高效水系灭火剂研究新进展_滑迎辉
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高效水系灭火剂市场前景广阔，应用范围广， 目前已在美国、加拿大、英国等十余个欧洲国家广 泛应用。国内交通部救捞系统在考察国外海上救援 体制时了解到的其功效，购置了部分配制在台湾海 峡、长江口岸等地重点救助船上扑救难船火灾。国 内还属于应用初期，还没有在行业内大规模使用， 属于消耗品，附加值较高。主要依赖于纯进口，价格 控制在 200 元·kg-1。从产品方面看，国内市场比较 重视灭火剂产品的灭火性能。但国外在灭火性能之 外，还更加注重产品的安全环保性。所谓好的灭火 剂产品，并不能仅仅从其灭火性能来衡量。例如哈 龙灭火剂，它的灭火效能无疑是非常好的，甚至优 于目前的大多数替代品，但是正是由于它对环境的 严重破坏，而遭到了淘汰。因此在我们看来，所谓先 进的灭火剂产品，不仅仅是灭火性能突出，还应包 括在同等灭火效果基础上更加环保与安全。因此安
我国未来消防的发展方向，最终会与世界接 轨，符合国际惯例，把环境保护作为头等大事来抓。 二十一世纪消防事业作为经济和社会发展的重要 一环，也必将进入一个崭新的发展阶段。
参考文献 ［1］ 吕志涛.高效环保型水系灭火剂研究［D］.南京理工大学,2013． ［2］ 黄俊山.新型灭火剂的性能研究［J］.齐齐哈尔大学学报：自然科
56
滑迎辉等：高效水系灭火剂研究新进展
2015 年第 04 期
2 高效水系灭火剂灭火机理的研究
高效水系灭火剂灭火机理依赖于 4 个主要机 制：降低水的表面张力、独特的两亲性分子结构、快 速降温形成和保持微泡、中断自由基链式反应。
（1）高 效 水 系 灭 火 剂 可 以 把 水 的 表 面 张 力 从 72dyn·cm-2 降低到少于 33dyn·cm-2，该特点提高了 普通水的灭火优势，表面张力的降低导致更小的水 滴和微泡的形成，更小的水滴和微泡相当于更大的 比表面积，火场中热量的减少是通过水滴和火的表 面接触促进蒸发的热能吸收来实现的，增大比表面 积使得相同体积的水与火场有了更多的表面接触， 从而加快了水对热能的吸收。
学版,2011.27（5）:93- 94． ［3］ 郝斯.绿色消防技术浅议［J］.甘肃科技,2010（. 15）:76- 80． ［4］ 耿广晋,等.浅谈气体灭火技术［J］.中国城市经济,2010.（5）:
极性端（头部）
图 2 含有灭火剂分子的水滴
Fig.2 Water drop with anihilator
（3）快速降温，含有灭火剂分子的水滴看起来
就像一个插了一个针的针垫子，当水滴集中在火上
灭火剂分子充当了一个吸热设备，非极性端寻找热
量传递给尾端吸收热量，一旦热量被传递到水滴
中，极性端加热水滴，内部分子将其转变为蒸汽。这
4 高效水系灭火剂市场应用情况和 未来发展方向
近年来，国内外都提出了开发洁净消防技术的 问题。目前，西方工业发达的一些国家，研究气体灭 火技术的应用已朝向水系方向发展，即以水作灭火 剂代替气体灭火剂的应用场所。现已有国外制造商 开发出并应用于具体工程上。对于我国的消防行 业，紧要的就问题是大力推广与淘汰哈龙、保护大 气臭氧层相关的环保消防产品[ 4 ]。
全与环保性能优异、同国际水平接轨的灭火剂产品 是未来的一个发展趋势[ 5 ]。
从市场竞争来看，目前国内灭火剂市场的发展 还比较混乱，用户的观念意识还相对比较落后。新 标准的出台将进一步规范灭火剂市场，一批不合 格、技术含量低的小企业将逐渐被淘汰，无疑为正 规的企业提供了一个更好的发展空间。随着标准法 规的不断完善，以及人们对产品选择、设备维护等 意识的不断提高，未来高效环保灭火剂的市场空间 会更加广阔。事实上，消防行业的规范性程度和技 术密集性程度会越来越强，这种趋势不仅仅局限于 高效水系灭火剂领域，还包括灭火器、防火门等等 各种消防产品。2008 年 1 月 1 日公安部“消防产品 身份证制度”正式实施，就是另一个旨在提高消防 行业规范性和技术含量的举措。因此，业内同仁必 须恪守商业原则，规范经营，良性竞争，并且着力发 展高新科技，积极进行自主创新，才能取得长久的 发展[6 ]。
