气溶胶灭火剂的性能

气溶胶灭火剂的灭火性能
一、气溶胶介绍
通常所说的气溶胶，是指以空气为分散介质，以固态或液态的微粒为分散质的胶体体系。

气溶胶被作为灭火剂来使用是气溶胶在实际应用中很重要的一个作用，所谓气溶胶灭火剂是指由气溶胶灭火剂发生剂，通过物理或化学的作用而形成一种气态胶体混合灭火药剂，其分散质是以液体、固体或固液两相混合组成的。

目前发展成熟和实际应用的气溶胶灭火药剂是由固体组合物燃烧生成的凝集型气溶胶体，也叫热气溶胶。

一般由氧化剂、还原剂、性能添加剂和粘合剂组成。

热气溶胶灭火剂的成份依据气溶胶灭火剂发生剂配方中所选用原材料的不同而存在一定差异，但基本组成成分却无太大的区别一般由以下两部分组成：一种是固体微粒，主要是金属氧化物（MeO）、碳酸盐（MeCO3）及碳酸氢盐（MeHCO3）（Me为金属离子）；另外一种是气体，主要是N2，少量的CO2以及微量的CO、NOx、O2、水蒸汽和极少量的碳氢化合物。

大多数气溶胶灭火剂中固体微粒占总质量的40%（体积比约为2%），其余60%为气体（体积比约为98%）。

热气溶胶灭火剂的发生剂化学配方中主要成分为氧化剂。

由于氧化剂对热气溶胶灭火剂的性能有很大影响，所以热气溶胶灭火剂发生剂依据所采用氧化剂的不同将热气溶胶灭火剂分为K 型和S型。

K型热气溶胶灭火剂是指其发生剂中采用KNO3作主氧化剂，且含量达到质量百分比30％以上；S型热气溶胶灭火剂是指其发生剂中采用了Sr(NO3)2作为主氧化剂，同时以KNO3作为辅氧化剂，其中Sr(NO3)2和KNO3的质量百分比在发生剂中分别占到35～50％和10～20％。

二、燃烧的条件和产生过程
1．燃烧必须具备的三个条件：可燃物、氧气、温度（火源）。

2．产生燃烧的过程
加热：可燃物温度升高（可以是物理过程，也可以是化学过程）。

分解：可燃物达到一定程度产生可燃体。

如：H2、 CH4、CH2O、CO等。

点燃：可燃气体达到一定浓度，有足够氧产生火焰。

燃烧：燃烧产生的热量，使可燃物产生活性游离基：H、C、O、HO、RH等，游离基与氧气反应产生热量引起链式反应，这就形成了燃烧。

三、K型热气溶胶的灭火机理
1．吸热降温灭火机理
K型气溶胶中的固体微粒主要为K2O、K2CO3和KHCO3，这三种物质在火焰上均会发生强烈的吸热反应。

任何火灾在较短的时间内所释出的热量是有限的，如果在较短的时间内，气溶胶中的固体微粒能够吸收火焰的部分热量，那么火焰的温度就会降低，则辐射到可燃烧物燃烧面用于气化可燃物分子和将已经气化的可燃烧分子裂解成自由基的热量就会减少，燃烧反应的速度就会得到一定程度的抑制，这种作用在火灾初期尤为明显。

2．化学抑制灭火机理
（1）气相化学抑制作用
通过一系列吸热反应以后，气溶胶固体微粒所分解出的K可以以蒸气或失去电子以阳离子的形式存在。

它与燃烧中的活性基团H、O和OH的亲合力反应能力要比这些基团之间的亲合反应能力大得多，可在瞬间与这些基团发生多次链式反应，如此反复大量消耗活性基团，并抑制活性基团之间的放热反应，从而将燃烧的链式反应中断，使燃烧得到抑制。

（2）固相化学抑制
气溶胶中的固体微粒是很微小的（10-9 m -10-6 m之间），具有很大的比表面积和表面能，属典型的热力学不稳定体系，它具有强烈地使自己表面能降低以期达到一种相对稳定状态的趋势。

因此它可以有选择性地吸附一些带电离子，使其表层的不饱合力场得到补偿而达到某种相对稳定状态。

这些微粒虽小，但相对于自由基团和可燃物裂解产物的尺寸来说却要大得多，相比对活性自由基团和可燃物裂解产物具有相当大的吸附能力。

可使得可燃物裂解产物不再参与产生活性自由基的反应，这将减少的自由基产生的来源，从而抑制燃烧速度。

四、S型热气溶胶灭火机理
1．吸热降温作用
气溶胶固体微粒为MeO、 MeCO3 、 MeHCO3，在高温下分解为Me、CO、CO2、O2、H2O 等。

分解反应是强烈的吸热反应，同时MeO+C Me+CO+CO2 也是吸热反应。

由于固体微粒的吸热作用，使火焰温度降低，使燃烧产生的游离基减少，抑制燃烧速度。

2．化学抑制灭火机理
（1）气相化学抑制
固体微粒受热分解的金属离子Me、（Sr或K），与可燃物活性基因H、O、OH发生链式反应。

Me+OH MeOH
Me+O MeO
MeOH+OH MeO+H2O
MeOH+OH Me+H2O
上述链式反应瞬间发生，大量消耗活性基因，使燃烧链中断。

化学抑制机理过程图
（2）固相化学抑制
气溶胶固体微粒具有很大的比表面积（表面积：体积），因此具有对可燃物分解的可燃体和活性基因有相当大的吸附能力，并发生如下化学反应。

MeO+H MeOH
MeCO3+H MeHCO3
上述化学反应消耗活性基因同时吸附可燃物分解的微粒，减少活性基团的产生，从而抑制燃烧速度。

五、S型和K型气溶胶在灭火过程中对保护对象的影响
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成分决定。

氧化剂是气溶胶发生剂的主要成分，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和硝酸钾为辅氧化剂，K型气溶胶是纯粹以硝酸钾作主氧化剂，二者相比较S型气溶胶主要有以下三方面优点：
1．S型气溶胶采用硝酸钾作辅氧化剂，使灭火气溶胶既保证了较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，避免了对精密设备产生损害。

K型气溶胶采用硝酸钾作主氧化剂具有一个先天性的致命缺陷，就是对精密仪器设备会造成二次损害。

2． K型气溶胶喷发后产生的固体微粒主要是K2CO3、KHCO3、K2O，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。

这些液膜可破坏电路板的绝缘性，对文物和电子仪器造成腐蚀性，对纸质档案则表现为使其发黄、变脆等。

S型气溶胶的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，不会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。

K型气溶胶导电液膜的形成过程：
3．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。

我国具有S型气溶胶的自主知识产权，S型气溶胶是目前国家推广使用的灭火产品。