關于新型氣體滅火劑開發技術的有效思考

李云龍

摘要：新型氣體滅火劑的研發，有助于彌補傳統哈龍替代滅火劑滅火性能較低的缺陷，同時可以避免對環境造成污染。鑒于此，本文首先對新型氣體滅火劑甄選策略進行了簡要分析，并從滅火濃度確定、大氣壽命估算和毒性分析三個角度出發，對新型氣體滅火劑開發技術展開了探討，希望為我國相關領域的全面發展奠定一定理論基礎。

關鍵詞：新型氣體滅火劑；開發技術；思考

火災對人們的生命和財產威脅不容忽視，近年來我國在積極進行現代化建設的過程中，增加了火災發生的概率，傳統的哈龍滅火劑在應用過程中，不僅滅火性能較差，且會對周邊環境造成嚴重影響。在這種情況下，新型氣體滅火劑開發技術成為人們廣泛關注的話題，惰性氣體滅火劑、不含氯和溴的氫氟烴類滅火劑等的產生一定程度上推動了相關領域的全面發展，然而這些滅火劑還存在大氣壽命長、滅火效率低等缺陷，因此進一步加強新型氣體滅火劑開發技術研究具有重要意義。

一、新型氣體滅火劑甄選策略

在新型氣體滅火劑開發過程中，首先應對滅火劑中各種化學物質進行集中調查，并提取出擁有較高研究意義的化合物。因此必須對各種影響因素進行全面分析，其中包括環境、安全性、時間和資金等。值得注意的是，在這一過程中無法將全尺寸滅火試驗應用于全部考察對象中，因此積極構建一套完整的篩選技術，確保化學物質的快速篩選、降低篩選成本至關重要。而針對哈龍滅火劑來講，要想更加高效的發現替代品，首先應對其主要性能特征進行全面把握。

最早的哈龍替代品選擇標準和程序由Gann于1990年提出，其可以對化合物性能進行有效區分，將所產生的數據與哈龍1211、哈龍1301特征數據進行對比，來詳細劃分有關物質的類別。相關特征數據包括導電性、殘余物、滅火效率和金屬腐蝕性等，同時還從GWP全球變暖值潛能和ODP消耗臭氧潛能值兩個角度出發展開了分析，這一過程中消除了影響哈龍替代品開發的關鍵性因素。

在長時間的試驗研究中，工作人員從保護對象的安全性、貯運性能、滅火效率、人體安全性、環保性能五個角度出發對火災發生時哈龍滅火系統呈現出來的特點進行了分析，最終得出以下結論：只有能夠高效抑制復燃、快速滅火、擁有較低GWP和ODP和較短大氣壽命等12種性能要求的物質才是理想的哈龍替代品。由于較大的差異產生于氣體滅火劑的滅火機理與理化性能之間，因此氣體滅火劑應用時會在使用和儲存過程中呈現出不同特點，因此篩選新一代氣體滅火劑時采用單一化標準是不科學的。因此必須從化學物質性能角度出發，動態化調整篩選過程。為了對篩選過程進行簡化，降低篩選成本并縮短周期，本文以哈龍滅火劑相關性能指標為基礎，從12種性能角度出發對哈龍替代品進行了分類，以期通過篩選對相關化學物質的性能進行精確把握。經過篩選發現全氟己酮可以滿足理想哈龍替代品的性能要求，因此可以作為新一代哈龍替代滅火劑長期使用。

二、新型氣體滅火劑篩選試驗方法

（一）滅火濃度確定

在空氣中哈龍1301和HFC-125（C2HF5）分別擁有3vol.%和9vol.%的熄滅多種火焰濃度，因此滅火劑釋放時間較長、存貯空間更大的為HFC-125（C2HF5），其會產生更低的滅火效率。在對一種物質近似滅火濃度進行推測的過程中，可以采用同系物滅火濃度數據或同類物質測量結果，事實上包含催化活性分子、反應性、物理活性的物質才可以用作滅火劑，在吸收熱量的背景下，振動-轉動模式在物理活性分子中會發生改變，在特定情況下，分解化合物也會導致額外熱量被吸收，二者都會將火焰的溫度降低；在增加此類型化合物有效性時，分子中原子數也會明顯提高，但是同時升高的還有物質沸點。

在試驗中，為了將程序、裝置中的誤差消除，美國有關研究小組指出在提高試驗結果再現性時，可以利用杯式燃燒試驗方法，試驗中可以對HFC-227ea的MEC和氮氣進行測量。結果顯示，在氣體滅火劑對液體燃料的滅火濃度測定中，標準化的杯式燃燒器試驗方法和裝置呈現出了較好的再現性，分別產生了6.62±0.14vol.%和32.2±0.7vol.%的HFC-227eaMEC和氮氣，這一數據可以作為基準數據用于分析不同氣體滅火劑最低滅火濃度；而空氣中沒火機濃度測定方法、操作規范性對試驗結果再現性和重復性具有直接影響。

（二）大氣壽命估算

物質在大氣中停留的時間越短，所造成的環境污染和臭氧消耗影響就越小，因此在心性氣體滅火劑開發過程中，一個重要的環境影響指標就是大氣壽命。對流層中物質的壽命同其化學、物理消耗速度具有直接聯系，·OH自由基吸收可見-紫外光性質以及反應性是最為重要的影響因素。在流層中取代反應以及分子脫氫反應基礎上，·OH可以將大氣中的痕量物質有效去除。假設kOH為與·OH反應的速度常數，那么利用實驗可以對這一常數進行直接測定。在對某物質的大氣壽命進行考察時，必須對其純度進行精確把握。事實上，影響試驗結果的最大影響因素就是純度，通常情況下規定烯烴以及其他不飽和化合物在試驗樣品中的含量應不超過0.1%。

（三）毒性分析

救火過程中，要想加大環境保護力度，維護火場人員的生命安全，降低新型氣體滅火劑燃燒產物和分解物質的毒性至關重要。針對哈龍系列物質來講，心臟敏感是主要毒性，會導致接觸該物質的人員產生突發性心律不齊現象。因此哈龍替代品在使用過程中一個重要的限制性條件就是心臟敏感值。如果在火災現場需要1min以上才能夠將人員疏散，那么不可以在超過NOAEL濃度時對該物質進行應用。如果在火災現場需要30s～1min的人員疏散時間，那么不可以在超過LOAEL濃度時對該物質進行應用。因此濃度高于LOAEL的滅火劑僅可以在30s內可以完成人員疏散的火災現場進行應用，而工作人員必須在采取全面的防護措施基礎上才能夠進入該區域。部分研究人員指出，在對滅火劑替代品毒性進行確定的過程中，應實施包括慢性毒性、基因毒性、毒性發展和再生、致癌性在內的一系列毒性試驗，目前廣泛應用的滅火劑替代品毒性試驗方法為極限試驗。

三、結語

綜上所述，在明確篩選哈龍替代滅火劑的標準基礎上，能夠完善新型氣體滅火劑的開發設計策略，同時制定詳細的篩選試驗方法，在對比分析包含第一代哈龍替代品、哈龍1301在內的氣體滅火劑性能基礎上，能夠更加明確氣體滅火劑的發展歷程，在滅火濃度確定、大氣壽命估算和毒性分析等的基礎上指出了哈龍替代技術發展的關鍵方向為構建先進的氣體滅火劑性能篩選試驗方法。在此基礎上能夠為新一代氣體滅火劑的開發奠定良好基礎。

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