关于新型气体灭火剂开发技术的有效思考

■ 李云龙 承德消防支队围场中队

火灾对人们的生命和财产威胁不容忽视，近年来我国在积极进行现代化建设的过程中，增加了火灾发生的概率，传统的哈龙灭火剂在应用过程中，不仅灭火性能较差，且会对周边环境造成严重影响。在这种情况下，新型气体灭火剂开发技术成为人们广泛关注的话题，惰性气体灭火剂、不含氯和溴的氢氟烃类灭火剂等的产生一定程度上推动了相关领域的全面发展，然而这些灭火剂还存在大气寿命长、灭火效率低等缺陷，因此进一步加强新型气体灭火剂开发技术研究具有重要意义。

一、新型气体灭火剂甄选策略

在新型气体灭火剂开发过程中，首先应对灭火剂中各种化学物质进行集中调查，并提取出拥有较高研究意义的化合物。因此必须对各种影响因素进行全面分析，其中包括环境、安全性、时间和资金等。值得注意的是，在这一过程中无法将全尺寸灭火试验应用于全部考察对象中，因此积极构建一套完整的筛选技术，确保化学物质的快速筛选、降低筛选成本至关重要。而针对哈龙灭火剂来讲，要想更加高效的发现替代品，首先应对其主要性能特征进行全面把握。

最早的哈龙替代品选择标准和程序由Gann于1990年提出，其可以对化合物性能进行有效区分，将所产生的数据与哈龙1211、哈龙1301特征数据进行对比，来详细划分有关物质的类别。相关特征数据包括导电性、残余物、灭火效率和金属腐蚀性等，同时还从GWP全球变暖值潜能和ODP消耗臭氧潜能值两个角度出发展开了分析，这一过程中消除了影响哈龙替代品开发的关键性因素。

在长时间的试验研究中，工作人员从保护对象的安全性、贮运性能、灭火效率、人体安全性、环保性能五个角度出发对火灾发生时哈龙灭火系统呈现出来的特点进行了分析，最终得出以下结论：只有能够高效抑制复燃、快速灭火、拥有较低GWP和ODP和较短大气寿命等12种性能要求的物质才是理想的哈龙替代品。由于较大的差异产生于气体灭火剂的灭火机理与理化性能之间，因此气体灭火剂应用时会在使用和储存过程中呈现出不同特点，因此筛选新一代气体灭火剂时采用单一化标准是不科学的。因此必须从化学物质性能角度出发，动态化调整筛选过程。为了对筛选过程进行简化，降低筛选成本并缩短周期，本文以哈龙灭火剂相关性能指标为基础，从12种性能角度出发对哈龙替代品进行了分类，以期通过筛选对相关化学物质的性能进行精确把握。经过筛选发现全氟己酮可以满足理想哈龙替代品的性能要求，因此可以作为新一代哈龙替代灭火剂长期使用。

二、新型气体灭火剂筛选试验方法

（一）灭火浓度确定

在空气中哈龙1301和HFC-125（C2HF5）分别拥有3vol.%和9vol.%的熄灭多种火焰浓度，因此灭火剂释放时间较长、存贮空间更大的为HFC-125（C2HF5），其会产生更低的灭火效率。在对一种物质近似灭火浓度进行推测的过程中，可以采用同系物灭火浓度数据或同类物质测量结果，事实上包含催化活性分子、反应性、物理活性的物质才可以用作灭火剂，在吸收热量的背景下，振动－转动模式在物理活性分子中会发生改变，在特定情况下，分解化合物也会导致额外热量被吸收，二者都会将火焰的温度降低；在增加此类型化合物有效性时，分子中原子数也会明显提高，但是同时升高的还有物质沸点。

