1. 研究目的与意义
在我们的日常生活中，粮食和食用油类是必不可少的。由于粮食油料具有一些特殊性质，因此粮食和油料的集中贮藏和储存处的防火也就显得格外重要。5月31日13时16分,黑龙江省大庆市林甸县中储粮直属库发生火灾,78个露天储粮囤、5.14万t粮食过火,明火暗火整整烧了27h,造成粮食损失约1000t,价值约284万元,储粮资材损失23.9万元,火灾直接损失共约307.9万元。这也对用于粮食油料的灭火剂的性能提出了更高的要求。
水成膜泡沫灭火剂(Aqueous film forming foam，AFFF)是泡沫灭火剂家族的重要新成员[1-2]。自1964年起，为应对飞行器事故引起的火灾，美国海军研究所和3M公司一起共同研制开发了AFFF以及其所用装备。由于其具有#8220;三高、两憎#8221;(高表面活性、高热稳定性、高化学稳定性；憎水、憎油)的独特性能，在众多工业发达国家作为灭火剂已广泛应用数十年[3-4]。我国在20世纪80年代初，由公安部天津消防科学研究所等单位研制成功第1代AFFF[5]。目前，我国AFFF研究也与世界发展潮流一样，正朝着绿色环境友好的新型灭火剂方向迈进。国内外针对氟碳类表面活性剂及其复配的灭火性能已进行了不少研究[4,6-7]，本实验旨在这些研究的基础上进一步进行配方的筛选与性能的优化，更好地帮助解决粮食油料的灭火难题。
2. 研究内容和预期目标
本实验的研究内容是在了解火灾情况的基础上，针对粮食油料场所火灾的概况与特点进行研究与分析，并对灭火剂的产生及发展历程进行研究与概括，从中选择最适用于粮食油料灭火的灭火剂。最后进行灭火剂的表面性能、发泡稳泡性能、铺展性能、灭火性能的测定，YM-316与碳氢表面活性剂的配伍选择与配方确定，并进行灭火剂的性能优化。
本实验旨在从众多灭火剂中选取最适合进行粮食油料灭火工作的灭火剂，并通过实验进一步研究其各项性能、配方等方面，从而达到优化、提升灭火性能的目的，进而为粮库等储粮场所预防火灾工作提供一定的解决方案和帮助，为后续进一步对于粮食油料灭火剂的研究打下基础。
3. 国内外研究现状
水成膜泡沫（Aqueous Film Forming Foam，AFFF）灭火剂，又称为#8220;轻水#8221;泡沫灭火剂，是国外20世纪60年代发展起来的一种高效灭火剂[8]。水成膜泡沫溶液以氟碳表面活性剂为主要原料，同时又包括碳氢表面活性剂、稳泡剂、抗冻剂等助剂。凭借其较高的表面活性，在灭火过程中，AFFF可以沿可燃性液体表层向四周扩散，并由泡沫析出的液体形成一层水膜，使泡沫和可燃性液体之间分隔。该水膜不仅能隔绝燃料表面与氧气接触，还能对燃料表面进行冷却降温；同时，泡沫中析出的水在高温下蒸发为水蒸气，稀释可燃性液体上方的氧气浓度。此三重因素协同作用，达到灭火效果。下面将其国内外研究现状概述如下。
1 国内外灭火剂配方研究历程
1.1 我国灭火剂种类年数表
时间段 | 具体时间 | 灭火剂种类 |
建国前 | ~1949 | 水 |
建国后到文革前 | 1949~1966 | 水、二氧化碳、四氯化碳、化学泡沫和蛋白泡沫灭火剂。 |
文革后到改革开放前 | 1967 | 6%蛋白泡沫灭火剂。 |
1968 | 第一代碳3酸氢钠干粉灭火剂、碳酸氢钠干粉灭火剂 | |
1973 | 改性钠盐干粉灭火剂 | |
1974 | 烟雾灭火剂 | |
1975 | 粉剂型高倍数泡沫灭火剂 | |
改革开放至今 | 1979 | 第一代水成膜泡沫灭火剂 |
1980 | 高效化学泡沫灭火剂 | |
1985 | 磷酸铵盐干粉灭火剂 | |
1990 | 第三代耐温耐烟高倍数泡沫灭火剂 | |
1991 | 氯化钾干粉灭火剂 | |
2001 | 六氟丙烷灭火剂 | |
2002 | 三氟甲烷灭火剂 |
1.2 我国灭火剂发展概述
由表可知，建国前我国科技并不发达，以最原始的水为主要灭火材料。在建国后到文革前，开始出现不同种类的灭火剂，中国灭火剂行业开始初步得以发展。文革后到改革开放前，在借鉴国外灭火剂的基础上，中国灭火剂行业开始迅速发展。改革开放至今，随着科技水平的迅猛发展，灭火剂行业真正得以腾飞。
1.3 国外新型灭火剂研究概况
1.3.1 水成膜泡沫灭火剂(AFFF)
