泡沫灭火剂应用及其发展现状

赵兴艺

（中国人民武装警察部队学院消防工程系，河北 廊坊 065000）

泡沫灭火剂是能与水相容，并且可以通过化学反应或机械方法产生灭火泡沫的灭火药剂。它的灭火机理主要利用水的冷却作用和泡沫隔绝空气的窒息作用。灭火时泡沫在燃烧物表面形成的泡沫覆盖层可使燃烧物与空气隔离，使可燃气体难以进入燃烧区域，具有窒息作用；泡沫中析出的水分蒸发可吸收热量降低燃烧区域的温度，水蒸气还可稀释燃烧区内氧气，具有冷却和窒息作用［1］。因为泡沫灭火剂生产设备简单、成本较低、灭火效率高并且环境污染小，在扑救A类、B类火灾上得到了广泛应用。随着近代石油化学工业的发展，生产、贮存、使用液体可燃原料的种类越来越多，可燃液体引发的重特大火灾（B类火灾）也不断发生，泡沫灭火剂便成了石化企业和消防部队必备的灭火剂。

近年来，我国泡沫灭火剂无论是品种、生产技术和生产能力均有很大发展，从1979年公安部天津消防研究所研制出第一代水成膜泡沫灭火剂［2］开始，我国泡沫灭火剂技术有了飞跃发展，泡沫灭火剂种类繁多，本文仅对应用最为广泛、最有发展前景的蛋白型、合成型和新型泡沫灭火剂应用技术进行了研究。

1 蛋白型泡沫灭火剂

蛋白型泡沫灭火剂是以动物性蛋白或植物性蛋白的水解浓缩液为基料，加入适量的稳定、防腐、防冻剂等添加剂而制成的。因具备可靠性大、价格低、生物降解性好等优良的性能，蛋白型泡沫灭火剂在我国泡沫灭火剂市场上的销量远大于其他品种的泡沫产品，目前是石油化工消防中应用最广泛的灭火剂之一。蛋白型泡沫灭火剂主要分为蛋白泡沫灭火剂和氟蛋白泡沫灭火剂两大类。

1.1 普通蛋白泡沫灭火剂（P）

普通蛋白泡沫灭火剂主要以动物蛋白质的水解浓缩液为基料，加入各种添加剂的起泡液体。我国主要生产的是YE3／6型蛋白灭火剂，其主要成分是水和水解蛋白，按它与水的混合比例分为3%型和6%型两种，适用于油田、飞机场等油类火灾和一般固体物质火灾。

由于受到高效新型灭火剂的冲击，蛋白泡沫灭火剂所占的市场份额有所下降，在我国迫切需要研究开发新型的蛋白泡沫灭火剂产品。李亚东等［3］利用剩余活性污泥经酸、碱水解后制备水解蛋白质，浓缩配制成蛋白质泡沫灭火剂，既防止了剩余活性污泥的第二次污染，更因成本低、气味小这些优点为蛋白泡沫灭火剂提供了发展空间。唐宝华等［4］以一定比例将石墨或膨胀石墨添加到普通蛋白泡沫中，使泡沫具有最佳发泡率、稳定性与耐热性能，提高了灭火效率，由于石墨不会对环境造成二次污染，可作为绿色环保型产品，是未来蛋白泡沫的理想发展方向。

1.2 氟蛋白泡沫灭火剂（FP）

氟蛋白泡沫灭火剂是以蛋白泡沫原液为主，加氟碳和其他类型的表面活性剂制成的。由于氟碳表面活性剂的加入使其与普通蛋白泡沫灭火剂相比具有发泡性能好、易于流动、疏油能力强及与干粉相容性好等优点，其灭火效率大大优于普通蛋白泡沫灭火剂。

氟蛋白泡沫种类有普通氟蛋白泡沫、抗溶性氟蛋白泡沫、成膜氟蛋白泡沫、抗溶性成膜氟蛋白泡沫等。对于普通氟蛋白泡沫灭火剂我国主要生产的是YEF3／6型氟蛋白泡沫灭火剂［5］。由于氟蛋白的灭火性能和封闭性能均不如水成膜泡沫，且储存期相对较短，基于此公安部天津消防科研所开发研制SD－FFFP成膜氟蛋白泡沫灭火剂，以动物蹄角水解的蛋白泡沫为基料，添加了复合氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂、溶剂和助剂。其灭火性能通过了国内外同类产品中极少可以通过的GB15308－94标准的检验，其技术性能达到了世界先进水平，具备了先进性和实用性。Zaggia等［6］向蛋白泡沫中加入0.5%的全氟烷基季铵盐，形成成膜氟蛋白泡沫灭火剂，增强了泡沫层的密封性能。该种氟碳表面活性剂降低了蛋白泡沫体系的表面张力和液面流动的剪切力，提高了蛋白泡沫灭火剂的流动性。

