鹵代烷滅火劑的發(fā)展

一、概述鹵代烷由來

鹵代烷是以鹵素原子取代烴類化合物分子中部分或全部的氫原子后所形成的一類有機(jī)化合物的總稱。一些低級(jí)烷烴中的鹵代化合物具有不同程度的滅火能力，通常將這些具有滅火能力的鹵代化合物統(tǒng)稱為鹵代烷滅火劑。氧原子能使該化合物穩(wěn)定、減小毒性、降低沸點(diǎn)及增加熱穩(wěn)定性：氯和溴原子，特別是溴原子能提高該化合物的滅火能力，提高其沸點(diǎn)，但會(huì)導(dǎo)致該化合物的毒性增加，熱穩(wěn)定性降低。鹵代烷化合物種類繁多，但用作滅火劑的主要有五種：二氟一氯一溴甲烷、四氯二溴乙烷、二氯二溴甲烷、三氟一溴甲烷、一氯一溴甲烷。由于鹵代烷滅火劑的化學(xué)名稱復(fù)雜，不便于書寫和記憶。國際上通用的含溴氯氟烴的命名是依美國國家消防協(xié)會(huì)提出的命名原則命名的。它的編碼方式是按碳、氟、氯、溴、碘的次序排成的五位數(shù)，如無碘則第五位不作表示。如果末位是0則不作表示，成為4位數(shù)。數(shù)字前面冠以Halon(哈龍)字頭。

二、鹵代烷滅火劑的發(fā)展

1.鹵代烷的興起

人類歷史上最早使用鹵代烷滅火劑是在1900年使用哈龍104(四氯化碳)，因其具有較強(qiáng)的毒性未進(jìn)行推廣。1947年美國Purdne研究基金會(huì)組織有關(guān)部門綜合地對(duì)已經(jīng)研究成功的60余種鹵代烷做了系統(tǒng)的評(píng)估，根據(jù)其滅火性能和毒害作用的大小對(duì)60余種鹵代烷滅火劑進(jìn)行了篩選，最后確認(rèn)鹵代烷1211和1201是較為理想的滅火劑，這兩種鹵代烷滅火劑被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。從這時(shí)起，鹵代烷滅火劑作為一種高效滅火劑應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。

2.鹵代烷滅火劑的優(yōu)點(diǎn)

鹵代烷滅火劑主要特點(diǎn)體現(xiàn)在：A具有滅火效率高、毒性小。B既可用于固定滅火系統(tǒng)，又可用于手提式滅火器。C滅火速度快。D用量少。E在人們認(rèn)識(shí)鹵代烷滅火劑是消耗臭氧層物質(zhì)之前，認(rèn)為鹵代烷1211和鹵代烷1301具有既清潔又安全的特性。

3.臭氧層空洞的形成

離地面10～50Km的大氣平流層集中了大氣中約90％的臭氧。其中，離地面22～25Km臭氧濃度值達(dá)到最高，稱其為臭氧層。人類生產(chǎn)和大量使用的鹵代烷滅火劑等物質(zhì)，因?yàn)槠浠瘜W(xué)穩(wěn)定性好，在對(duì)流層不易分解而擴(kuò)散進(jìn)入到臭氧層，進(jìn)入臭氧層的鹵代烷受到短波紫外線UV－C的照射分解為CI的自由基，參與對(duì)臭氧層的消耗。放映過程中，釋放的氧可以在平流層中存在好幾年。因此一個(gè)CI自由基能夠消耗至少10萬個(gè)O₃。與此類似，臭氧的消耗反應(yīng)還可以通過溴原子進(jìn)行，這些溴原子從鹵代烷滅火劑中釋放出來，這些是臭氧層破壞潛能值最高的物質(zhì)。因而，使臭氧層出現(xiàn)了巨大的空洞。臭氧層破壞之后導(dǎo)致的后果就是太陽光中的紫外線UV－B到達(dá)地球表面的強(qiáng)度增大。通常認(rèn)為臭氧濃度降低1％，UV－B輻射量增加1.5％～2％。

