A類泡沫滅火劑的發(fā)展與瞻望

來源:天津消防研究所滅火劑室主任 傅學(xué)成 | 發(fā)布時(shí)間:2011-7-19 |

【摘要】：簡(jiǎn)要回顧了A類泡沫的發(fā)展歷史,對(duì)A類泡沫的滅火機(jī)理進(jìn)行闡述。介紹了A類泡沫的研究進(jìn)展及實(shí)際使用狀況,并以此為基礎(chǔ)對(duì)A類泡沫的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié),指出了A類泡沫研究的未來發(fā)展方向。

    在NFPA 1150標(biāo)準(zhǔn)中，將A類泡沫滅火劑定義為“用于A類可燃物火災(zāi)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(yōu)點(diǎn)，目前已在眾多國(guó)家和地區(qū)投入使用。我國(guó)對(duì)于A類泡沫的應(yīng)用尚處于起步階段，對(duì)其性能的認(rèn)識(shí)和研究甚少。所以有必要對(duì)A類泡沫的發(fā)展歷史、滅火機(jī)理和研究現(xiàn)狀作一介紹，使國(guó)內(nèi)消防工作者對(duì)其有全面深入的認(rèn)識(shí)，為A類泡沫在我國(guó)的科學(xué)發(fā)展與合理應(yīng)用指明方向。

1 A類泡沫的發(fā)展歷史

    20世紀(jì)70年代中期，美國(guó)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(zāi)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(hù)性能，還具有良好的滅火效力，相比于傳統(tǒng)方法的用水量更少，所以其在消防用水供應(yīng)經(jīng)常受限制的領(lǐng)域，如森林和鄉(xiāng)村消防領(lǐng)域得到了迅速的應(yīng)用。
    2O世紀(jì)8O年代，隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，現(xiàn)代意義上的A類泡沫開始出現(xiàn)。它不僅具備常用清潔劑的表面活性劑性質(zhì)，還含有其他添加劑以提高其泡沫的潤(rùn)濕、滲透以及穩(wěn)泡性能。A類泡沫真正引起人們的普遍關(guān)注并受到廣泛重視，則是因?yàn)樵?988年的美國(guó)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(hù)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(shí)被保住。
    20世紀(jì)90年代初，由于A類泡沫具有諸多優(yōu)點(diǎn)，美國(guó)城市消防隊(duì)開始將其與壓縮空氣泡沫系統(tǒng)CAFS(compressed air foam systems)結(jié)合起來，作為市政建筑物火災(zāi)的常用滅火工具。zui近十年，A類泡沫在美國(guó)市政*門的建筑物火災(zāi)撲救中被越來越多地使用，其諸多優(yōu)點(diǎn)也在研究和實(shí)踐中被越來越深入地認(rèn)識(shí)和了解。
 

2 A類泡沫的滅火及隔熱保護(hù)機(jī)理
2.1 A類泡沫的滅火機(jī)理
    A類泡沫能夠滅火本質(zhì)上是因?yàn)锳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(duì)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(rùn)濕和滲透能力，這是A類泡沫比水滅火效率更高的一個(gè)主要原因。泡沫滅火劑所形成的泡沫結(jié)構(gòu)可以作為一種“散熱器”，吸收燃燒過程中產(chǎn)生的熱量，再通過水的蒸發(fā)帶走熱量。垂直的表面往往很難被水潤(rùn)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(huì)使很大一部分水保持在可燃物表面，尤其是垂直表面，對(duì)表面提供一種“潤(rùn)濕”作用，吸收燃燒產(chǎn)生的熱量并散發(fā)熱量。
    此外，A類泡沫所形成的泡沫結(jié)構(gòu)，對(duì)于水的滅火能力提高及水流失的減少具有重要作用。當(dāng)使用A類泡沫進(jìn)行火災(zāi)撲救時(shí)，泡沫內(nèi)部的空氣因?yàn)槭軣岫箽馀萜屏眩瑢?dǎo)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(fā)。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(dá)火焰／燃料交界面，確保液滴不會(huì)在“途中”蒸發(fā)。
    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(gè)非導(dǎo)熱層，這種非導(dǎo)熱層能阻止熱量對(duì)可燃物的輻射，并且能夠反射熱量。由于這種非導(dǎo)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(hù)的機(jī)理
    用于隔熱保護(hù)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(hù)泡沫一般由空氣、相對(duì)少量的水和A類泡沫濃縮液組成。而與易于流動(dòng)的滅火泡沫不同的是，隔熱保護(hù)泡沫一般具有流動(dòng)性差、穩(wěn)定性好、析液速率較慢等特點(diǎn)。
    一般來說，由于空氣是隔熱保護(hù)泡沫的主要組分，而空氣的熱傳導(dǎo)性較低，所以此類泡沫能成為絕熱物起到隔熱保護(hù)的作用。但由于試驗(yàn)手段缺乏等條件的限制，對(duì)A類泡沫隔熱保護(hù)機(jī)理的研究還不夠深入，對(duì)泡沫熱性能的認(rèn)識(shí)還處于探索階段。
    Tafreshi等人對(duì)隔熱保護(hù)泡沫的熱物理性能進(jìn)行過一些研究。結(jié)果表明，對(duì)于泡沫的熱吸收等熱性能來說，發(fā)泡倍數(shù)并不是關(guān)鍵影響因素，但是泡沫的粘附效力卻對(duì)發(fā)泡倍數(shù)很“敏感”。低倍數(shù)泡沫由于其粘度較低，較易流動(dòng)，因而不能較好地粘附在垂直表面。而高倍數(shù)泡沫則可能被火災(zāi)產(chǎn)生的氣流吹走。因此，若以隔熱保護(hù)為目的，產(chǎn)生恰當(dāng)倍數(shù)的泡沫十分重要。
 