近年来我国对蛋白泡沫灭火剂的科学研究明显不足，没有完全解决普通蛋白型泡沫灭火剂产品储存期限较短，成膜氟蛋白泡沫灭火剂的使用还不是很广泛等问题，因此未来的研究重点在于分析影响蛋白泡沫灭火剂储存稳定性的具体因素，以及推广新型成膜氟蛋白泡沫灭火剂的使用上。由于厂家对新技术的追捧，加上AFFF价格下降，还有有关部门对蛋白类泡沫的环境污染的偏见，近年来导致蛋白泡沫灭火剂市场占有率处于逐渐下降的趋势［7］。

2 合成型泡沫灭火剂

2.1 抗溶型泡沫灭火剂（AR）

抗溶性泡沫灭火剂是一类适用于扑救水溶性可燃液体火灾的泡沫灭火剂。最初使用的是金属皂型抗溶性泡沫，目前已淘汰，现在采用的有：以水解蛋白或合成表面活性剂为发泡剂，添加海藻酸盐类天然高分子化合物而制成的高分子型抗溶性泡沫灭火剂；由氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂和触变性多糖制成的凝胶型抗溶泡沫灭火剂；以蛋白泡沫液添加特制的氟碳表面活性剂和多种金属盐制成的氟蛋白抗溶性泡沫灭火剂；以聚硅氧烷表面活性剂为基料制成的抗溶性泡沫灭火剂。

1984年公安部天津消防研究所开发出第一代高分子凝胶型抗溶泡沫灭火剂（YEK－9－1），以复合表面活性剂作为发泡剂，添加氟碳表面活性剂和黏多糖NK－131，该产品一经推出便在国内普遍生产使用。余建中［8］以抗溶性泡沫灭火剂（S／AR）、和抗溶性水成膜泡沫（AFFF／AR）按规定的试验方法以90＃车用乙醇汽油为燃料进行灭火试验，论证了抗溶性水成膜泡沫是扑救车用乙醇汽油火灾可靠快速有效的灭火剂。Clark［9］研制出一种新型水成膜泡沫稳定剂，它具有类似于AFFF中多糖的抗溶作用，并且在不增加泡沫液粘度和不影响其他性质的情况下提高了泡沫的抗复燃性能，制成的泡沫无触变性，并且对极性或者非极性溶剂火灾均有效。

目前许多研究者仍致力于进一步寻找性能更为优异的抗溶剂来制备新型抗溶型泡沫灭火剂。

2.2 水成膜泡沫灭火剂（AFFF）

水成膜泡沫灭火剂是指能在烃类液体表面形成水膜的泡沫灭火剂，其灭火时能在燃料表面形成一层防护膜，靠泡沫和防护膜的双重作用灭火，因此具有灭火速度快，封闭性和抗复燃能力强等特点。水成膜泡沫灭火剂的灭火原理基于很低浓度的氟碳表面活性剂水溶液在油面上的铺展。由于水成膜泡沫灭火剂中最重要的组成部分——氟碳表面活性剂的生产技术尚未掌握，国内所需的氟碳表面活性剂大多从美国3M公司进口［10］。但自从《斯德哥尔摩公约》严格限制PFOS的使用后，美国3M公司已经于2002年停止用电解法生产氟碳表面活性剂，这对我国的AFFF行业造成巨大冲击。近年来，美国等发达国家不断推出新产品，如：F500、法安德2000等多功能、多用途灭火剂，但价格极其昂贵，不利于全面推广。因此国内消防产业迫切需要在过渡期限到来前寻找到合适的替代技术。

作为含PFOS泡沫灭火剂替代品，水成膜泡沫灭火剂产品中目前主要使用调聚法生产氟碳表面活性剂［11］，但此法生产的表面活性剂分解生成的PFOA也被怀疑具有与PFOS相类似的危害性。在2008年的NFPA World Safety Conference上提出7年内EPA不会严格禁止调聚法生产的AFFF，但是这种方法仍然存在二次替代的可能性，并没有从根本上解决AFFF可能造成的环境污染问题［7］。端木婷婷等［12］提出一项关于以RfCONHCH2CH2N（CH2CH2COONa）2氨基酸型氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂复配，配成非PFOA新型高浓度水成膜泡沫灭火剂原液的新技术，其各项性能指标均达到国家标准要求。有学者提出一种以短链的全氟丁基（C4F9－）为基础的阳离子氟表面活性剂的合成，并以短链的全氟丁基（C4F9－）为基础合成了可用于AFFF的氟表面活性剂，该表面活性剂适用于强酸性环境，具有极高的表面活性，且与烷基三甲基溴化铵复配后能达到相关标准［13］。