1 高效水系灭火剂研究前景及意义
火灾对人类的生命财产安全构成了极大的威 胁，特别是火灾产生的有毒浓烟更是造成火场人员 伤亡的罪魁祸首。因此，采用快速有效地灭火产品， 及时扑灭火灾是挽救人员生命财产损失的必要手 段。此外随着人类对环境保护的日益重视，开发环 境友好的绿色灭火产品也日益为人们所重视。
根据消防燃烧学理论，火灾是可燃物的燃烧反 应。需要有可燃物、助燃物和点火源 3 个条件才可 以发生。这 3 要素在发生燃烧时可以表示为着火三 角形，见图 1。
景。本文主要综述了近年来高效水系灭火剂的研究前景、国内外研究现状、技术原理和途径等方面的研究现
状，并对其未来的市场和发展方向进行了展望。
关键词：高效水系灭火剂；火灾；绿色环保；消防
中图分类号：TQ569
文献标识码：A
Efficient water extinguishing agent research progress HUA Ying-hui，ZHANG Guo-hua，HAO Rui-jian，HAO Liu-cang
Sum 235 No. 04
化学工程师 Chemical Engineer
2015 年第 04 期
DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20150455
综
高效水系灭火剂研究新进展
述 滑迎辉，张国华，郝瑞建
（中国船舶重工集团公司 第七一八研究所，河北 邯郸 ０５６０２７）
摘 要：高效水系灭火剂以其出色的灭火性能和绿色环保效果，在消防领域中展现出了广阔的应用前
2015 年第 04 期
滑迎辉等：高效水系灭火剂研究新进展
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除易燃易爆气体、中和泄露燃油等优越性能。其与 水以 1∶100 比例混合后，形成无毒的灭火凝胶；遇 火时可迅速吸收热量，隔绝氧气，同时阻止复燃，堪 称强力的灭火武器。高效水系灭火剂不仅应对火灾 性能卓越，而且在环保方面更是独树一帜。它无毒、 无味，可自然生物降解。
（2）高效灭火剂中表活剂独特的两亲性分子结 构，是一种两亲性表面活性剂，它具有一个极性端 （亲水）和一个非极性端（疏水），并且两端之间有足 够长的距离因而这两端可以相互独立的行动。该特 点使得分子分布在水滴中特定的位置，极性端使亲 水的非极性端不溶于水，导致了非极性端和燃料和 辐射能的接触。
非极性端（尾部）
国内外消防领域，高效水系灭火剂使用最普遍 的是美国危险控制技术公司生产的 F- 500 和美国 GelTech Solution 公司生产的“吉尔泰克”等系列灭 火剂。这种多功能高效新型环保灭火剂，集当今世 界水成膜、抗溶性等各类水系灭火剂诸多优点于一 身，对于木材、纸张、棉制品、干草、煤炭、橡胶、非极 性液体（如汽油、煤油等）、极性液体（如甲醇、乙醇 等）及镁钛等化工原料引起的火灾具备极为突出的 灭火效果。高效水系灭火剂同时从灭火基理的 4 个 方面（燃料、氧气、热量、自由基）出发协同有效的破 坏火燃烧的 4 个条件，采用了世界最为先进的微胞 囊技术，可以有效扑灭火灾和控制危险品泄漏及有 害气体挥发；具有灭火迅速（是普通灭火剂的 6- 10 倍）、瞬间降温、防止复燃、高效隔热、消除浓烟、清
