A类泡沫灭火剂的发展与瞻望

来源:天津消防研究所灭火剂室主任 傅学成 | 发布时间:2011-7-19 |

【摘要】：简要回顾了A类泡沫的发展历史,对A类泡沫的灭火机理进行阐述。介绍了A类泡沫的研究进展及实际使用状况,并以此为基础对A类泡沫的优点和缺点进行总结,指出了A类泡沫研究的未来发展方向。

    在NFPA 1150标准中，将A类泡沫灭火剂定义为“用于A类可燃物火灾的泡沫灭火剂”。A类泡沫zui早起源于北美，由于其具有诸多优点，目前已在众多国家和地区投入使用。我国对于A类泡沫的应用尚处于起步阶段，对其性能的认识和研究甚少。所以有必要对A类泡沫的发展历史、灭火机理和研究现状作一介绍，使国内消防工作者对其有全面深入的认识，为A类泡沫在我国的科学发展与合理应用指明方向。

1 A类泡沫的发展历史

    20世纪70年代中期，美国德克萨斯州森林防火部门研制出一种专门用于扑救森林火灾的“Texas SnowJob”泡沫灭火剂，这是A类泡沫的zui早雏形。这种泡沫不仅具有良好的隔热保护性能，还具有良好的灭火效力，相比于传统方法的用水量更少，所以其在消防用水供应经常受限制的领域，如森林和乡村消防领域得到了迅速的应用。
    2O世纪8O年代，随着技术的不断改进，现代意义上的A类泡沫开始出现。它不仅具备常用清洁剂的表面活性剂性质，还含有其他添加剂以提高其泡沫的润湿、渗透以及稳泡性能。A类泡沫真正引起人们的普遍关注并受到广泛重视，则是因为在1988年的美国黄石公园野生森林大火中，通过压缩空气泡沫消防车施加的A类泡沫具有良好的覆盖保护作用，使由小木屋式别墅组成的景观(four—story Old Faithful Lodge)在大火通过时被保住。
    20世纪90年代初，由于A类泡沫具有诸多优点，美国城市消防队开始将其与压缩空气泡沫系统CAFS(compressed air foam systems)结合起来，作为市政建筑物火灾的常用灭火工具。zui近十年，A类泡沫在美国市政*门的建筑物火灾扑救中被越来越多地使用，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。
 

2 A类泡沫的灭火及隔热保护机理
2.1 A类泡沫的灭火机理
    A类泡沫能够灭火本质上是因为A类泡沫所含有的水具有灭火作用。虽然A类泡沫的灭火有效组分依旧是水，但是A类泡沫对水的灭火能力具有“增效”作用。一般来说，A类泡沫灭火剂浓缩液的主要组分是表面活性剂，它能够使水的表面张力降低，从而提高水的润湿和渗透能力，这是A类泡沫比水灭火效率更高的一个主要原因。泡沫灭火剂所形成的泡沫结构可以作为一种“散热器”，吸收燃烧过程中产生的热量，再通过水的蒸发带走热量。垂直的表面往往很难被水润湿，即使其有一定的吸水能力，但是如果水以泡沫形式存在，则会使很大一部分水保持在可燃物表面，尤其是垂直表面，对表面提供一种“润湿”作用，吸收燃烧产生的热量并散发热量。
    此外，A类泡沫所形成的泡沫结构，对于水的灭火能力提高及水流失的减少具有重要作用。当使用A类泡沫进行火灾扑救时，泡沫内部的空气因为受热而使气泡破裂，导致水溶液变成直径很小的小水滴，然后在靠近火源的地方很快蒸发。即A类泡沫能够作为一种“载体”，使粒径大小合适的液滴到达火焰／燃料交界面，确保液滴不会在“途中”蒸发。
    除了上述的冷却作用，A类泡沫还可以覆盖在燃烧物表面形成一个非导热层，这种非导热层能阻止热量对可燃物的辐射，并且能够反射热量。由于这种非导热层的覆盖作用，还可以使燃料隔绝空气中的氧气，从而提高其灭火能力。
2.2 A类泡沫隔热保护的机理
    用于隔热保护的A类泡沫在物理外观上一般类似于剃须膏或生奶油，与用于灭火的A类泡沫相同的是，隔热保护泡沫一般由空气、相对少量的水和A类泡沫浓缩液组成。而与易于流动的灭火泡沫不同的是，隔热保护泡沫一般具有流动性差、稳定性好、析液速率较慢等特点。
    一般来说，由于空气是隔热保护泡沫的主要组分，而空气的热传导性较低，所以此类泡沫能成为绝热物起到隔热保护的作用。但由于试验手段缺乏等条件的限制，对A类泡沫隔热保护机理的研究还不够深入，对泡沫热性能的认识还处于探索阶段。
    Tafreshi等人对隔热保护泡沫的热物理性能进行过一些研究。结果表明，对于泡沫的热吸收等热性能来说，发泡倍数并不是关键影响因素，但是泡沫的粘附效力却对发泡倍数很“敏感”。低倍数泡沫由于其粘度较低，较易流动，因而不能较好地粘附在垂直表面。而高倍数泡沫则可能被火灾产生的气流吹走。因此，若以隔热保护为目的，产生恰当倍数的泡沫十分重要。
 

