AFFF1高浓度低冻点耐海水型水成膜泡沫灭火剂的研究

AFFF1高浓度低冻点耐海水型水成膜泡沫灭火剂的研究李汉明广东铭达科技实业有限责任公司,广东揭阳522000摘要：水成膜泡沫灭火剂是目前世界公认性能最佳的油类环保型灭火剂。针对目前该类产品大多为淡水型，耐寒耐盐性较差的特点，本文详细阐述了可弥补这些不足的高浓度低冻点耐海水型水成膜泡沫灭火剂的技术原理，研究方法，应用优势，并对研究成果进行了系统的分析。关键词：消防；泡沫灭火剂；超高浓缩；水成膜Abstract:Aqueousfilmingfoam-extinguishingagentisthebestperformanceoftheoil-typeenvironmentallyfriendlyextinguishingagentthatworldrecognized..Mostoftheseproductsforthecurrenttypeareoffreshwater,poorcoldtolerance,thispapercanbeelaboratedtoaddressthesedeficienciesofthehighconcentrationandlowfreezingpointofwater-basedandwater-resistantfilm-formingfoamfireextinguishingagentofthetechnicalprinciples,methods,applicationsadvantage,andtheresultsweresystematicallyanalyzed.Keywords:fireprotection；foamfireextinguishingagent;highconcentration;waterfilming1研究背景水成膜泡沫灭火剂是国际上重点发展的环保型灭火剂。目前世界上用于扑灭油类火灾的灭火剂主要有卤代烷（如1211等）、氟蛋白泡沫灭火剂及水成膜泡沫灭火剂等。卤代烷具有毒性并对大气环境造成污染，国际上在1995年已规定取消1211等卤代烷灭火剂的使用，我国也于2005年停止1211的生产。而氟蛋白泡沫灭火剂所用蛋白质大多由动物的蹄角、毛类经水解而成，内含较多的硫化氢、硫醇等恶臭物质，故产品在生产和使用过程中造成污染，在贮存过程中极易为细菌所感染而产生腐败，贮存稳定性差。而水成膜泡沫灭火剂的主要成分及加入的各种添加剂具有无毒无污染等特点。水成膜泡沫灭火剂同时是目前世界上公认的、性能最佳的油类灭火剂。在发达国家，油类灭火剂市场所占份额已达到75%，我国水成膜泡沫灭火剂研究、生产、推广还处于起步阶段，所占油类灭火剂的市场份额不足30%，发展空间巨大。在扑救油类火灾时，水成膜泡沫灭火剂由于其水成膜及泡沫的双重作用，具有极佳的灭火效果。较早开发出水成膜泡沫灭火剂的国外机构是美国3M公司。我国最近几年投入了大量的人力物力，研制生产出AFFF3及AFFF6型水成膜泡沫灭火剂，不过主要是淡水型产品，而且大部分存在着耐寒性及耐盐性较差等缺陷。用于海上油田、军舰、油轮等作业的水成膜泡沫灭火剂更是少之又少，效果也不理想。针对水成膜泡沫灭火剂存在的技术问题和海上作业的特殊环境（有限使用空间少、多寒气候、无淡水），也立足于社会的需求，研制开发超高浓缩耐寒海水型高效泡沫灭火剂“AFFF1高浓度低冻点耐海水型水成膜泡沫灭火剂（原液：水=1：99）具有重要的战略意义及商业价值。作者简介：李汉明，男，工程师，广东铭达科技实业有限责任公司总经理，广东铭达科技实业有限公司是集科研、生产、销售、服务为一体的高新技术企业，由铭达表面工业研究所和铭达消防材料厂组成。主要从事表面处理剂及消防泡沫灭火剂的研发生产。2研究内容2.1研究目标我们产品研制的目标是立足于高效的灭火效果、超高浓缩原液、优良的耐寒性及耐海水性能。其生产过程要求具有良好的环保性能以及原料来源易、生产投资相对少、能耗低、生产工艺简便等基本条件。