（The 718th Research Institute of CSIC, Handan 056027，China） Abstract：Efficient water system fire extinguishing agent for its outstanding performance and green environ－ mental effects, showed a broad application prospects in the fire areas. The recent research studied prospects effi－ cient water extinguishing agent, current research, technology and other aspects of the principles and approaches re － viewed in this paper, and the prospects of the market and its future development direction. Key words：efficient water extinguishing agent；fire；green；firefighting
种变化过程使水吸收了大量的能量，从而导致了快
速的降温。
（4）中断自由基链式反应：自由基是具有高能
量的分子碎片自由基高速碰撞燃料，便能释放出热
量和更多的自由基，这就建立了一种传播似的燃烧
链式反应，高效灭火剂因为其高分子量，在碰撞的
过程中吸收自由基的能量，从而抑制链式反应的发
生，当燃烧系统的能量因为自由基的高能量吸收而
可燃物 游离基
Fra Baidu bibliotek
燃烧 可燃物
助燃物
燃烧 点火源
助燃物 点火源
收稿日期：2015- 03- 01 作者简介：滑迎辉（1985-），男，汉族，助理工程师，就职于中国船舶重
工集团公司第 718 研究所，主要从事有害气体综合净化的 研究工作。
图 1 着火三角形 Fig.1 Fire triangle
由图 1 可见，预防和控制火灾的基本原理就是 破坏燃烧的一个或几个条件，先要做好防火措施， 一旦着火，实施灭火办法，使燃烧中断，在一定程度 上降低火灾的危害性。当可燃物燃烧后，必须采取 相应的灭火方法，使其停止燃烧。灭火可以通过冷 却、窒息、隔离、化学抑制 4 个灭火的基本原理进行 灭火。4 种灭火原理在不同的灭火剂中体现不同，通 常情况下一种或几种是共同发挥作用的。国标 GB/T4968- 2008 中将火灾分为 A 类火灾：固体物质 火灾、B 类火灾：液体或可熔化的固体物质火灾、C 类火灾：气体火灾、D 类火灾：金属火灾和 F 类火 灾：厨房内动植物油脂火 6 种类型[1]。
目前，广泛使用的各类灭火剂产品在灭火性能 或者环境保护方面都有或多或少的不足之处，而且 对于火灾烟气的抑制作用非常有限。哈龙系列灭火 剂由于含有氟利昂等破坏臭氧层的物质，根据国际 蒙特利尔议定书和中国哈龙行业淘汰计划，2010 年 开始进行逐步淘汰。目前，哈龙灭火剂的替代研究 可分为两大方向：（1）以其它灭火系统替代的应用研 究。如以 CO2、细水雾灭火系统等进行替代 ；（2）开 发一种新型高效、绿色环保、成本低廉并能够消除 火场有毒浓烟的灭火剂，这对于促进国内外消防事 业的发展有着十分重要的意义。
减少时燃烧就停止。
3 高效水系灭火剂国内外研究和使 用现状
美国从 90 年代开始研究在水中添加高分子物 质，这些均是可吸水性的膨胀物质，可以降低水的 表面张力，有一定的粘度在固体表面不易流失，易 在油面上分散，将其应用在 A、B 类火灾中效果良 好。1998 年日本专利发明的水系灭火剂由成膜剂、 发泡剂、安定剂、凝固点降低剂组成。实验表明：该 灭火剂有较强的保水性，当温度降至环境温度时， 水分仍可保留在可燃物表面不会流失，增强了抗复 燃性能，对 A、B 类火灾均适用。2012 年美国专利发 明的水系灭火剂是由增稠剂和发泡剂组成。采用阴 离子表面活性剂和多糖等原料与水按比例混合制 成灭火液，其会在固体和液体表面形成细小的泡沫 层，阻隔可燃物与氧气接触从而达到灭火的目的。 专利的公开说明国外都在积极研制更高性能的环 保型水系灭火剂[2 ]。我国对高效水系灭火剂研究起 步较晚，天津消防研究所在我国最早开始研究。开 始主要在水中添加增稠剂、润湿剂、阻燃剂和其他 助剂，根据火灾种类的不同，向水中加入不同的添 加剂。 2004 年专利 CNl535742A 选用阴离子表面 活性剂、阳离子氟碳表面活性剂、抗烧剂、防冻剂进 行复配，使其具有足够的活性，再加入泡沫稳定剂， 能够迅速扑灭火灾。其中抗烧剂聚磷酸铵的加入， 使其抗复燃性能大大增强，具有较高的灭 A、B 类火 的能力。2005 年专利 CN1666792A 开发了一种环境 亲和型液状灭火液，只使用硫酸铵和尿素两种原 料，工序简单，能有效扑灭山火[ 3 ]。