4.鹵代烷滅火劑的衰弱

由于鹵代烷滅火劑的使用嚴(yán)重破壞了臭氧層，引發(fā)了臭氧層空洞現(xiàn)象，這對(duì)人類造成了嚴(yán)重的危害。這一現(xiàn)象引起了世界各國的廣泛關(guān)注，1985年3月，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)在奧地利首都維也納召開了“保護(hù)臭氧層外交大會(huì)”，會(huì)議一致通過了“保護(hù)臭氧層維也納公約”(以下簡(jiǎn)稱《公約》)，并于1988年9月生效。《公約》申明了臭氧層變化對(duì)人類的健康和環(huán)境可能造成的有害影響。要求各國采取法律、行政、技術(shù)等方面的措施保護(hù)人類健康和環(huán)境，減少臭氧層破壞的影響。并鼓勵(lì)各成員國研究和有計(jì)劃地觀測(cè)臭氧層，并在信息交流等方面開展合作。為使各國采取有實(shí)質(zhì)性的控制措施，在1987年9月，UNEP組織的“保護(hù)臭氧層公約關(guān)于含氯氟烴議定書全權(quán)代表大會(huì)”在加拿大蒙特利爾召開。會(huì)議通過了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》(以下簡(jiǎn)稱《議定書》)，并于1989年1月生效。《議定書》規(guī)定了發(fā)達(dá)、發(fā)展中國家停止生產(chǎn)的詳細(xì)時(shí)間。由此，哈龍滅火劑的滅亡已經(jīng)有了具體的時(shí)間表，哈龍滅火劑最終將被完全取代。

三、鹵代烷滅火劑的替代物

就目前技術(shù)而言，沒有一種哈龍?zhí)娲到y(tǒng)能完全替代哈龍，因此我們所說的哈龍?zhí)娲荒苁遣糠值奶娲Q句話說，近期研制開發(fā)的哈龍?zhí)娲泛吞娲夹g(shù)只能在某些場(chǎng)所替代哈龍，而不是全部。

選擇哈龍滅火劑替代產(chǎn)品應(yīng)考慮以下因素：

(1)環(huán)境因素。替代產(chǎn)品是替代哈龍系統(tǒng)的，所以選擇的首要標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以不消耗臭氧層為首選原則。同時(shí)衡量氣體滅火劑相對(duì)于二氧化碳100年溫室效應(yīng)的相對(duì)值和在大氣中的存活壽命也是相當(dāng)重要的考慮因素。高GDP值和很長的存活壽命會(huì)對(duì)大氣的溫室效應(yīng)產(chǎn)生長期的影響。

(2)毒性。氣體滅火系統(tǒng)所適用的場(chǎng)所—般都是人流量較大的重要保護(hù)場(chǎng)所因此選用毒性低的滅火劑是非常重要的。毒性一是指滅火劑自身的毒性；二是指高溫下反應(yīng)分解產(chǎn)物的毒性，這兩者均應(yīng)考慮。一般首選那些設(shè)計(jì)濃度低于NOAEL(即只將試驗(yàn)動(dòng)物暴露于滅火劑的空氣中，試驗(yàn)動(dòng)物沒有不良影響的滅火劑最高溫度)的滅火劑。

(3)滅火效能。這是選擇的最根本目的。盡管滿足了以上兩個(gè)條件，但是如果滅火效能低，也不是理想的替代藥劑。我國已經(jīng)初步確定了IG01、IG55、IG100、IG541、七氟丙烷和三氯甲烷6種氣體滅火劑用于未來的哈龍?zhí)娲鷾缁鹣到y(tǒng)中。IG01的成分為氫氣，IG55的成分為氮?dú)夂蜌鍤猓琁G100為氮?dú)猓琁G541為氮?dú)狻鍤夂投趸肌矣职哑叻闇缁鹣到y(tǒng)稱為FM200，為規(guī)范潔凈氣體滅火系統(tǒng)。 七氟丙烷是近幾年發(fā)展的潔凈氣體滅火劑的一種，同時(shí)它也是我國公安部推薦采用的。七氟丙烷是一種無色無味的氣體，不含溴和氯元素，其化學(xué)分子式是CF₃CHCF₃，分子量是170，密度大約為空氣的6倍，采用高壓液化儲(chǔ)存，其滅火原理是抑制化學(xué)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，滅火效能與鹵代烷1301相類似。它具有以下特點(diǎn)：七氟丙烷的臭氧耗損潛能值為0，溫室效應(yīng)潛能值是2050，但在其大氣中存留的時(shí)間很短，符合聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署對(duì)“潔凈氣體”滅火劑的要求，它的滅火效率高。同時(shí)七氟丙烷是不導(dǎo)電物質(zhì)，不含水物質(zhì)，不會(huì)對(duì)電氣設(shè)備、磁帶資料造成損害。由此可以判斷七氟丙烷符合“潔凈氣體”滅火劑的要求，具有不破壞臭氧層、滅火效能高、毒性低的原則，其完全可以替代鹵代烷滅火劑。

(作者單位：鄭州市公安消防支隊(duì))