A類泡沫滅火劑的發展與瞻望

來源:天津消防研究所滅火劑室主任 傅學成 | 發布時間:2011-7-19 |

【摘要】：簡要回顧了A類泡沫的發展歷史,對A類泡沫的滅火機理進行闡述。介紹了A類泡沫的研究進展及實際使用狀況,并以此為基礎對A類泡沫的優點和缺點進行總結,指出了A類泡沫研究的未來發展方向。

    在NFPA 1150標準中，將A類泡沫滅火劑定義為“用于A類可燃物火災的泡沫滅火劑”。A類泡沫zui早起源于北美，由于其具有諸多優點，目前已在眾多國家和地區投入使用。我國對于A類泡沫的應用尚處于起步階段，對其性能的認識和研究甚少。所以有必要對A類泡沫的發展歷史、滅火機理和研究現狀作一介紹，使國內消防工作者對其有全面深入的認識，為A類泡沫在我國的科學發展與合理應用指明方向。

1 A類泡沫的發展歷史

    20世紀70年代中期，美國德克薩斯州森林防火部門研制出一種專門用于撲救森林火災的“Texas SnowJob”泡沫滅火劑，這是A類泡沫的zui早雛形。這種泡沫不僅具有良好的隔熱保護性能，還具有良好的滅火效力，相比于傳統方法的用水量更少，所以其在消防用水供應經常受限制的領域，如森林和鄉村消防領域得到了迅速的應用。
    2O世紀8O年代，隨著技術的不斷改進，現代意義上的A類泡沫開始出現。它不僅具備常用清潔劑的表面活性劑性質，還含有其他添加劑以提高其泡沫的潤濕、滲透以及穩泡性能。A類泡沫真正引起人們的普遍關注并受到廣泛重視，則是因為在1988年的美國黃石公園野生森林大火中，通過壓縮空氣泡沫消防車施加的A類泡沫具有良好的覆蓋保護作用，使由小木屋式別墅組成的景觀(four—story Old Faithful Lodge)在大火通過時被保住。
    20世紀90年代初，由于A類泡沫具有諸多優點，美國城市消防隊開始將其與壓縮空氣泡沫系統CAFS(compressed air foam systems)結合起來，作為市政建筑物火災的常用滅火工具。zui近十年，A類泡沫在美國市政*門的建筑物火災撲救中被越來越多地使用，其諸多優點也在研究和實踐中被越來越深入地認識和了解。
 

2 A類泡沫的滅火及隔熱保護機理
2.1 A類泡沫的滅火機理
    A類泡沫能夠滅火本質上是因為A類泡沫所含有的水具有滅火作用。雖然A類泡沫的滅火有效組分依舊是水，但是A類泡沫對水的滅火能力具有“增效”作用。一般來說，A類泡沫滅火劑濃縮液的主要組分是表面活性劑，它能夠使水的表面張力降低，從而提高水的潤濕和滲透能力，這是A類泡沫比水滅火效率更高的一個主要原因。泡沫滅火劑所形成的泡沫結構可以作為一種“散熱器”，吸收燃燒過程中產生的熱量，再通過水的蒸發帶走熱量。垂直的表面往往很難被水潤濕，即使其有一定的吸水能力，但是如果水以泡沫形式存在，則會使很大一部分水保持在可燃物表面，尤其是垂直表面，對表面提供一種“潤濕”作用，吸收燃燒產生的熱量并散發熱量。
    此外，A類泡沫所形成的泡沫結構，對于水的滅火能力提高及水流失的減少具有重要作用。當使用A類泡沫進行火災撲救時，泡沫內部的空氣因為受熱而使氣泡破裂，導致水溶液變成直徑很小的小水滴，然后在靠近火源的地方很快蒸發。即A類泡沫能夠作為一種“載體”，使粒徑大小合適的液滴到達火焰／燃料交界面，確保液滴不會在“途中”蒸發。
    除了上述的冷卻作用，A類泡沫還可以覆蓋在燃燒物表面形成一個非導熱層，這種非導熱層能阻止熱量對可燃物的輻射，并且能夠反射熱量。由于這種非導熱層的覆蓋作用，還可以使燃料隔絕空氣中的氧氣，從而提高其滅火能力。
2.2 A類泡沫隔熱保護的機理
    用于隔熱保護的A類泡沫在物理外觀上一般類似于剃須膏或生奶油，與用于滅火的A類泡沫相同的是，隔熱保護泡沫一般由空氣、相對少量的水和A類泡沫濃縮液組成。而與易于流動的滅火泡沫不同的是，隔熱保護泡沫一般具有流動性差、穩定性好、析液速率較慢等特點。
    一般來說，由于空氣是隔熱保護泡沫的主要組分，而空氣的熱傳導性較低，所以此類泡沫能成為絕熱物起到隔熱保護的作用。但由于試驗手段缺乏等條件的限制，對A類泡沫隔熱保護機理的研究還不夠深入，對泡沫熱性能的認識還處于探索階段。
    Tafreshi等人對隔熱保護泡沫的熱物理性能進行過一些研究。結果表明，對于泡沫的熱吸收等熱性能來說，發泡倍數并不是關鍵影響因素，但是泡沫的粘附效力卻對發泡倍數很“敏感”。低倍數泡沫由于其粘度較低，較易流動，因而不能較好地粘附在垂直表面。而高倍數泡沫則可能被火災產生的氣流吹走。因此，若以隔熱保護為目的，產生恰當倍數的泡沫十分重要。
 