我国未来消防的发展方向，最终会与世界接 轨，符合国际惯例，把环境保护作为头等大事来抓。 二十一世纪消防事业作为经济和社会发展的重要 一环，也必将进入一个崭新的发展阶段。
参考文献 ［1］ 吕志涛.高效环保型水系灭火剂研究［D］.南京理工大学,2013． ［2］ 黄俊山.新型灭火剂的性能研究［J］.齐齐哈尔大学学报：自然科
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滑迎辉等：高效水系灭火剂研究新进展
2015 年第 04 期
2 高效水系灭火剂灭火机理的研究
高效水系灭火剂灭火机理依赖于 4 个主要机 制：降低水的表面张力、独特的两亲性分子结构、快 速降温形成和保持微泡、中断自由基链式反应。
（1）高 效 水 系 灭 火 剂 可 以 把 水 的 表 面 张 力 从 72dyn·cm-2 降低到少于 33dyn·cm-2，该特点提高了 普通水的灭火优势，表面张力的降低导致更小的水 滴和微泡的形成，更小的水滴和微泡相当于更大的 比表面积，火场中热量的减少是通过水滴和火的表 面接触促进蒸发的热能吸收来实现的，增大比表面 积使得相同体积的水与火场有了更多的表面接触， 从而加快了水对热能的吸收。
学版,2011.27（5）:93- 94． ［3］ 郝斯.绿色消防技术浅议［J］.甘肃科技,2010（. 15）:76- 80． ［4］ 耿广晋,等.浅谈气体灭火技术［J］.中国城市经济,2010.（5）:
极性端（头部）
图 2 含有灭火剂分子的水滴
Fig.2 Water drop with anihilator
（3）快速降温，含有灭火剂分子的水滴看起来
就像一个插了一个针的针垫子，当水滴集中在火上
灭火剂分子充当了一个吸热设备，非极性端寻找热
量传递给尾端吸收热量，一旦热量被传递到水滴
中，极性端加热水滴，内部分子将其转变为蒸汽。这
4 高效水系灭火剂市场应用情况和 未来发展方向
近年来，国内外都提出了开发洁净消防技术的 问题。目前，西方工业发达的一些国家，研究气体灭 火技术的应用已朝向水系方向发展，即以水作灭火 剂代替气体灭火剂的应用场所。现已有国外制造商 开发出并应用于具体工程上。对于我国的消防行 业，紧要的就问题是大力推广与淘汰哈龙、保护大 气臭氧层相关的环保消防产品[ 4 ]。
全与环保性能优异、同国际水平接轨的灭火剂产品 是未来的一个发展趋势[ 5 ]。
从市场竞争来看，目前国内灭火剂市场的发展 还比较混乱，用户的观念意识还相对比较落后。新 标准的出台将进一步规范灭火剂市场，一批不合 格、技术含量低的小企业将逐渐被淘汰，无疑为正 规的企业提供了一个更好的发展空间。随着标准法 规的不断完善，以及人们对产品选择、设备维护等 意识的不断提高，未来高效环保灭火剂的市场空间 会更加广阔。事实上，消防行业的规范性程度和技 术密集性程度会越来越强，这种趋势不仅仅局限于 高效水系灭火剂领域，还包括灭火器、防火门等等 各种消防产品。2008 年 1 月 1 日公安部“消防产品 身份证制度”正式实施，就是另一个旨在提高消防 行业规范性和技术含量的举措。因此，业内同仁必 须恪守商业原则，规范经营，良性竞争，并且着力发 展高新科技，积极进行自主创新，才能取得长久的 发展[6 ]。
1 高效水系灭火剂研究前景及意义
