超细干粉灭火剂的组分及灭火机理

超细干粉灭火剂的组分及灭火机理

谢涛秦玉旺

摘要：本文介绍了干粉灭火剂的性能，以及超细干粉灭火剂组分特性和作用，论述了超细干粉灭火剂灭火机理，分析了超细干粉灭火剂应用和发展前景。

关键词：干粉灭火剂、超细干粉灭火剂、组分、主要参数、前景

前言

二十世纪三十年代, 美国ANSUAL公司首先开发出以碳酸氢纳为基料的干粉灭火剂，发展至今已形成多种产品。ABC类：磷酸氨盐；BC类：碳酸氢钠，碳酸氢钾等；D类：石墨灭火剂等。随着科技的进步，干粉灭火剂生产工艺和应用技术的日趋完善。现在制备的干粉灭火剂，已成地解决了防潮结块等技术难题，通过手提式灭火器、无管网灭火装置、管网灭火系统而得到了广泛的应用。

干粉灭火剂有优良地灭火速率和效率。干粉灭火剂的灭火速度是卤代烷的2.5倍，是二氧化碳的4倍，是泡沫的20倍，是水的40倍[2]。干粉灭火剂的灭火机理说明，干粉灭火组分中大粒子仅起载体的作用，小粒子才起灭火的作用。现常用的普通干粉灭火剂粒径在10μm--75μm之间，因而灭火效能受到限制。当干粉灭火剂粒径小于5μm，甚至是小到纳米级时，灭火效能急剧上升，可以达到常规的几倍甚至是十几倍，其用量也明显减少，为常规干粉灭火剂用量的十分之几，甚至仅为百分之几[1]。因此，研究开发超细干粉灭火剂，是制备高效灭火剂的一个方向。

1、超细干粉灭火剂组分。

超细干粉灭火剂主要由活性灭火分子组分、粉碎助剂组分、疏水组分、惰性填料组分等组成。灭火组分是超细干粉灭火剂的核心，其他组分均围绕这个核心而发挥作用。

1.1灭火组分。目前国内已生产制备的产品中能够起到灭火作用的物质主要有：磷酸氨盐、聚磷铵、碳酸氢钠、氯化钠、氯化钾等。

1.2. 粉碎助剂组分。在超细粉体的加工中，加入粉碎助剂组分，可以控制粉碎的极限，延缓粉碎的平衡，提高粉碎的细度。

随着现代粉碎技术的新发展，超细粉体的加工已被医药、电子、陶瓷、冶金等领域应用，这就为超细干粉灭火剂的制备提供了技术上的支持。超细粉体的粉碎方法目前主要有：机械法、物理法、化学法、物理化学法等。英国KIDD公司在储存罐加入磷酸铵盐、稳定剂、抗结块剂，通过喷射造粒的方法制备出平均粒径5μm超细粉体，经全淹没灭火试验表明：其灭火效能是普通干粉灭火剂的6-10倍。但所需设备和工艺参数要求较复杂，生产能耗大，生产成本费用高，难以推广。

微粒的粉碎并非是一个简单的粗细微粒的过程，而是一个粉碎与团聚的复杂过程。当微粒变小时，颗粒已不再是一个惰性体，而是一个能给供电子和抓取电子的物体，是一个化学活性物质。又由于物料颗粒变小后，比面积增大，形成表面能。微粒化学活性和表面能促使颗粒间的凝结，从而增大表观粒径，减少比表面积。因此，通过添加粉碎助剂组分，对微粒进行表面物理或化学处理，使粉碎与团聚的两个过程相等，达到粉碎平衡，可获得稳定的单分散的超细粉体。

1.3.疏水组分。超细粉体由于有很强的吸附性，可以从大气中吸收水蒸气。在超细干粉灭火剂中加入疏水组分，能有效的保持灭火剂的斥水性能，控制超细干粉灭火剂在有效使用期内的吸收水蒸气的量。防止灭火剂结块，保持灭火剂良好的流动性和其它的使用性能。

1.4. 惰性填加组分。超细干粉中的惰性填加组分主要起如下作用：一、防振实结块；二、提高超细粉体的分散性能；三、控制超细粉体的松密度。松密度在超细干粉中是一个重要参数。普通磷酸铵盐干粉灭火剂的松密度通常规定≥0.80g/ml。本文所论述的超细干粉灭火剂

松密度规定为≤0.60g/ml.