在试验中，为了将程序、装置中的误差消除，美国有关研究小组指出在提高试验结果再现性时，可以利用杯式燃烧试验方法，试验中可以对HFC-227ea的MEC和氮气进行测量。结果显示，在气体灭火剂对液体燃料的灭火浓度测定中，标准化的杯式燃烧器试验方法和装置呈现出了较好的再现性，分别产生了6.62±0.14vol.% 和 32.2±0.7vol.% 的HFC-227eaMEC和氮气，这一数据可以作为基准数据用于分析不同气体灭火剂最低灭火浓度；而空气中没火机浓度测定方法、操作规范性对试验结果再现性和重复性具有直接影响。

（二）大气寿命估算

物质在大气中停留的时间越短，所造成的环境污染和臭氧消耗影响就越小，因此在心性气体灭火剂开发过程中，一个重要的环境影响指标就是大气寿命。对流层中物质的寿命同其化学、物理消耗速度具有直接联系，·OH自由基吸收可见-紫外光性质以及反应性是最为重要的影响因素。在流层中取代反应以及分子脱氢反应基础上，·OH可以将大气中的痕量物质有效去除。假设kOH为与·OH反应的速度常数，那么利用实验可以对这一常数进行直接测定。在对某物质的大气寿命进行考察时，必须对其纯度进行精确把握。事实上，影响试验结果的最大影响因素就是纯度，通常情况下规定烯烃以及其他不饱和化合物在试验样品中的含量应不超过0.1%。

（三）毒性分析

救火过程中，要想加大环境保护力度，维护火场人员的生命安全，降低新型气体灭火剂燃烧产物和分解物质的毒性至关重要。针对哈龙系列物质来讲，心脏敏感是主要毒性，会导致接触该物质的人员产生突发性心律不齐现象。因此哈龙替代品在使用过程中一个重要的限制性条件就是心脏敏感值。如果在火灾现场需要1min以上才能够将人员疏散，那么不可以在超过NOAEL浓度时对该物质进行应用。如果在火灾现场需要30s～1min的人员疏散时间，那么不可以在超过LOAEL浓度时对该物质进行应用。因此浓度高于LOAEL的灭火剂仅可以在30s内可以完成人员疏散的火灾现场进行应用，而工作人员必须在采取全面的防护措施基础上才能够进入该区域。部分研究人员指出，在对灭火剂替代品毒性进行确定的过程中，应实施包括慢性毒性、基因毒性、毒性发展和再生、致癌性在内的一系列毒性试验，目前广泛应用的灭火剂替代品毒性试验方法为极限试验。

三、结语

综上所述，在明确筛选哈龙替代灭火剂的标准基础上，能够完善新型气体灭火剂的开发设计策略，同时制定详细的筛选试验方法，在对比分析包含第一代哈龙替代品、哈龙1301在内的气体灭火剂性能基础上，能够更加明确气体灭火剂的发展历程，在灭火浓度确定、大气寿命估算和毒性分析等的基础上指出了哈龙替代技术发展的关键方向为构建先进的气体灭火剂性能筛选试验方法。在此基础上能够为新一代气体灭火剂的开发奠定良好基础。

参考文献：

孙建清，邱波，田志定.新型船用CFA气体灭火剂及其灭火系统装船适用性分析和研究[J].船舶，2017，（02）:59-64.

徐锴.现阶段我国有线电视前端机房消防设备配置状况分析与建议[J].视听界（广播电视技术），2016，（04）:61-64.

陈涛，薛岗，王荣基，周彪，傅学成，周晓猛.洁净气体灭火剂与火焰作用过程中氟化氢的产生量研究[J].安全与环境学报，2015，（03）:157-160.

李勤华，谈玲华，冒爱琴，高飞，潘仁明.氢氟烃洁净气体灭火剂的灭火性能及机理研究进展[J].安全与环境学报，2016，（02）:138-143.

彭玉辉，曾勇，郑兴海.舰船哈龙灭火剂的替代产品和气体灭火剂的选型分析[J].中国舰船研究，2017，（05）:72-75.

李亚峰，胡筱敏，刘佳，张玲玲.新型气体灭火剂七氟丙烷的性能及其应用[J].工业安全与环保，2015，（02）:39-40.