淺析氯硅烷火災危險性及消防安全措施

摘要：隨著我國全面深化改革，經濟轉型加快，清潔能源的開發和使用被提高到前所未有的高度。光能是一種典型的新能源，在光伏產業中主要以多晶硅的制造為主，在其生產過程中會出現多種氯硅烷。本文對常見的氯硅烷進行火災危險性分析，對含有氯硅烷的生產、儲運環節提出消防安全措施，以供參考斧正。

關鍵詞：火災危險性；氯硅烷；安全措施

1 引言

氯硅烷種類繁多，相當一部分種類具有易燃易爆的特性，還具有腐蝕、刺激、毒害的特性，這對消防安全工作提出了更高的要求?！爸褐耍賾鸩淮?，首先要熟悉氯硅烷的理化性質，以便準確分析其火災危險性，然后有針對性的制定防火滅火措施，從源頭上減少火災事故的發生，消防員在撲救的同時還可以有效地避免二次傷害。

2 氯硅烷特點及其火災危險性

2.1 理化特性及種類

硅烷SiH4中的氫原子被氯原子取代后，總稱為氯硅烷，含氯量低時為氣體，較高時為液體，無色或黃色，通式為HnSiCl4-n；n=0，1，2，3。

氯硅烷能與含活潑氫的化合物進行激烈反應，如與水、醇、酚、硅醇、有機酸等，放出氯化氫。氯硅烷與有機金屬化合物反應，氯原子被相應的有機基取代，生成有機氯硅烷或有機硅烷。

氯硅烷種類繁多，廣泛應用于化工生產，日常聽說的是多晶硅的生產過程中有許多氯硅烷產生。二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷、甲基二氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、三氯氫硅和四氯化硅這八類氯硅烷。表格2.1列舉的是市場上常見的氯硅烷。

2.2火災危險性分析

所有氯硅烷均與水劇烈反應，產生氯化氫，如果是HSiC13和CH3HSiCl2，與水反應則可產生可燃氫氣氣體和危險的殘余物。其中除四氯化硅和苯基三氯硅烷之外都是易燃液體。氯硅烷蒸氣比空氣略重，除了（CH3）3SiCl，液體氯硅烷密度均大于水。氯硅烷是絕緣體，因此，在生產、運輸和加工過程中可能積累靜電負荷。

2.3 燃燒特性

除了HSiC13，氯硅烷燃燒方式類似烴類燃燒，產生大量的黑色或灰色的煙，但燃燒產生的熱量比多數可燃烴類要少。一般來說，氯硅烷中含的甲基越多，其燃燒特性越接近烴類。HSiC13燃燒特性有所不同，產生大量白色濃煙，放熱很少。因為含有氫元素，HSiC13火焰熄滅后，有較大的復燃風險。另外，HSiC13液面會閃燃，產生很少或不易見的火焰。氯硅烷（除了HSiC13）燃燒產生氯化氫、硅氧化物、碳氧化物，以及其他副產物（例如HSiC13產生氯）。

2.4 人身危害性

氯硅烷與空氣中的潮氣或水反應生成氯化氫，會對人體接觸部位造成嚴重傷害，如對皮膚、眼睛和呼吸道的強烈腐蝕性灼傷。液態氯硅烷一旦攝入體內，會對內臟造成嚴重傷害甚至死亡。除了上述急劇傷害，氯硅烷對健康的慢性影響還無法預測。

3 防火安全措施

3.1 防火設計

在生產工藝、設備裝置的設計、施工環節應嚴格按照國家有關工程技術標準采取可靠措施，減少生產儲運過程中氯硅烷的泄漏風險。所使用的電氣設備均要符合危險區域劃分的國家標準，設計安裝合理的機械通風裝置以利于排出可燃蒸汽，以及充分的排水和收集設備以隔離漏出的液體。用干燥的氮氣吹掃清洗設備及容器。做好靜電接地設計。

3.2 固定消防設施

盡管氯硅烷與水反應，水滅火系統仍然是氯硅烷火災中保護建筑、設備、建筑內物品最有效的方式。對于有氯硅烷存儲、搬運和加工的地方，要設置足夠數量的消火栓、消防炮，同時保證足夠的供水能力和持續時間。多數情況下，使用泡沫噴水系統可提供額外的滅火能力。在儲罐區可設置固定式的中倍數泡沫滅火系統，應對所有的氯硅烷火災。除此之外還應設置可燃氣體報警系統，做到提前預警，快速處置，把隱患消除在萌芽狀態。

3.3 消防安全管理

制定嚴格的消防安全管理制度，在有氯硅烷的場所，要嚴禁吸煙，施行“動火作業”審批監管制，每日巡查時要排查潛在的引火源，做好員工的消防安全管理教育工作。

3.4 其他

原材料以及產品的供應商、制造商應當在外包裝明顯標識出物料安全數據表，提供準確詳細的資料信息，起到安全提示警示作用。

4 滅火介質及安全注意事項

滅火原則之一是保護人身安全。鑒于氯硅烷與水產生的氯化氫會對人體造成傷害，消防人員應嚴格培訓，熟悉并掌握氯硅烷各種類的理化性質及燃燒特性，借助指揮系統數據庫，配備合適的單兵防護裝備。

