化学消防.doc

化学消防

燃烧有三个要素:
•存在可燃物-木材、纸张、石油、纺织、易燃气体等。
•存在助燃物-凡能帮助和维持燃烧的物质，均称为助燃物。常见的助燃物是空气和氧气以及氯气和氯酸钾等氧化剂。

•存在点火源-凡能引起可燃物质燃烧的能源，统称为点火源。如明火、撞击、摩擦高温表面、电火花、光和射线、化学反应热等。

灭火有三种方法：
•隔离-切断可燃物供应。
•窒息-分离可燃物与氧化剂
•冷却-降低温度到着火点以下,通常用水。

有5个主要类型的灭火器:水、泡沫灭火器、二氧化碳灭火器、BCF(或1211灭火器)和干粉灭火器。灭火器的选择取决于着火燃料的类型,以及是否有危险的电器设备。
介绍
物质被点燃后，迅速氧化并产生光和热，这种现象被称为燃烧。目前最常见的氧化是与空气中的氧气反应，但已经氧化的化学物质，如硝酸盐，氯酸盐和过氧化物也可以继续被氧化并成为不应该被保存下可燃材料。化学反应的火焰很复杂，并涉及自由基链反应，而且总体散发的热量很大。有机化合物经过完全燃烧的主要产物是二氧化碳和水，但通常在火灾时燃烧是不完全的，会产生固体物质，烟，和其他气态物质。

在高温条件下许多常见的物质都可以燃烧，进行氧化反应，燃烧所需的最低温度称为着火点。氧化反应会散发大量的热从而维持了燃烧所需的温度。温度越高，反应越快。如果反应产生的热量比它可以消散到周围的热量快的话，就可能产生爆炸。

“闪点”是燃烧的最低温度，它是被加热物的蒸气与周围空气的混合气，达到一定浓度时可被火星点燃时的最低温度。例如-甲醇，11℃；乙醚，-45℃；正己烷，-21℃；苯，-11℃。气体的“自燃温度”是在没有火花和火焰的条件下，能够在空气中自燃的最低温度；例如-氢，580℃；汽油，550℃；城镇燃气，600-650℃。

火焰有三种传热方法，热传导，对流换热和热辐射。热传导是通过直接接触的材料使温度以能量的方式梯度转移。这不是火灾蔓延的主要方式。最主要的传热方式是依靠气流进行热量传递。热辐射也很重要，它是火焰通过发射红外线辐射并由另一个机构吸收和转换这种辐射热。火灾通过热辐射以及对流换热两种方式传播，控制火灾传播的方法是提高其它物质的自燃温度。

根据被烧毁的材料的性质以及是否存在带电电器给火灾分类（可燃物）。扑救的方法取决于可燃物的种类和是否有带电电气。一般的方法包括切断燃料供应（隔离），隔绝空气（窒息），或降低温度（冷却）。

火灾分类
火灾是按可燃物的性质性质和电气设备是否参与来分类。
新西兰已经通过了英国火灾的分类标准：
A类：固体有机物。木材，纸，纺织品，塑料制品，谷物，干草，糖，煤气等；
B类：涉及易燃液体或可液化固体。汽油，煤油，润滑油，油脂，蜡，上光油，松节油，油漆，醇，丙酮，有机溶剂等；
C类：涉及可燃气体。压缩天然气（甲烷），丙烷，丁烷（液化石油气），氢。一氧化碳等；
D类：涉及可燃金属。钠，镁，锂，铝等；
E类：电气火灾。由用电器引发的火灾。
在美国，电气设备火灾，采用和澳大利亚一样的C类火灾分类。

可燃物的性质和电器的危害决定灭火方法。表1总结了不同类型的灭火器。根据大量的真实情况来确定不同类型灭火器的适用范围（即根据火灾的类型选择灭火剂），同时也考虑到可能的不良副作用。

表1-灭火的方法
分类
灭火器
方法
备注
A类
水，泡沫灭火器，ABC干粉灭火器
冷却，窒息
降温并且隔绝可燃物与空气
B类
干粉灭火器，泡沫灭火器，二氧化碳灭火器,BCF
窒息
隔断空气，可能重燃
C类
干粉灭火器， 二氧化碳灭火器,BCF ，水雾
窒息，冷却
隔绝空气，可能重燃，需要专用设备
D类
特别的干燥粉末或砂子
窒息
如果用水会产生氢气并爆炸
E类
干粉灭火器，BCF，　　二氧化碳灭火器
窒息
隔绝空气，可能重燃