3 國外A類泡沫滅火劑的研究及應用狀況
3.1 森林消防領域
    從A類泡沫的發展歷史可以看出，森林消防是zui早應用A類泡沫的領域，同時也是A類泡沫應用技術zui成熟的領域。從A類泡沫zui初發展開始，森林消防管理部門一直將其作為森林火災防護的常用工具之一。
    根據美國*發布的報告顯示，將A類泡沫用于森林火災防護是非常有效的。A類泡沫可以降低水的表面張力，使其快速浸潤到燃燒的樹木和其他植被中，并且能夠有效防止復燃。噴射A類泡沫還能在草地或灌木上形成一個潮濕的火災屏障，或者噴射到建筑物上，防止大火通過時引燃建筑物。
3.2 市政消防領域
    將A類泡沫用于市政消防領域，如建筑物火災撲救，則是森林火災撲救的“副產物”。美國森林消防隊在撲救森林火災時，經常要同時撲救處于林木中的建筑物火災。于是他們發現A類泡沫對撲救建筑物內部火災非常有效，能夠大大降低滅火時間，減少控火和滅火所需的用水量，并有效防止復燃。而在此之前，正確使用A類泡沫撲救A類火災，特別是建筑物火災，并沒有被很好的認識和了解。為了加深這種認識，使A類泡沫在市政消防領域同樣成為一種有效的滅火工具，國外一些消防管理部門與消防研究機構從2O世紀9O年代初，陸續開展了多項基礎及應用性研究。
    美國弗吉尼亞州Fair郡*、美國海jun研究實驗室以及美國 消防管理局合作進行了一系列的全尺寸建筑火災試驗。試驗結果顯示，相比于水，A類泡沫的滅火時間減少了一半。即使使用更大的火災負載和更長的預燃時問導致滅火時的溫度更高，結果同樣如此。美國陸jun消防管理局還同UL實驗室進行了一系列2O *別的木垛火試驗。此項研究中比較了6種A類泡沫(均為美國*檢驗合格的產品)和水的滅火性能。試驗結果表明，與水相比，這6種A類泡沫均具有更短的控火和滅火時間。美國國家火災防護研究基金會(NFPR)開展過一項旨在量化A類泡沫滅火效力的研究。在一個2.5 m×3.6 m×2.5 m的封閉空間進行了一系列的燃燒試驗，同時使用量熱計進行燃燒熱釋放的測量，滅火效力則以滅火劑的用量和熱釋放速率降低到500 kw 所需時間來衡量。試驗結果表明，以26.5 L／min的速率噴射時，使熱釋放速率減小到500kW，A類泡沫比水所需的時間更短。
3.3 A類泡沫的優點和缺點
    根據目前對A類泡沫滅火劑在基礎及應用方面的研究結果，可以歸納出A類泡沫所具備的優點和缺點。
    A類泡沫的優點：(1)比水具有更快的控火和滅火速度；(2)提高了水的使用效率和保持能力；(3)成本相對較低；(4)對建筑等具有隔熱保護作用；(5)火場清理快速，同時降低了由于流失水造成未燃燒建筑部分的次生災害，達到節水的目的；(6)與CAFS系統聯用時，可以減輕水帶的質量、增加射程。
    A 類泡沫的缺點：(1)A類泡沫滅火劑濃縮液通常是一種化學危險品；(2)對皮膚、眼睛和上呼吸道有一定的刺激性；(3)對某些金屬具有一定的腐蝕性；(4)在生物降解性、長期環境影響等方面的安全性仍不能*肯定。
 

4 我國A類泡沫滅火劑的研究現狀
    國外有關機構對A類泡沫及其相關技術應用較早、研究較多，而A 類泡沫引入中國則相對較晚，國內的消防工作者對其認識和理解還不夠深入，相關的技術研究也基本處于空白狀態。
    目前， 天津消防研究所承擔了國 家“十一五”科技支撐項目“A類泡沫保護和滅火性能評估及其應用技術的研究”課題，綜合考慮國內外各項研究存在的不足以及A類泡沫的實際使用需要，筆者的研究主要集中在以下幾個方面：
    (1)為基礎性研究試驗提供具有可控的和可重復性的A類泡沫。實戰用的壓縮空氣泡沫設備無法適用于試驗性研究，一方面是因為滅火劑的流量過大，產生遠超出試驗所需量的泡沫。另一方面是因為無法靈活地控制產生泡沫的數量和狀態，無法進行的重復性試驗。為此，筆者開發了試驗的壓縮空氣泡沫系統，很好地解決了上述問題。
    (2)對使用A類泡沫進行A類火災撲救時的滅火性能進行量化研究，通過試驗獲得了可靠的量化指標，從而確定A類泡沫的滅火性能水平。進一步的研究包括確定何種發泡倍數、析液時間和泡沫結構zui適宜的滅火手段，探索使用A類泡沫時適宜的操作實施方法，從而使*門XCA類泡沫的評價、認識更加統一，使用更加科學合理。
    (3)對A類泡沫的隔熱保護作用進行了深入的研究，建立了A類泡沫隔熱保護性能評價方法，評估了國內外多種A類泡沫的隔熱防護能力，確定何種狀態的泡沫更適合于隔熱保護。
 

5 結 語
    目前國內各消防隊已經陸續購置了原裝和組裝壓縮空氣泡沫消防車100余輛，并力爭使其成為未來的主戰消防車，但在具體的實戰應用上仍然存在很多不足和需要改進的問題。比如，對A類泡沫結合壓縮空氣泡沫系統使用時的機理和性能認識不足，無法根據不同的滅火工況需要調整出相應合適狀態的泡沫。本著合理利用資源，充分發揮其優勢的目的，  天津消防研究所課題組XCA類泡沫滅火劑及其相關技術進行的系統研究，為消防*盡快掌握并正確使用壓縮空氣泡沫滅火技術提供相應的，促進A類泡沫在我國得到科學的發展與合理的使用，同時還可以作為消防 部 隊的技術支撐和火災預案制訂的技術基礎。