产品要具有良好的灭火性能、较强的储存稳定性，同时储存空间较小，能够具备超倍的防火灭火效能，特别注重于海上的多寒气候，适应于海军舰艇、远洋巨轮、海上油井等作业。也可广泛应用于大型油田、油库、油船、机库等单位的固定灭火装置，还可适用各种移动式泡沫车、泡沫枪、泡沫钩管或手提式灭火器等设备，并能采用“液下喷射”方式来扑救大型油罐火灾。2.2产品应达到的性能指标和技术要求高浓度低冻点耐海水型水成膜泡沫灭火剂必须具有良好的耐海水稳定性，对自动系统及储存设备无损害、腐蚀作用，设备容易检修、维护、储存质量稳定、有效期长等性能。在技术要求上，高浓度低冻点耐海水型水成膜泡沫灭火剂既能按比例用高倍数（99倍量）的海水配制，也能用淡水配制，能够产生丰富及稳定的泡沫，在各类非水溶性可燃、易燃液体的表面上形成一层水膜。当把泡沫喷射到燃油表面时，泡沫在油面上散开，并析出液体冷却油面；同时在油面上形成一层水膜与泡沫层共同抑制燃油蒸发，使燃油与空气隔绝，并能使水膜和泡沫迅速向尚未着火的区域进一步铺展和覆盖，达到快速扑灭火灾，并防止复燃。主要技术指标满足：（1）原液与水配比1：99；（2）检测条件下灭火时间≤3min；（3）冻点－10℃以下；（4）发泡倍数≥5倍；（5）耐海水性能。3研究方法3.1研究所需设备主要生产设备有：合成反应釜、溶解罐、中和罐、沉降池、浓缩池、高压锅炉、板框压滤机等。主要检测设备有：可控温冷冻箱、老化箱、表面张力仪、水质测量仪、泡沫接收器、精密密度计、精细PH计、沉淀离心机、灭火试验盘、空气压缩机等。3.2研究技术原理AFFF1高浓度低冻点耐海水型水成膜泡沫灭火剂由氟碳表面活性剂（简称FC）、碳氢表面活性剂（简称CH）为主要成份，加入为提高物质溶解度的增溶剂和改进泡沫性能的添加剂（含硅表面活性剂、泡沫稳定剂、偶合剂、抗烧剂、铺展剂以及螯合剂等）及水组成。FC表面活性剂是“轻水”泡沫中的主要成份，其作用是降低水的表面张力，以使泡沫水溶液可以铺展在油面上，形成一层水膜而对油面实施密封，从而达到灭火并增强其抗复燃能力。它与CH的恰当组合决定着水成膜泡沫灭火剂的基本性能。FC在原液中的比例为2–10%，它可以是一种，也可以是多种按比例混合。FC亲水基团可以为阴离子型或阳离子型的，也可以为两性型，其疏水基团也可多种类型。通过上百次的实验筛选，我们选用的FC表面活性剂有多种，其中两种分别具有如下分子式：C8F11SO2NHC3H6N+（CH3）2·CH3I－及C8F11SO2NHC3H6N+（CH3）2CH2COO－FC的商品代号有FC—3，FC1157N及FC—134，DF—921等。“轻水”泡沫灭火剂原液中使用的CH表面活性剂是主发泡剂，用量为10～50%，它的主要作用是提供丰富的泡沫，降低“轻水”泡沫水溶液与油表面之间的界面张力，增加其与油料之间的亲合力，有助于水膜的形成和扩散。选择具有较好抗盐能力的阴离子型脂肪醇聚氧乙烯醚：a·烯烃磺酸盐、月桂醇硫酸钠，也可以是咪唑啉型或甜菜碱型两性表面活性剂。为了提高“轻水”泡沫在油类表面上快速铺展成膜，产品原液加入1～5%有机硅表面活性剂，它在水溶液或非水体系中都有很高的表面活性，能够降低泡沫溶液表面张力，也可以降低泡沫水溶液与油面间的界面张力，提高了泡沫的铺展及灭火速度。“轻水”泡沫在油类表面上成膜、铺展的条件遵遁Harkins公式：Sw/o=עo－（עw＋עow）式中：Sw/o铺展系数（mN/m）；עo油的表面张力（mN/m）；עwAFFF1水溶液表面张力（mN/m）；עow油表面与AFFF1之间的界面张力（mN/m）。Sw/o必须大于零，“轻水”泡沫才有可能在油类表面上铺展。Sw/o数值大，则铺展快。据Harkins公式，为了使AFFF1水溶液的表面张力עw，油与AFFF1界面张力עow二者之和尽可能小，我们通过多次复配实验，反复筛选，确定了AFFF1的最佳组成和各组份的最佳含量。“轻水”泡沫灭火剂原液中的泡沫稳定剂、助溶剂及偶合剂是本产品中最重要的成份。