化学灭火器
水
水的作用就是冷却燃烧的可燃物。水既便宜又能实现高压灭火。如果温度上升到一定值以上时建筑喷水器会自动启动。高压水由附着在建筑物上的垂直管道供应。许多建筑物都连接到消防喉辘进行紧急供水。
水的冷却作用主要是由于其汽化热。水的摩尔热容Cp,m,是75kJ-1·mol-1，比热容Cp是4.18kJ-1·g-1。因此把一公升的水从25℃加热到100℃会吸收313 KJ的热量。但它的气化摩尔热ΔvapH(H2O,l) 是42kJ·mol-1，即一公升的液态水在100摄氏度时完全汽化需要吸收2300KJ的热量。
若通过燃烧木材的量计算这是多少热量。木材主要是由纤维素，葡萄糖聚合物组成。葡萄糖燃烧放出的摩尔热ΔcH(C6H12O6)是-2803kJ·mol-1，从这点很容易计算，1公斤的葡萄糖完全燃烧释放15600KJ的热量。因此七公升的水，将需要吸收燃烧一公斤木头的热量。
水只能用来扑灭A类火灾，即固体可燃物着火时。大多数液态有机物密度比水小，所以会浮在水上继续燃烧，燃烧的液体滴也可能发生溅射。在电气设备参与的火灾中，水可导致短路而产生火花点燃四周，还会使其他物体都带电。活性金属—如钠与水在室温下剧烈反应产生氢气，活性较低的金属—如铝与水在较高的温度下发生高度放热的反应：
2Al(s) + 6H2O(g) → 2Al(OH)3 + 3H2(g)
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)
最简单的水灭火器是一个软管连接到一个高压供水系统。13毫米的消防软管必须能够承受每分钟14升水即225kPa的压力，19毫米的软管要承受150kPa的压力。
激活手提式水型灭火器时要先将其颠倒，使内部的硫酸和碳酸氢钠混合释放二氧化碳，来提供必要的压力。现在已经禁止了。现代灭火器只需有足够的氮气来提供喷水的压力，或者把非常易挥发的液体，通常二氧化碳充入灭火盒。以某种方式打开灭火器盒为灭火器提供足够的喷水压力。

泡沫
泡沫是一种充满稳定质量的空气的气泡，并比石油，汽油或水的密度低。给适于泡沫形成的水的表面加入表面活性剂，当压力被释放时形成泡沫溶液和空气的混合物
泡沫灭火的原理：
• 覆盖可燃物表面使隔离氧气
• 隔离可燃物切断供应
• 降低可燃物和邻近的环境的温度
• 抑制释放的易燃的气体与空气混合
碳氢化合物，水解蛋白质和多种表面活性剂溶剂的使用，是针对不同的火灾类型使用。他们用于A类和B类火灾。
二氧化碳
二氧化碳在5.11atm和-57℃的条件下与6x10-3atm和0℃的水相比都是三相点（气态、液态和固态同时存在）。冰在0C和1atm的压力下融化为液体水，然后被加热到100℃沸腾，固态二氧化碳（干冰）在-78℃升华，是直接在大气压下从固体变成气体。如果将25℃的二氧化碳气体压缩到67atm以上，则变成固体。这使得二氧化碳成为理想的灭火材料，因为它是可以在压力容器中以液体形式存在的材料，当阀打开时，发生快速蒸发喷出非常冷的二氧化碳气体云，快速扩张导致快速冷却，这就是Joule-Thomson效应。此外，由于二氧化碳的密度比空气大，它可以将可燃物和空气隔绝，使可燃物缺氧熄灭，这是二氧化碳最重要的作用，而不是散热作用。而且二氧化碳不能进一步被氧化。
二氧化碳灭火器不应该被用于A类火灾，因为气流会驱散固体颗粒或液滴，导致火势蔓延。此外，他们对固体可燃物的冷却效果不是很好。

