鹵代烷滅火劑的發展

一、概述鹵代烷由來

鹵代烷是以鹵素原子取代烴類化合物分子中部分或全部的氫原子后所形成的一類有機化合物的總稱。一些低級烷烴中的鹵代化合物具有不同程度的滅火能力，通常將這些具有滅火能力的鹵代化合物統稱為鹵代烷滅火劑。氧原子能使該化合物穩定、減小毒性、降低沸點及增加熱穩定性：氯和溴原子，特別是溴原子能提高該化合物的滅火能力，提高其沸點，但會導致該化合物的毒性增加，熱穩定性降低。鹵代烷化合物種類繁多，但用作滅火劑的主要有五種：二氟一氯一溴甲烷、四氯二溴乙烷、二氯二溴甲烷、三氟一溴甲烷、一氯一溴甲烷。由于鹵代烷滅火劑的化學名稱復雜，不便于書寫和記憶。國際上通用的含溴氯氟烴的命名是依美國國家消防協會提出的命名原則命名的。它的編碼方式是按碳、氟、氯、溴、碘的次序排成的五位數，如無碘則第五位不作表示。如果末位是0則不作表示，成為4位數。數字前面冠以Halon(哈龍)字頭。

二、鹵代烷滅火劑的發展

1.鹵代烷的興起

人類歷史上最早使用鹵代烷滅火劑是在1900年使用哈龍104(四氯化碳)，因其具有較強的毒性未進行推廣。1947年美國Purdne研究基金會組織有關部門綜合地對已經研究成功的60余種鹵代烷做了系統的評估，根據其滅火性能和毒害作用的大小對60余種鹵代烷滅火劑進行了篩選，最后確認鹵代烷1211和1201是較為理想的滅火劑，這兩種鹵代烷滅火劑被廣泛應用在各個領域。從這時起，鹵代烷滅火劑作為一種高效滅火劑應用于各個行業。

2.鹵代烷滅火劑的優點

鹵代烷滅火劑主要特點體現在：A具有滅火效率高、毒性小。B既可用于固定滅火系統，又可用于手提式滅火器。C滅火速度快。D用量少。E在人們認識鹵代烷滅火劑是消耗臭氧層物質之前，認為鹵代烷1211和鹵代烷1301具有既清潔又安全的特性。

3.臭氧層空洞的形成

離地面10～50Km的大氣平流層集中了大氣中約90％的臭氧。其中，離地面22～25Km臭氧濃度值達到最高，稱其為臭氧層。人類生產和大量使用的鹵代烷滅火劑等物質，因為其化學穩定性好，在對流層不易分解而擴散進入到臭氧層，進入臭氧層的鹵代烷受到短波紫外線UV－C的照射分解為CI的自由基，參與對臭氧層的消耗。放映過程中，釋放的氧可以在平流層中存在好幾年。因此一個CI自由基能夠消耗至少10萬個O₃。與此類似，臭氧的消耗反應還可以通過溴原子進行，這些溴原子從鹵代烷滅火劑中釋放出來，這些是臭氧層破壞潛能值最高的物質。因而，使臭氧層出現了巨大的空洞。臭氧層破壞之后導致的后果就是太陽光中的紫外線UV－B到達地球表面的強度增大。通常認為臭氧濃度降低1％，UV－B輻射量增加1.5％～2％。

4.鹵代烷滅火劑的衰弱

由于鹵代烷滅火劑的使用嚴重破壞了臭氧層，引發了臭氧層空洞現象，這對人類造成了嚴重的危害。這一現象引起了世界各國的廣泛關注，1985年3月，聯合國環境規劃署(UNEP)在奧地利首都維也納召開了“保護臭氧層外交大會”，會議一致通過了“保護臭氧層維也納公約”(以下簡稱《公約》)，并于1988年9月生效。《公約》申明了臭氧層變化對人類的健康和環境可能造成的有害影響。要求各國采取法律、行政、技術等方面的措施保護人類健康和環境，減少臭氧層破壞的影響。并鼓勵各成員國研究和有計劃地觀測臭氧層，并在信息交流等方面開展合作。為使各國采取有實質性的控制措施，在1987年9月，UNEP組織的“保護臭氧層公約關于含氯氟烴議定書全權代表大會”在加拿大蒙特利爾召開。會議通過了《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》(以下簡稱《議定書》)，并于1989年1月生效。《議定書》規定了發達、發展中國家停止生產的詳細時間。由此，哈龍滅火劑的滅亡已經有了具體的時間表，哈龍滅火劑最終將被完全取代。

三、鹵代烷滅火劑的替代物

就目前技術而言，沒有一種哈龍替代系統能完全替代哈龍，因此我們所說的哈龍替代只能是部分的替代。換句話說，近期研制開發的哈龍替代品和替代技術只能在某些場所替代哈龍，而不是全部。

選擇哈龍滅火劑替代產品應考慮以下因素：

(1)環境因素。替代產品是替代哈龍系統的，所以選擇的首要標準應以不消耗臭氧層為首選原則。同時衡量氣體滅火劑相對于二氧化碳100年溫室效應的相對值和在大氣中的存活壽命也是相當重要的考慮因素。高GDP值和很長的存活壽命會對大氣的溫室效應產生長期的影響。

(2)毒性。氣體滅火系統所適用的場所—般都是人流量較大的重要保護場所因此選用毒性低的滅火劑是非常重要的。毒性一是指滅火劑自身的毒性；二是指高溫下反應分解產物的毒性，這兩者均應考慮。一般首選那些設計濃度低于NOAEL(即只將試驗動物暴露于滅火劑的空氣中，試驗動物沒有不良影響的滅火劑最高溫度)的滅火劑。

(3)滅火效能。這是選擇的最根本目的。盡管滿足了以上兩個條件，但是如果滅火效能低，也不是理想的替代藥劑。我國已經初步確定了IG01、IG55、IG100、IG541、七氟丙烷和三氯甲烷6種氣體滅火劑用于未來的哈龍替代滅火系統中。IG01的成分為氫氣，IG55的成分為氮氣和氬氣，IG100為氮氣，IG541為氮氣、氬氣和二氧化碳。國家又把七氟丙烷滅火系統稱為FM200，為規范潔凈氣體滅火系統。 七氟丙烷是近幾年發展的潔凈氣體滅火劑的一種，同時它也是我國公安部推薦采用的。七氟丙烷是一種無色無味的氣體，不含溴和氯元素，其化學分子式是CF₃CHCF₃，分子量是170，密度大約為空氣的6倍，采用高壓液化儲存，其滅火原理是抑制化學鏈式反應，滅火效能與鹵代烷1301相類似。它具有以下特點：七氟丙烷的臭氧耗損潛能值為0，溫室效應潛能值是2050，但在其大氣中存留的時間很短，符合聯合國環境規劃署對“潔凈氣體”滅火劑的要求，它的滅火效率高。同時七氟丙烷是不導電物質，不含水物質，不會對電氣設備、磁帶資料造成損害。由此可以判斷七氟丙烷符合“潔凈氣體”滅火劑的要求，具有不破壞臭氧層、滅火效能高、毒性低的原則，其完全可以替代鹵代烷滅火劑。

(作者單位：鄭州市公安消防支隊)