环保、高效、廉价、多功能、多用途是我国水成膜泡沫灭火剂未来发展的主要方向，以缩短与国外技术差距。目前公安部消防研究所正在研发水成膜泡沫灭火剂全新换代产品，该灭火剂主要融合了润湿剂和水成膜泡沫灭火剂技术，不仅灭火速度快，而且具有快速降低火场温度、消除有毒浓烟的功能。

2.3 A类泡沫灭火剂

普通的泡沫灭火剂虽然可以扑救A类火灾，但由于具有泡沫冲击量小，难以穿越燃烧区，泡沫不能长期覆盖燃料表面等缺点，所以普通泡沫灭火剂常用来扑灭B、F类火灾，而A类泡沫灭火剂的出现解决了上述问题。A类泡沫灭火剂是由阻燃剂、发泡剂、渗透剂等多种物质组成的，具有灭火快、效能高、性能稳定、凝固点低的特点，兼有高效能扑灭A类、B类火灾的新型、高效、快速灭火剂，是一种集强化水、一般泡沫灭火剂的优点于一体的灭火剂。

最近十年，欧美等发达国家在森林消防领域和市政消防领域对A类泡沫进行了大量基础研究，其诸多优点也在研究和实践中被越来越深入地认识和了解。我国相应消防研究机构也开展了一些应用研究，天津消防科学研究所研制的YSP型A类灭火剂能高效的扑灭A、B类火，且克服了水剂型灭火剂冬季怕冻、不耐储存的问题。傅学成等［14］开发了试验专用的压缩空气泡沫系统，为基础性研究试验提供具有可控的和可重复的A类泡沫，对使用A类泡沫灭火性能进行量化研究，建立A类泡沫隔热防护能力的评价方法。

虽然现在国内也开始使用压缩空气A类泡沫灭火系统，但所用的A类泡沫及系统均采用进口产品［15］。仍需开展国产化高性能A类泡沫灭火剂的研制开发，并对新技术的适宜使用方式和条件进行进一步深入探索。

3 其它新型泡沫灭火剂

七氟丙烷气体泡沫灭火剂，分子式为CF3CHFCF3。它无色无味，在一定的压强下呈液态储存。七氟丙烷气体灭火剂兼具空气泡沫覆盖隔离和七氟丙烷气体化学抑制的双重功效，可用于扑救液体火灾或可熔化的固体火灾；灭火前能断气源的气体火灾，适用于有人占用的场所，对电子仪器设备、磁带资料等不会造成损害［16］。其它气体代替空气的泡沫灭火技术开发研究时间较短，可以进行深入研究，研制出更多新型灭火剂，以及确定最佳的混合比、供给强度等参数。

三相泡沫灭火剂是将固体（粉煤灰或粘土），气体（井下压缩空气）、液体（水及三相泡沫发泡剂KSF）三种物质按一定的比例混合，通过一定的设备生产出一种易流动、流量大、堆积合理的三相高倍数泡沫。经验证成为一项防止煤炭自燃十分有效和经济的新技术手段［17］。该技术必将具有十分广阔的推广应用前景。

2012年5月，在科技部、中国消防协会联合主办的新一代高性能灭火剂消防实战演练中，由军地合作研制、拥有自主知识产权的我国新一代高性能灭火剂——“瑞特”高效环保型灭火剂［18］，先后扑灭了“铺地火”“酒精火”“电火”和“可燃气体火”。这创造了灭火种类最多、灭火速度最快等多项国内消防新纪录，降低了油库火和其他特殊火的扑灭难度和风险性，标志着我国灭火剂研制水平跻身世界先进行列。

4 小结

随着科技的发展、人们安全和环保意识的提高，对泡沫灭火剂的研究提出了更高的要求。现今各国科学家都在致力于研究更高效、更环保、更低成本的泡沫灭火剂，我国也在努力创新，研制出新型泡沫灭火剂使其在经济与可持续发展间找到平衡点。相信通过人们不懈的努力，未来会涌现出更多的高效泡沫灭火剂和应用泡沫的新方法。

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