的研究前景；李成孝設計了一款簡易滅火裝置，利用爆炸驅(qū)動滅火劑，實驗結(jié)果表明，干水和干粉在爆炸壓力的作用下均能快速撲滅汽油火災，干水滅火劑在爆炸壓力的影響下結(jié)構(gòu)被破壞，液芯和SiO粉體協(xié)同作用于火源，滅火時間相較干粉滅火劑更短。

此外，徐方榮在純干水的基礎上添加磷酸二氫銨和磷酸，用于研究添加劑對干水滅火劑滅油類火災性能的影響。實驗采用20cm×20cm×6cm方形油盤，油品選擇為100ml正庚烷。研究結(jié)果表明，磷酸二氫銨干水滅油類火災滅火效能最好，滅實驗火平均滅火劑用量為38.62g，平均降溫時間為16.42s，優(yōu)于純干水和ABC類超細干粉。在滅火過程中，干水滅火劑能在油面形成一層SiO隔層，隔離熱輻射，提高降溫速率。史燕娟等通過向液芯中添加水玻璃制備得到凝膠干水，通過對其流動性、穩(wěn)定性、松密度的表征，發(fā)現(xiàn)凝膠干水的力學性能較普通干水有較大提高，普通干水在2000r/min的轉(zhuǎn)速下結(jié)構(gòu)就被破壞，而凝膠干水在6000r/min時仍能保持整體穩(wěn)定，出現(xiàn)少量結(jié)塊。

盡管干水滅火劑表現(xiàn)出優(yōu)異的滅火性能，但由于疏水SiO與液芯之間的相互作用力相對較弱，使得干水的力學性能較弱，在運輸儲存和使用過程中容易出現(xiàn)破損，因此，還需要進一步研究干水滅火劑的結(jié)構(gòu)性能，才能使其更好地運用于各類火災。

5 油類火災滅火劑展望

泡沫滅火劑、干粉滅火劑、細水霧滅火劑、干水滅火劑是未來油類火災滅火劑研究的主要方向。他們各自的組分與滅火機理不同，在滅油類火災時的表現(xiàn)也各不相同，但他們無不存在缺陷，不能作為滅油類火災的“完美”滅火劑。

泡沫滅火劑在滅油類火災時，能迅速鋪展在油品表面，隔離氧氣的同時，起到冷卻降溫的作用，適用于各型油類火災。其中氟蛋白泡沫滅火劑和水成膜泡沫滅火劑滅火效果最佳，是最成熟的油類火災滅火劑。但泡沫普遍耐熱性有限，高溫會使泡沫破裂，影響滅火效率。此外，大量使用的泡沫會對周圍環(huán)境和河流產(chǎn)生污染。對于泡沫滅火劑而言，未來的研究應著重于提高泡沫的穩(wěn)定性和環(huán)保性。探尋在高溫條件下，讓泡沫盡可能保持結(jié)構(gòu)完整性，減小破損率的方法。此外，還需要研究FPOS和FPOA的降解方法，尋找氟碳表面活性劑的替代物，改進表面活性劑的結(jié)構(gòu)與復配方法，在保證滅火性能的同時減小泡沫的污染性。對于蛋白泡沫而言，可發(fā)展工業(yè)廢水回收產(chǎn)業(yè)鏈，提取水解蛋白，實現(xiàn)廢物利用，減小污染。

干粉滅火劑主要依靠化學抑制作用滅火，能夠消耗火焰區(qū)內(nèi)的自由基，終止鏈式反應。但其有效射程較短，對于較大尺寸油類火災往往力不從心，此外，其冷卻效果較差，易導致復燃的發(fā)生。因此，多用于小尺寸油類火災或作為一種輔助措施。未來可將干粉滅火劑視為輔助滅火劑運用于油類火災，設計干粉滅火劑與其他滅火劑聯(lián)動控制的裝置，以實現(xiàn)協(xié)同滅火，解決干粉滅火劑冷卻效果差易復燃的問題。

細水霧滅火劑能吸收熱量、隔離氧氣、隔離熱輻射，是一種清潔環(huán)保的滅火劑，同時打破了水不能滅油火的傳統(tǒng)觀念。但射程有限，保護半徑較小，難以撲救大尺寸油類火災；滅火設備結(jié)構(gòu)復雜，技術(shù)要求高，造價也高；受環(huán)境因素影響大，風力、障礙物等問題都制約著細水霧滅火劑在油類火災上的應用，目前也僅應用于小尺寸油類火災。對于細水霧滅火劑而言，未來的重點可集中于動力裝置的改進與設備結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在強噴霧動力的作用下，細水霧的保護半徑和抵抗外界因素干擾的能力都將有所提升；設備結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以減小水霧的水流損失，降低成本。此外，還應加強細水霧的推廣與宣傳，改善人們水不能滅油火的刻板印象。

干水作為一種新型滅火劑，核殼結(jié)構(gòu)使得其在滅火時能發(fā)揮水和干粉的雙重作用，國內(nèi)外對于干水滅火劑滅油類火災的實驗結(jié)果表明，其在油類火災應用上具有一定前景。但目前，其在運輸儲存和使用方面還存在一定問題，干水結(jié)構(gòu)的完整性易在噴射施壓過程中破壞。未來還需要在生產(chǎn)工藝、滅火劑的改性等方面對其做出更深入的研究，加強其力學性能與保水性。此外，還應加強干水滅火劑的基礎研究，如原料選取、規(guī)范制定、技術(shù)測試等，為干水的工業(yè)化生產(chǎn)打下基礎。

6 結(jié)論

隨著科技和人類社會的進步，油類火災日益嚴峻的同時，人們對于消防措施和環(huán)保領域也都提出了更高要求。如何高效合理地撲滅油類火災，成為國內(nèi)外學者關注的焦點。泡沫滅火劑、干粉滅火劑、細水霧滅火劑作為較為常用或具有一定前景的油類火災滅火劑，具備優(yōu)秀滅火性能的同時，仍存在著污染重、保護半徑小、造價高等問題。干水滅火劑是一種新型滅火劑，因為其具有的核殼結(jié)構(gòu)，同時綜合了干粉滅火劑、細水霧滅火劑和水等常用滅火劑的諸多優(yōu)勢，是一類比較有發(fā)展前景的滅火劑類型。

針對當前滅火劑應用中存在的問題，今后應重點關注滅火效能提高、環(huán)境友好性、成本低廉等方面的研究。通過對現(xiàn)有滅火劑的不斷研究，獲得更多更好的油類火災滅火劑，更好地解決油類火災撲救的關鍵問題。