1.5 以磷酸铵盐、碳酸氢钠为基料的超细干粉灭火剂还必须进行硅化处理，进行固体防潮。

2. 超细干粉灭火剂主要技术参数

目前消防科研人员采用气流粉碎法，成功研发制备出两类超细干粉灭火剂，一类为以磷酸氨盐为基料的ABC超细干粉灭火剂，另一类为以聚磷铵复合材料为基料的ABC超细干粉灭火剂。表一为磷酸铵盐类ABC超细干粉灭火剂的主要技术参数。表二为聚磷铵复合材料ABC超细干粉灭火剂的主要技术参数。

3.超细干粉灭火剂的灭火机理。

超细干粉灭火剂的灭火机理为化学灭火和物理灭火相结合。化学抑制有焰燃烧、窒息、冷却、热辐射的遮隔是超细干粉灭火剂灭火效能的集中体现。

3.1 对有焰燃烧的吸附和抑制作用。

物质的有焰燃烧都是通过链锁反应来进行的，以烃类燃烧为例，其过程大体为：

RH→R+H; H+O2→OH+O

OH+ RH→R+H2O; O+RH→R+OH

在反应过程中会出现支链如：H·+O2—→ OH·+O··。这些OH·与O··是增加了的自由价的中间产物，不仅特别活泼，而且它们使反应发生树叉式的分枝，因而可以使反应雪崩式地往下进行。此时，链的数目随着反应的进行，而呈指数函数增长。所以，链的中断如果小于链的支化，就会产生爆炸反应；链的中断如果大于链的支化，反应就会停止；二者相等反应就平稳地正常进行。

要停止燃烧的连锁反应，就要有效地抑制自由基的产生或者能够迅速降低火焰中H、OH、O等自由基的浓度，那么燃烧就会中止。ABC干粉类灭火剂就是采用化学吸附、抑制法为主的灭火剂。

以复合材料ABC超细干粉灭火剂为例。当把超细干粉灭火剂喷向燃烧物时，粉粒便与火焰中的活性自由基接触而把它瞬时吸附在自己的表面，并发生如下反应：

M（粉粒）+OH→M OH; M OH+H→M+H2O

通过上面的反应，这些活泼的OH和H在粉粒表面结合，形成了不活泼的水及气体。所以借助粉粒的吸附和化合作用，就可以消耗火焰中的自由基H和OH。当大量的粉粒以雾状形式喷向火焰时，大量吸收火焰中的自由基，使其数量急剧减少，中断燃烧的链锁反应，从而使火焰熄灭。超细干粉灭火剂粒子的这种灭火作用称为化学抑制作用或吸附作用。复合材料超细干粉灭火剂的灭火组分具有吸收火焰中的自由基的优良效能，且90％粒径为15μm，具有巨大比表面积，因而灭火速度非常快，效率非常高。

3.2对表面燃烧隔离作用

聚磷铵类复合材料超细干粉不仅可以扑灭有焰燃烧，而且还可以扑灭一般固定物质的无焰燃烧（阴燃）。超细干粉晶体与灼烧物质表面接触时，灭火剂组分在固体表面的高温作用下被熔化并形成一个玻璃状覆盖层,并渗透到燃烧表面的孔内。这层玻璃状覆盖层将固体表面与周围空气隔开，使燃烧窒息。

以磷酸铵盐为基料的ABC超细干粉灭火剂也可以扑灭A类火。该类灭火剂扑灭A类火的无焰燃烧（阴燃），主要以在燃烧固体物的表面形成的碳化物层将固体表面与周围空气隔开，使燃烧窒息，灭同样级别的A类火，比以聚磷铵类为基料的超细干粉需要量大。

3.3对热辐射的遮隔、冷却及稀释氧气作用。

在通常的火灾条件下，可燃物质在燃烧时释放出的热量，一部分用于加热燃烧后生成的产物，一部分以电磁波的传播方式辐射至燃烧物及燃烧体系周围的环境介质中。热辐射的传播，加速了可燃物质的氧化分解，及燃烧的连锁反应，使火势迅速增大、蔓延，此时燃烧产物所达到的温度即称为燃烧温度。在燃烧过程中，辐射热对燃烧的持续及发展，起着重要的作用。

超细干粉灭火剂具有巨大的比表面积，使用超细干粉灭火时，大量的粉末以雾状形态喷向火焰，与火焰相混合，可以遮隔火焰对燃烧物表面的热辐射，降低燃的强度，有效阻隔火焰对燃烧物的烘烤，阻止燃烧继续发展。超细干粉灭火剂的组分在火焰的高温下发生一系列的分解反应，分解反应产生的一些不活性体如二氧化碳、水蒸气等，可吸收火焰的部分热量，并对燃烧区的氧浓度稀释，从而起到冷却和减缓燃烧作用。

3.4 超细干粉灭火剂既可以局部应用灭火，又可以全淹没应用灭火，是目前在用的灭火剂中灭火效能最高的一种。

3. 超细干粉灭火剂的使用

超细干粉灭火剂有良好的流动性，弥散性和电绝缘性，可充装普通使用的灭火器、固定式无管网灭火装置及管网自动灭火系统，用于在开放的场所局部应用灭火及相对封闭的空间全淹没灭火，可用于扑救A类、B类、C类、E类、F类火灾。

3.1用于办公室、居住房、档案资料室、生产车间、物资仓库、森林等场所扑救A类表面火灾；