3 國(guó)外A類泡沫滅火劑的研究及應(yīng)用狀況
3.1 森林消防領(lǐng)域
    從A類泡沫的發(fā)展歷史可以看出，森林消防是zui早應(yīng)用A類泡沫的領(lǐng)域，同時(shí)也是A類泡沫應(yīng)用技術(shù)zui成熟的領(lǐng)域。從A類泡沫zui初發(fā)展開始，森林消防管理部門一直將其作為森林火災(zāi)防護(hù)的常用工具之一。
    根據(jù)美國(guó)*發(fā)布的報(bào)告顯示，將A類泡沫用于森林火災(zāi)防護(hù)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(rùn)到燃燒的樹木和其他植被中，并且能夠有效防止復(fù)燃。噴射A類泡沫還能在草地或灌木上形成一個(gè)潮濕的火災(zāi)屏障，或者噴射到建筑物上，防止大火通過時(shí)引燃建筑物。
3.2 市政消防領(lǐng)域
    將A類泡沫用于市政消防領(lǐng)域，如建筑物火災(zāi)撲救，則是森林火災(zāi)撲救的“副產(chǎn)物”。美國(guó)森林消防隊(duì)在撲救森林火災(zāi)時(shí)，經(jīng)常要同時(shí)撲救處于林木中的建筑物火災(zāi)。于是他們發(fā)現(xiàn)A類泡沫對(duì)撲救建筑物內(nèi)部火災(zāi)非常有效，能夠大大降低滅火時(shí)間，減少控火和滅火所需的用水量，并有效防止復(fù)燃。而在此之前，正確使用A類泡沫撲救A類火災(zāi)，特別是建筑物火災(zāi)，并沒有被很好的認(rèn)識(shí)和了解。為了加深這種認(rèn)識(shí)，使A類泡沫在市政消防領(lǐng)域同樣成為一種有效的滅火工具，國(guó)外一些消防管理部門與消防研究機(jī)構(gòu)從2O世紀(jì)9O年代初，陸續(xù)開展了多項(xiàng)基礎(chǔ)及應(yīng)用性研究。
    美國(guó)弗吉尼亞州Fair郡*、美國(guó)海jun研究實(shí)驗(yàn)室以及美國(guó) 消防管理局合作進(jìn)行了一系列的全尺寸建筑火災(zāi)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，相比于水，A類泡沫的滅火時(shí)間減少了一半。即使使用更大的火災(zāi)負(fù)載和更長(zhǎng)的預(yù)燃時(shí)問導(dǎo)致滅火時(shí)的溫度更高，結(jié)果同樣如此。美國(guó)陸jun消防管理局還同UL實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一系列2O *別的木垛火試驗(yàn)。此項(xiàng)研究中比較了6種A類泡沫(均為美國(guó)*檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品)和水的滅火性能。試驗(yàn)結(jié)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(shí)間。美國(guó)國(guó)家火災(zāi)防護(hù)研究基金會(huì)(NFPR)開展過一項(xiàng)旨在量化A類泡沫滅火效力的研究。在一個(gè)2.5 m×3.6 m×2.5 m的封閉空間進(jìn)行了一系列的燃燒試驗(yàn)，同時(shí)使用量熱計(jì)進(jìn)行燃燒熱釋放的測(cè)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(shí)間來衡量。試驗(yàn)結(jié)果表明，以26.5 L／min的速率噴射時(shí)，使熱釋放速率減小到500kW，A類泡沫比水所需的時(shí)間更短。
3.3 A類泡沫的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
    根據(jù)目前對(duì)A類泡沫滅火劑在基礎(chǔ)及應(yīng)用方面的研究結(jié)果，可以歸納出A類泡沫所具備的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
    A類泡沫的優(yōu)點(diǎn)：(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(duì)較低；(4)對(duì)建筑等具有隔熱保護(hù)作用；(5)火場(chǎng)清理快速，同時(shí)降低了由于流失水造成未燃燒建筑部分的次生災(zāi)害，達(dá)到節(jié)水的目的；(6)與CAFS系統(tǒng)聯(lián)用時(shí)，可以減輕水帶的質(zhì)量、增加射程。
    A 類泡沫的缺點(diǎn)：(1)A類泡沫滅火劑濃縮液通常是一種化學(xué)危險(xiǎn)品；(2)對(duì)皮膚、眼睛和上呼吸道有一定的刺激性；(3)對(duì)某些金屬具有一定的腐蝕性；(4)在生物降解性、長(zhǎng)期環(huán)境影響等方面的安全性仍不能*肯定。
 