BCF（Halon1211）
BCF或Halon1211是CF2ClBr，1211这个数字是每个CF2ClBr分子中碳，氟，氯溴原子的个数。Halon1211不会自燃。它的沸点是-4℃，因此它很容易在常温下的液化，在20℃时的蒸气压是2.3atm。与二氧化碳的1.1g·L-1的蒸气密度相比，蒸气密度为16.5 g·L-1的CF2ClBr在隔绝空气时具有优异的性能，其容器压力比二氧化碳要小得多，也不是那么容易使火灾蔓延。与空气隔绝不是其灭火的唯一途径。他们作为在火焰中的自由基清除剂，终止传播链反应。（从某种意义上说，他们是抗氧化剂）。它适用于所有的火灾类型。
在保护臭氧层Montrial协议中，BCF禁止使用。然而，在特许的航空，海运和航运中可以使用，直到找到可行的替代品。

干粉
除了沙子，还有两个主要干粉用于灭火。他们用于常规的B类或C类火灾，其主要成分是NaHCO3（碳酸氢钠），多功能干燥灭火器主要用于A，B和C类火灾，其主要成分NH4H2PO4（磷酸二氢铵）。现在后者几乎完全（99％）取代了前者。
通过加压氮气喷出干粉或二氧化碳罐水灭火器。
碳酸氢钠加热到270℃时分解。化学反应：

是吸热反应;吸热的热量随温度的增加而增加。它的变化范围在25℃，4×1.8×10-5到4*108，427℃。因此，碳酸氢盐在加热下分解为和碳酸盐，二氧化碳和水。因此，碳酸氢钠通过吸收热量后反应生成的产熄灭火。在下融化。数据资料显示单磷铵AST的熔点是190℃，没有提及它的分解。为了进一步调查这种化合物的分解，本文作者用坩埚加热一些。立即产生雾气并形成巨大的水泡状的气泡，这些气泡都是相当大，一旦破裂。没有氨气味。一会儿后停止冒泡和产生一种粘性液体。他下一步研究的化合物，在差示扫描量热（DSC）它记录了吸收热量的数额，随着温度的稳步上升。当固体融化，它显示了在熔点尖峰。磷酸二氢铵表明大熔点吸收的热量，但连续吸收高达350℃。到这阶段260 J·g-1的热量被吸收。这表明在410-430和500-580℃是另外两个小吸收，提出进一步的化学变化。当冷却到25℃形成一种白色固体，但加热炉没有吸收热量或熔化。
这一切最可能的解释是，OH-发生聚合生成水，第一步是：
因此，这种化合物也可以在一个相对低的温度下熔化，吸收大量的热生成水，有效地扼制了火灾的温度。
家庭和车辆的灭火器是干粉灭火器。最小的二氧化碳灭火器包含2公斤的二氧化碳，因为气瓶必须承受很高的压力比干粉，体型笨重，成本昂贵。1公斤的干粉，4公斤的二氧化碳是高效的混合。

火灾探测与预防
火灾的早期检测
早期发现火灾，使它们能够在火源处被扑灭防止火灾蔓延。自感热喷头可以在火灾初期阶段启动。火灾探测器发出警报，一般根据三个原则-热，光或烟雾检测。
感热有几种类型。他们可以激活金属熔化组件，由上述目标温度改变材料的电导，激活的双金属片的移动。
无论是红外线或紫外线与光检测，他们“看到”火焰并激活报警。
烟雾检测有两种类型，电离室和光学烟雾探测器。前者包含一个非常小的放射源，通常是镅-241，5.5 MeV的α粒子发射器。当烟雾进入房间，从源头上发出的辐射电离颗粒增加气导，使电极之间的电流流动，该电流激活报警。在光学探测器，烟雾粒子通过吸收或散射中断连续光束。

物料
在可能的情况下使用不可燃材料，可以防止火灾。在硅酸盐的材料中氧元素已经处于最高氧化态。因此，他们不会被氧化，从而被广泛用于建筑中—混凝土，瓷砖，玻璃。建筑内部的墙壁往往是纸面石膏板结构。在一个房间起火时由石膏板吸收热量，石膏释放每公斤200克水。

这种水作为热屏障，确保背后的纸面石膏板的温度低于水的沸点，从而防止火灾蔓延。