在配制高浓缩液时，它们能够提高氟碳表面活性剂与其它物质的溶解度及互溶性，同时增强泡沫原液与水的混溶结合能力，并可增强泡沫的稳定性和降低泡沫液的凝固点。它们是尿素、正辛醇、正壬醇、正丁醇，也可以是十二醇、异丙醇、异丁醇、癸醇、乙二醇醚。为了改进产品在海水中的发泡及稳泡性能，产品原液中含有1~5%的螯合剂。它与其它表面活性剂具有优异的配伍性，能明显地提高混合体系的耐盐性和抗硬水性，同时，具有很好的表面活性及螯合力。它可以是羟基乙叉二磷酸盐或EDTA或EDTA二钠或N·酰基·乙二胺三乙酸。“轻水”泡沫灭火剂原液中还含有0.5~1.5%的高分子表面活性剂，用在改进泡沫的抗复燃能力和自封能力。它们可以是甲基纤维素、羟乙基纤维素、改性黄原胶、聚氧乙烯、聚乙烯醇等。4研究成果与分析4.1产品配方成果AFFF1高浓度低冻点耐海水型水成膜泡沫灭火剂原液配方如下：FC表面活性剂——2–10%CH表面活性剂——10~50%含硅表面活性剂1~5%泡沫稳定剂——3~10%助溶剂——5~15%偶合剂——2～8%螯合剂——1~5%抗烧剂——0.5~1.5%抑菌剂——0.5~1.5%铺展剂——0.5~1.5%4.2产品生产应用流程AFFF1高浓度低冻点耐海水型水成膜泡沫灭火剂原液生产主要工艺流程如下：水碳氢表面活性剂泡沫稳定剂、偶合剂、增溶剂中控停止加热溶解罐溶解罐溶解罐90℃搅拌搅拌泡沫偶合剂、增溶剂氟碳表面活性剂含硅表面活性剂合成反应釜加温90℃左右保温90℃降温±60℃搅拌混合搅拌溶解慢慢加入搅拌搅拌均匀抑菌剂、高分子表面活性剂、螯合剂成品———抽检合格———压滤———溶解罐3.3产品主要性能指标表（1）序号检验项目名称标准要求及标准条款号实测结果本项结论备注1抗冻结、融化性能（不受冻结、融化影响的泡沫液）无可见分层和非均相（4.1）无可见分层和非均相合格2PH值6.0~9.5（4.1）9.5合格产品经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验测试中心检验合格。4.3产品质量分析4.3.1产品执行标准产品生产执行国家标准《GB17427-1998》。4.3.2产品自检结果符合国家标准要求AFFF1高浓度低冻点耐海水型水成膜泡沫灭火剂自检结果如下表（2）所示：表（2）3沉淀物，（体积%）老化前≤0.25；沉淀物能通过180um筛。（4.1）0.04；沉淀物能通过180um筛合格老化后≤1.00；沉淀物能通过180um筛。（4.1）0.04；沉淀物能通过180um筛合格4流动性泡沫液在最低使用温度时的流量应大于标准参比液体流量。（4.1）在﹣17℃时，泡沫液流量大于标准参比液体流量。合格5扩散系数，mN/m正值（4.1）2.7合格6发泡倍数≥5.0（4.1）8.5合格725%析液时间，min≥2.5（4.1）3.0合格8灭火级别（ID级别）缓施加灭火时间≤5min（4.2.1）淡水3min合格海水3min25%抗烧时间≥5min（4.2.1）淡水13min合格海水8min强施加灭火时间≤3min（4.2.1）淡水2min合格海水2min合格检验项目标准要求1号样2号样3号样根据产品自检的结果，AFFF1高浓度低冻点耐海水型水成膜泡沫灭火剂的灭火时间、抗烧时间等主要性能指标均达到或优于国家标准要求。4.4产品成果优势特点“AFFF1高浓度低冻点耐海水型水成膜泡沫灭火剂”的技术关键是选择了新颖的泡沫偶合剂、助溶剂及有机硅表面活性剂，提高了物质之间的互溶性及溶解度。同时，使用海水发泡也能产生极低的表面张力，能在燃油类表面上快速铺展覆盖，从而达到隔绝空气而灭火。它的创新点在于：首创国内外泡沫灭火剂溶液与海水最大比例达1：99的指标（国家现有6%及3%检验指标），能产生高达8.5倍的泡沫（国家标准≥5倍），小于3分钟灭火（国家标准≤5分钟）。同时，产品在如此高浓度上、流动性检测在﹣17℃时，泡沫液体流量大于标准参比液体流量，更适用于在低温的环境下使用，也能保持产品长时间储存的稳定性。据此说明，产品的使用价值比其他类型的水成膜泡沫灭火剂具有更高的综合竞争