4 我國(guó)A類泡沫滅火劑的研究現(xiàn)狀
    國(guó)外有關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)A類泡沫及其相關(guān)技術(shù)應(yīng)用較早、研究較多，而A 類泡沫引入中國(guó)則相對(duì)較晚，國(guó)內(nèi)的消防工作者對(duì)其認(rèn)識(shí)和理解還不夠深入，相關(guān)的技術(shù)研究也基本處于空白狀態(tài)。
    目前， 天津消防研究所承擔(dān)了國(guó) 家“十一五”科技支撐項(xiàng)目“A類泡沫保護(hù)和滅火性能評(píng)估及其應(yīng)用技術(shù)的研究”課題，綜合考慮國(guó)內(nèi)外各項(xiàng)研究存在的不足以及A類泡沫的實(shí)際使用需要，筆者的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：
    (1)為基礎(chǔ)性研究試驗(yàn)提供具有可控的和可重復(fù)性的A類泡沫。實(shí)戰(zhàn)用的壓縮空氣泡沫設(shè)備無法適用于試驗(yàn)性研究，一方面是因?yàn)闇缁饎┑牧髁窟^大，產(chǎn)生遠(yuǎn)超出試驗(yàn)所需量的泡沫。另一方面是因?yàn)闊o法靈活地控制產(chǎn)生泡沫的數(shù)量和狀態(tài)，無法進(jìn)行的重復(fù)性試驗(yàn)。為此，筆者開發(fā)了試驗(yàn)的壓縮空氣泡沫系統(tǒng)，很好地解決了上述問題。
    (2)對(duì)使用A類泡沫進(jìn)行A類火災(zāi)撲救時(shí)的滅火性能進(jìn)行量化研究，通過試驗(yàn)獲得了可靠的量化指標(biāo)，從而確定A類泡沫的滅火性能水平。進(jìn)一步的研究包括確定何種發(fā)泡倍數(shù)、析液時(shí)間和泡沫結(jié)構(gòu)zui適宜的滅火手段，探索使用A類泡沫時(shí)適宜的操作實(shí)施方法，從而使*門XCA類泡沫的評(píng)價(jià)、認(rèn)識(shí)更加統(tǒng)一，使用更加科學(xué)合理。
    (3)對(duì)A類泡沫的隔熱保護(hù)作用進(jìn)行了深入的研究，建立了A類泡沫隔熱保護(hù)性能評(píng)價(jià)方法，評(píng)估了國(guó)內(nèi)外多種A類泡沫的隔熱防護(hù)能力，確定何種狀態(tài)的泡沫更適合于隔熱保護(hù)。
 

5 結(jié) 語
    目前國(guó)內(nèi)各消防隊(duì)已經(jīng)陸續(xù)購(gòu)置了原裝和組裝壓縮空氣泡沫消防車100余輛，并力爭(zhēng)使其成為未來的主戰(zhàn)消防車，但在具體的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用上仍然存在很多不足和需要改進(jìn)的問題。比如，對(duì)A類泡沫結(jié)合壓縮空氣泡沫系統(tǒng)使用時(shí)的機(jī)理和性能認(rèn)識(shí)不足，無法根據(jù)不同的滅火工況需要調(diào)整出相應(yīng)合適狀態(tài)的泡沫。本著合理利用資源，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)的目的，  天津消防研究所課題組XCA類泡沫滅火劑及其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行的系統(tǒng)研究，為消防*盡快掌握并正確使用壓縮空氣泡沫滅火技術(shù)提供相應(yīng)的，促進(jìn)A類泡沫在我國(guó)得到科學(xué)的發(fā)展與合理的使用，同時(shí)還可以作為消防 部 隊(duì)的技術(shù)支撐和火災(zāi)預(yù)案制訂的技術(shù)基礎(chǔ)。