火灾对人类的生命财产安全构成了极大的威 胁，特别是火灾产生的有毒浓烟更是造成火场人员 伤亡的罪魁祸首。因此，采用快速有效地灭火产品， 及时扑灭火灾是挽救人员生命财产损失的必要手 段。此外随着人类对环境保护的日益重视，开发环 境友好的绿色灭火产品也日益为人们所重视。
根据消防燃烧学理论，火灾是可燃物的燃烧反 应。需要有可燃物、助燃物和点火源 3 个条件才可 以发生。这 3 要素在发生燃烧时可以表示为着火三 角形，见图 1。
景。本文主要综述了近年来高效水系灭火剂的研究前景、国内外研究现状、技术原理和途径等方面的研究现
状，并对其未来的市场和发展方向进行了展望。
关键词：高效水系灭火剂；火灾；绿色环保；消防
中图分类号：TQ569
文献标识码：A
Efficient water extinguishing agent research progress HUA Ying-hui，ZHANG Guo-hua，HAO Rui-jian，HAO Liu-cang
Sum 235 No. 04
化学工程师 Chemical Engineer
2015 年第 04 期
DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20150455
综
高效水系灭火剂研究新进展
述 滑迎辉，张国华，郝瑞建
（中国船舶重工集团公司 第七一八研究所，河北 邯郸 ０５６０２７）
摘 要：高效水系灭火剂以其出色的灭火性能和绿色环保效果，在消防领域中展现出了广阔的应用前
2015 年第 04 期
滑迎辉等：高效水系灭火剂研究新进展
57
除易燃易爆气体、中和泄露燃油等优越性能。其与 水以 1∶100 比例混合后，形成无毒的灭火凝胶；遇 火时可迅速吸收热量，隔绝氧气，同时阻止复燃，堪 称强力的灭火武器。高效水系灭火剂不仅应对火灾 性能卓越，而且在环保方面更是独树一帜。它无毒、 无味，可自然生物降解。
（2）高效灭火剂中表活剂独特的两亲性分子结 构，是一种两亲性表面活性剂，它具有一个极性端 （亲水）和一个非极性端（疏水），并且两端之间有足 够长的距离因而这两端可以相互独立的行动。该特 点使得分子分布在水滴中特定的位置，极性端使亲 水的非极性端不溶于水，导致了非极性端和燃料和 辐射能的接触。
非极性端（尾部）
国内外消防领域，高效水系灭火剂使用最普遍 的是美国危险控制技术公司生产的 F- 500 和美国 GelTech Solution 公司生产的“吉尔泰克”等系列灭 火剂。这种多功能高效新型环保灭火剂，集当今世 界水成膜、抗溶性等各类水系灭火剂诸多优点于一 身，对于木材、纸张、棉制品、干草、煤炭、橡胶、非极 性液体（如汽油、煤油等）、极性液体（如甲醇、乙醇 等）及镁钛等化工原料引起的火灾具备极为突出的 灭火效果。高效水系灭火剂同时从灭火基理的 4 个 方面（燃料、氧气、热量、自由基）出发协同有效的破 坏火燃烧的 4 个条件，采用了世界最为先进的微胞 囊技术，可以有效扑灭火灾和控制危险品泄漏及有 害气体挥发；具有灭火迅速（是普通灭火剂的 6- 10 倍）、瞬间降温、防止复燃、高效隔热、消除浓烟、清
（The 718th Research Institute of CSIC, Handan 056027，China） Abstract：Efficient water system fire extinguishing agent for its outstanding performance and green environ－ mental effects, showed a broad application prospects in the fire areas. The recent research studied prospects effi－ cient water extinguishing agent, current research, technology and other aspects of the principles and approaches re － viewed in this paper, and the prospects of the market and its future development direction. Key words：efficient water extinguishing agent；fire；green；firefighting