3 国外A类泡沫灭火剂的研究及应用状况
3.1 森林消防领域
    从A类泡沫的发展历史可以看出，森林消防是zui早应用A类泡沫的领域，同时也是A类泡沫应用技术zui成熟的领域。从A类泡沫zui初发展开始，森林消防管理部门一直将其作为森林火灾防护的常用工具之一。
    根据美国*发布的报告显示，将A类泡沫用于森林火灾防护是非常有效的。A类泡沫可以降低水的表面张力，使其快速浸润到燃烧的树木和其他植被中，并且能够有效防止复燃。喷射A类泡沫还能在草地或灌木上形成一个潮湿的火灾屏障，或者喷射到建筑物上，防止大火通过时引燃建筑物。
3.2 市政消防领域
    将A类泡沫用于市政消防领域，如建筑物火灾扑救，则是森林火灾扑救的“副产物”。美国森林消防队在扑救森林火灾时，经常要同时扑救处于林木中的建筑物火灾。于是他们发现A类泡沫对扑救建筑物内部火灾非常有效，能够大大降低灭火时间，减少控火和灭火所需的用水量，并有效防止复燃。而在此之前，正确使用A类泡沫扑救A类火灾，特别是建筑物火灾，并没有被很好的认识和了解。为了加深这种认识，使A类泡沫在市政消防领域同样成为一种有效的灭火工具，国外一些消防管理部门与消防研究机构从2O世纪9O年代初，陆续开展了多项基础及应用性研究。
    美国弗吉尼亚州Fair郡*、美国海jun研究实验室以及美国 消防管理局合作进行了一系列的全尺寸建筑火灾试验。试验结果显示，相比于水，A类泡沫的灭火时间减少了一半。即使使用更大的火灾负载和更长的预燃时问导致灭火时的温度更高，结果同样如此。美国陆jun消防管理局还同UL实验室进行了一系列2O *别的木垛火试验。此项研究中比较了6种A类泡沫(均为美国*检验合格的产品)和水的灭火性能。试验结果表明，与水相比，这6种A类泡沫均具有更短的控火和灭火时间。美国国家火灾防护研究基金会(NFPR)开展过一项旨在量化A类泡沫灭火效力的研究。在一个2.5 m×3.6 m×2.5 m的封闭空间进行了一系列的燃烧试验，同时使用量热计进行燃烧热释放的测量，灭火效力则以灭火剂的用量和热释放速率降低到500 kw 所需时间来衡量。试验结果表明，以26.5 L／min的速率喷射时，使热释放速率减小到500kW，A类泡沫比水所需的时间更短。
3.3 A类泡沫的优点和缺点
    根据目前对A类泡沫灭火剂在基础及应用方面的研究结果，可以归纳出A类泡沫所具备的优点和缺点。
    A类泡沫的优点：(1)比水具有更快的控火和灭火速度；(2)提高了水的使用效率和保持能力；(3)成本相对较低；(4)对建筑等具有隔热保护作用；(5)火场清理快速，同时降低了由于流失水造成未燃烧建筑部分的次生灾害，达到节水的目的；(6)与CAFS系统联用时，可以减轻水带的质量、增加射程。
    A 类泡沫的缺点：(1)A类泡沫灭火剂浓缩液通常是一种化学危险品；(2)对皮肤、眼睛和上呼吸道有一定的刺激性；(3)对某些金属具有一定的腐蚀性；(4)在生物降解性、长期环境影响等方面的安全性仍不能*肯定。
 

4 我国A类泡沫灭火剂的研究现状
    国外有关机构对A类泡沫及其相关技术应用较早、研究较多，而A 类泡沫引入中国则相对较晚，国内的消防工作者对其认识和理解还不够深入，相关的技术研究也基本处于空白状态。
    目前， 天津消防研究所承担了国 家“十一五”科技支撑项目“A类泡沫保护和灭火性能评估及其应用技术的研究”课题，综合考虑国内外各项研究存在的不足以及A类泡沫的实际使用需要，笔者的研究主要集中在以下几个方面：
    (1)为基础性研究试验提供具有可控的和可重复性的A类泡沫。实战用的压缩空气泡沫设备无法适用于试验性研究，一方面是因为灭火剂的流量过大，产生远超出试验所需量的泡沫。另一方面是因为无法灵活地控制产生泡沫的数量和状态，无法进行的重复性试验。为此，笔者开发了试验的压缩空气泡沫系统，很好地解决了上述问题。
    (2)对使用A类泡沫进行A类火灾扑救时的灭火性能进行量化研究，通过试验获得了可靠的量化指标，从而确定A类泡沫的灭火性能水平。进一步的研究包括确定何种发泡倍数、析液时间和泡沫结构zui适宜的灭火手段，探索使用A类泡沫时适宜的操作实施方法，从而使*门XCA类泡沫的评价、认识更加统一，使用更加科学合理。
    (3)对A类泡沫的隔热保护作用进行了深入的研究，建立了A类泡沫隔热保护性能评价方法，评估了国内外多种A类泡沫的隔热防护能力，确定何种状态的泡沫更适合于隔热保护。
 

5 结 语
    目前国内各消防队已经陆续购置了原装和组装压缩空气泡沫消防车100余辆，并力争使其成为未来的主战消防车，但在具体的实战应用上仍然存在很多不足和需要改进的问题。比如，对A类泡沫结合压缩空气泡沫系统使用时的机理和性能认识不足，无法根据不同的灭火工况需要调整出相应合适状态的泡沫。本着合理利用资源，充分发挥其优势的目的，  天津消防研究所课题组XCA类泡沫灭火剂及其相关技术进行的系统研究，为消防*尽快掌握并正确使用压缩空气泡沫灭火技术提供相应的，促进A类泡沫在我国得到科学的发展与合理的使用，同时还可以作为消防 部 队的技术支撑和火灾预案制订的技术基础。