4.1 水基滅火

根據水與氯硅烷的可反應性，除了特別小的火災，氯硅烷滅火禁止用水。稀釋沖淡鹽酸氣時，可以用水保護設備及人員，但要特別小心，嚴格防止噴濺和沖洗液接觸氯硅烷。

4.2 干粉滅火

碳酸氫鉀（鈉）基的干粉滅火器能有效撲滅小型氯硅烷火災，但對于如HSiC13和CH3HSiCl2的含氫氯硅烷，其滅火效果是有限的，因此要使用比撲滅類似的烴類火災多得多的大量干粉。火勢大時，干粉滅火效果不佳，因為無法保證足夠的干粉及時用于滅火。對含氫氯硅烷使用干粉滅火將釋放氫，產生爆燃。

4.3 泡沫滅火

通常來說，泡沫對氯硅烷火災是最有效的滅火劑。理論認為泡沫滅火是通過泡沫中排出的水引起的氯硅烷的逐步水解。這個水解反應在氯硅烷表面生成一層硅氧烷液體或凝膠，這阻止蒸氣的產生及隔絕氧，因此達到滅火的作用。

然而，許多參數對氯硅烷泡沫滅火的有效性將產生重大的影響，特別是所涉及的氯硅烷的品種，泡沫濃縮液、泡沫濃度、膨脹率（最終泡沫體積與最初的溶液體積之比）、應用設備和火災狀況。這些變量的組合將弱化最好滅火效果，甚至適得其反。

醇（極性）兼容的AFFF水成膜泡沫液目前被證實是最有效的，中倍數泡沫是最有效的膨脹類型。其他種類的泡沫和膨脹類型，也能達到滿意的效果，特別是對于（CH3）2SiCl2、（CH3）3SiCl和其他高程度有機化衍生的氯硅烷。對于含硅氫基的氯硅烷，如HSiC13、CH3HSiCl2，其滅火建議使用醇（極性）兼容的中倍數水成膜泡沫液。

4.4 其他滅火介質

在封閉的建筑內，二氧化碳是合適的滅火介質，但當在沒有足夠通風設施的小型封閉空間使用二氧化碳時，會有窒息風險。對較小的氯硅烷火災，干砂也是有效的滅火介質。

4.5安全注意事項

4.5.1 用水或含水的滅火介質時，要防止其進入含氯硅烷的壓力容器儲罐。反之，釋放的氯化氫氣體將使容器儲罐超壓，引起容器儲罐突然破裂，因此，在撲救時，應盡早將處于火災下風向的人員撤離到安全地帶。

4.5.2 水雖然不能用來滅氯硅烷火災，但水可用來保護受熱輻射影響的人員及設施，可以用水沖淡燃燒廢氣，此過程中產生的消防廢水一般是酸性的，因此，要考慮收集處理消防廢水的措施。重要的是有足夠的溢流控制措施安全的排走燃燒的氯硅烷，防止其他重要的地點和財物受火災影響。這包括圍堤、路邊、斜坡、排水渠和位置較遠的濾網區。溢流控制措施應能處理最大可能量的氯硅烷，還有預期的消防廢水量。

4.5.3使用泡沫盡可能小心，禁止直接將泡沫沖擊氯硅烷。這會導致氯硅烷與泡沫溶液中的水劇烈反應。任何可能情況下，把泡沫射向氯硅烷前或從固定物體（例如，儲罐和防火堤）上反彈，以便讓泡沫輕輕地流到液體表面。有時候，需要讓泡沫慢慢移至火焰中部。除了特別小的火災，條件允許時，使用至少兩個噴頭擴大泡沫在氯硅烷表面的分布面。在整個液體表面制造相對較厚的泡沫層（即，至少12～18英寸或30～50厘米）。一旦達到這個要求，暫停施噴泡沫，讓滅火開始起作用。當火災的強度和/或冒出煙/氣穩定甚至增加時，再用泡沫。重復此步驟，直到滅火發生效果或可以啟用其他應急措施。施用泡沫以及接近著火地點時要特別注意。滅火過程中形成的水解層下可能聚集可燃氣體，如果這個水解層被攪動（例如泡沫流沖擊），層下可能被引燃，發生閃燃。

結語

氯硅烷消防的實踐，均是通過受控環境或相對小范圍內的試驗獲得的。在大范圍的試驗實踐是很有限的。真實的火災環境是多樣的，造成獨特的、富有挑戰性的消防環境，一些情況下，滅火是很困難的。因此，滅火前必須徹底分析特定的環境，消防作業中必須極其小心。鑒于氯硅烷所特有的火災危險性和危害性，我們必須充分重視，采取科學的防火安全技術措施，從源頭上防范火災事故的發生，并確保安全性。

參考文獻：

[1]GB50160-2008《石油化工企業設計防火規范》

[2]GB50151-2010《泡沫滅火系統設計規范》