种变化过程使水吸收了大量的能量，从而导致了快
速的降温。
（4）中断自由基链式反应：自由基是具有高能
量的分子碎片自由基高速碰撞燃料，便能释放出热
量和更多的自由基，这就建立了一种传播似的燃烧
链式反应，高效灭火剂因为其高分子量，在碰撞的
过程中吸收自由基的能量，从而抑制链式反应的发
生，当燃烧系统的能量因为自由基的高能量吸收而
可燃物 游离基
Fra Baidu bibliotek
燃烧 可燃物
助燃物
燃烧 点火源
助燃物 点火源
收稿日期：2015- 03- 01 作者简介：滑迎辉（1985-），男，汉族，助理工程师，就职于中国船舶重
工集团公司第 718 研究所，主要从事有害气体综合净化的 研究工作。
图 1 着火三角形 Fig.1 Fire triangle
由图 1 可见，预防和控制火灾的基本原理就是 破坏燃烧的一个或几个条件，先要做好防火措施， 一旦着火，实施灭火办法，使燃烧中断，在一定程度 上降低火灾的危害性。当可燃物燃烧后，必须采取 相应的灭火方法，使其停止燃烧。灭火可以通过冷 却、窒息、隔离、化学抑制 4 个灭火的基本原理进行 灭火。4 种灭火原理在不同的灭火剂中体现不同，通 常情况下一种或几种是共同发挥作用的。国标 GB/T4968- 2008 中将火灾分为 A 类火灾：固体物质 火灾、B 类火灾：液体或可熔化的固体物质火灾、C 类火灾：气体火灾、D 类火灾：金属火灾和 F 类火 灾：厨房内动植物油脂火 6 种类型[1]。
目前，广泛使用的各类灭火剂产品在灭火性能 或者环境保护方面都有或多或少的不足之处，而且 对于火灾烟气的抑制作用非常有限。哈龙系列灭火 剂由于含有氟利昂等破坏臭氧层的物质，根据国际 蒙特利尔议定书和中国哈龙行业淘汰计划，2010 年 开始进行逐步淘汰。目前，哈龙灭火剂的替代研究 可分为两大方向：（1）以其它灭火系统替代的应用研 究。如以 CO2、细水雾灭火系统等进行替代 ；（2）开 发一种新型高效、绿色环保、成本低廉并能够消除 火场有毒浓烟的灭火剂，这对于促进国内外消防事 业的发展有着十分重要的意义。
减少时燃烧就停止。
3 高效水系灭火剂国内外研究和使 用现状
美国从 90 年代开始研究在水中添加高分子物 质，这些均是可吸水性的膨胀物质，可以降低水的 表面张力，有一定的粘度在固体表面不易流失，易 在油面上分散，将其应用在 A、B 类火灾中效果良 好。1998 年日本专利发明的水系灭火剂由成膜剂、 发泡剂、安定剂、凝固点降低剂组成。实验表明：该 灭火剂有较强的保水性，当温度降至环境温度时， 水分仍可保留在可燃物表面不会流失，增强了抗复 燃性能，对 A、B 类火灾均适用。2012 年美国专利发 明的水系灭火剂是由增稠剂和发泡剂组成。采用阴 离子表面活性剂和多糖等原料与水按比例混合制 成灭火液，其会在固体和液体表面形成细小的泡沫 层，阻隔可燃物与氧气接触从而达到灭火的目的。 专利的公开说明国外都在积极研制更高性能的环 保型水系灭火剂[2 ]。我国对高效水系灭火剂研究起 步较晚，天津消防研究所在我国最早开始研究。开 始主要在水中添加增稠剂、润湿剂、阻燃剂和其他 助剂，根据火灾种类的不同，向水中加入不同的添 加剂。 2004 年专利 CNl535742A 选用阴离子表面 活性剂、阳离子氟碳表面活性剂、抗烧剂、防冻剂进 行复配，使其具有足够的活性，再加入泡沫稳定剂， 能够迅速扑灭火灾。其中抗烧剂聚磷酸铵的加入， 使其抗复燃性能大大增强，具有较高的灭 A、B 类火 的能力。2005 年专利 CN1666792A 开发了一种环境 亲和型液状灭火液，只使用硫酸铵和尿素两种原 料，工序简单，能有效扑灭山火[ 3 ]。