本世纪60年代初期由美国海军研究所率先开发出的水成膜泡沫灭火剂[3],以合成表面活性剂为发泡基,添加的氟碳表面活性剂将其表面张力降低到18mN/m以下,泡沫在油品火表面流动异常迅速,并以泡沫和水膜的双重作用灭火,灭火后水膜在泡沫消失后可在油品表面停留一段时间,有很好的封闭和抗复燃性能,且性能稳定,贮存期可达18a一25a,是泡沫灭火剂中性能最好的产品。
1.3.2.A类火泡沫
美国90年代推出的新产品,以极低的混合比产生稳定性很高的泡沫,主要用于大型A类火场所包括建筑物火灾的扑救和火场周围的保护,当加大混合比后亦可扑救B类火灾。此类产品我国尚未开发。
1.3.3.提高吸热率的水系灭火剂
水的灭火机理主要是冷却,提高水的吸热率,增强了水的冷却效果,也就提高了水的灭火能力,如美国的oIadexMeetxiTetx等,据报导可将水的吸热率提高几十倍至数百倍。此外如北美环球公司生产的向我国市场大量推销的冷焰302,也属此类产品。
1.3.4.热气溶胶
这是一种在替代哈龙的大气候下,由俄罗斯率先开发的一种气溶胶灭火剂、其主要组分类似干粉灭火剂,以火炸药引爆,其生成的惰性气体和固体颗粒形成气溶胶,其灭火机理是惰性气体的隔氧和碱金属离子的化学抑制作用,应用于固定式全淹没灭火系统。由于火炸药引爆和气溶胶出口温度过高,具有一定的不安全因素,近年来,我国开发热气溶胶的单位正在改进之中。
2表面张力性能测试的测定方法
按GB15308-2006的要求[9]，采用A801S全自动表面张力仪以拉起液膜法[10]测定溶液表面张力，并计算相应的临界胶束浓度(CMC)；采用NDJ-9S数显粘度测量仪测定粘度。
3发泡稳泡性能的测定方法
发泡倍数采用GB15308-2006的中低倍数泡沫的检测方法[9]进行测定；25%析液时间按肖进新等[7]方法修订为：取250 mL带塞量筒，加入一定体积的水成膜泡沫液V1，用力振摇，直到泡沫液的高度无明显变化为止，同时，记录数据V2，则水成膜泡沫液的发泡倍数为V1/V2。静置试管数分钟，然后去掉塞子，记录析出25%液体的所需时间即成。
4铺展性能的测定方法
按肖进新等[7]方法修订为：在直径为6.0 cm培养皿中放入20.0 mL环己烷，用微量注射器匀速将40 μL YM-316及其复配的溶液滴加至环己烷表面，记录溶液从接触环己烷开始到完全铺满整个液面的时间，以此表征溶液的铺展性能。
5灭火性能测试的测定方法
对于灭火剂的性能测试国内主要有以下几种测定方法和标准：
5.1测定方法
5.1.1.参照端木亭亭[11]等的试验方法，可以得到表面张力、铺展系数、pH、粘度、发泡倍数、析液时间、稳定性、灭火时间、抗烧时间这九大指标，并通过与国家标准要求[9]的对比并加权比较得出结论。该方法的优点在于较为全面直观的展现出了泡沫灭火剂应有的性能以及可能存在的不足。
5.1.2.用俞雪兴等[12]的方法进行测定，通过灭火剂产生泡沫溶液供给强度和抗烧时间并结合灭火现象综合得出结论。但缺点是参考指标较少，一定情况下可能会得出错误的结论，需要结合其它方法综合得出结论。
5.2测定标准
泡沫灭火剂国家标准[9]
4. 计划与进度安排
研究计划及进度：
2022.12.26~2022.01.03熟悉课题、检索文献并整理；
2022.01.04~2022.02.28完成开题报告的撰写，对英文资料进行翻译，制定实验方案；
5. 参考文献
[1] KISSA E. Fluorinated surfactants: synthesis, properties, applications[M]. New York: Marcel Dekker,1994.
[2] 肖进新,赵振国. 表面活性剂应用原理[M].北京化学工业出版社,2003:32-36.
[3] Tuve R.L, Peterson H.B., Jablonski E.J., et al. A new vapor-securing agent for flammable-liquid fire extinguish-ment[J].Naval Research Laboratory Report, 1964(3): 6957.
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