煤礦安全之納米冷氣溶膠防火防爆劑的效能

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煤礦安全之納米冷氣溶膠防火防爆劑的效能
隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)安全問(wèn)題越來(lái)越關(guān)注。防火防爆是煤礦安全管理工作的重要方面。目前預(yù)防瓦斯、煤塵等爆炸的主要方法是檢測(cè)爆炸物含量，但消除爆炸考慮不多。由于爆炸與燃燒本質(zhì)相同，都是氧化還原反應(yīng)、鏈反應(yīng)機(jī)理，防火防爆原理相同。本文針對(duì)煤炭及其他行業(yè)的火災(zāi)爆炸問(wèn)題，提出防火防爆冷氣溶膠，并對(duì)它的性能、作用進(jìn)行了理論分析。
1防火防爆劑應(yīng)具有的主要性能
與滅火不同，防火防爆劑進(jìn)行防火防爆的原理只有一個(gè)抑制法。防火防爆所使用的場(chǎng)所已存在可燃物與空氣，并已混合，隔離法與窒息法無(wú)法使用；防火防爆時(shí)未發(fā)生災(zāi)害，溫度不高，不會(huì)超過(guò)燃點(diǎn)，無(wú)須冷卻至燃點(diǎn)以下。
抑制劑可以防止燃燒和爆炸的發(fā)生。當(dāng)外來(lái)火源加熱分解可燃物，產(chǎn)生自由基后，若自由基與抑制劑作用并被捕獲，則失去傳遞鏈反應(yīng)的功能，鏈反應(yīng)將終止，燃燒反應(yīng)不能進(jìn)行，達(dá)到阻止燃燒發(fā)生的效果。
這種防火防爆抑制劑應(yīng)具備以下主要性能：
（1）持續(xù)性。場(chǎng)所具有的危險(xiǎn)性，有時(shí)是短期存在，如偶然的易燃物質(zhì)泄漏等跑冒滴漏；有時(shí)則是長(zhǎng)期存在，如粉狀可燃物、含能材料的生產(chǎn)車(chē)間，懸浮物始終存在。防火防爆劑噴灑后，對(duì)于被保護(hù)場(chǎng)所應(yīng)具有一定時(shí)間間隔的有效保護(hù)期。用于易燃物泄漏的防火防爆劑有效保護(hù)期不必太長(zhǎng)，能滿(mǎn)足對(duì)泄漏物處理所需時(shí)間即可；危險(xiǎn)性長(zhǎng)期存在的場(chǎng)所，防火防爆有效保護(hù)期應(yīng)較長(zhǎng)。因此防火防爆劑應(yīng)具有持續(xù)性。
（2）抑制性。捕獲燃燒鏈反應(yīng)中的傳遞物――自由基，抑制燃燒反應(yīng)鏈傳遞的進(jìn)行是防火防爆劑必須具備的能力。捕獲了自由鏈反應(yīng)不能繼續(xù)，燃燒或爆炸則不能發(fā)生。
（3）絕緣性。防火防爆劑所保護(hù)的場(chǎng)所中設(shè)備需要照常運(yùn)行，若噴灑的藥劑絕緣性差，則設(shè)備難以正常運(yùn)行。
（4）低腐蝕性。如果防火防爆劑有腐蝕性，它的使用將減少設(shè)備的使用壽命，使企業(yè)遭受損失，因此防火防爆劑須低腐蝕性或無(wú)腐蝕性。
（5）無(wú)毒性。防火防爆劑須對(duì)人畜無(wú)毒，對(duì)環(huán)境無(wú)污染作用。
除此之外，作為產(chǎn)品的防火防爆劑還應(yīng)具備流動(dòng)性好、抗結(jié)塊、穩(wěn)定性好的等性能。
2納米冷氣溶膠防火防爆劑效能分析
納米冷氣溶膠防火防爆劑是由納米微粒組成的防火防爆劑，以惰性氣體為動(dòng)力，使其噴出后可以形成氣溶膠。分析此氣溶膠的效能，先從冷氣溶膠的作用與地位談起。
2.1冷氣溶膠的作用與地位
哈龍系列滅火劑由于破壞大氣臭氧層將于2005年從我國(guó)退出歷史舞臺(tái)，近幾年哈龍滅火劑替代品的研制如火如茶，在諸多類(lèi)型的替代品中，冷氣溶膠滅火劑以卓越的性能，低廉的價(jià)格而倍受關(guān)注。冷氣溶膠滅火劑是由滅火劑干粉溶解成的水溶液，通過(guò)噴物干燥使其產(chǎn)生3μm左右的超細(xì)粉末，再輔以分散劑、防潮劑、防靜電劑和流動(dòng)劑等添加劑均勻混合而成。罐裝密封貯存。使用時(shí)以加壓氣體為動(dòng)力，外噴形成氣溶膠全淹沒(méi)火焰而快速滅火。它克服了熱氣溶膠滅火劑燃燒時(shí)火焰外噴和產(chǎn)生有毒氣體的缺點(diǎn)，對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響。眾所周知，同一類(lèi)型的干粉滅火劑，滅火效能與顆粒是普通干粉滅火顆粒的幾十分之一，其單位質(zhì)量滅火效能是普通干粉的6～10倍、是哈龍滅火劑的4～6倍，滅火效能超過(guò)熱氣溶膠。
2.2納米冷氣溶膠防火防爆劑效能分析
納米冷氣溶膠的顆粒比上述冷氣溶膠的顆粒更小，在納米級(jí)粒徑范圍內(nèi)，微粒出現(xiàn)一些特殊性：如量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、久保理論。我們從下面幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。
（1）納米冷氣溶膠穩(wěn)定性好。氣溶膠穩(wěn)定性與膠體粒子的粒徑有關(guān)，斯托克斯通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)球形粒子在靜止空氣中下落時(shí)，其下落速度很快會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，該值稱(chēng)之為極限沉降速度。粒徑為100nm的氣溶膠膠體粒子極限沉降速度是7.3cm/d。納米顆粒粒徑小沉降慢，氣溶膠穩(wěn)定性好，作為防火防爆劑有效防護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，性能比微米顆粒更優(yōu)越。
（2）納米顆粒吸附作用強(qiáng)。顆粒的吸附能力與比表面積有關(guān)，比表面積越大顆粒吸附能力越強(qiáng)。納米粒徑比微米粒徑小1000倍，吸附能力必然強(qiáng)。吸附分為物理吸附與化學(xué)吸附，物理吸附無(wú)選擇性，化學(xué)吸附有選擇性。從理論上講，可以制造出能選擇吸附自由基的納米顆粒，從而具有部分捕獲自由基的能力。
（3）納米顆?；瘜W(xué)反應(yīng)能力強(qiáng)。當(dāng)粒子尺寸下降到納米數(shù)量級(jí)時(shí)，一個(gè)粒子包含十幾個(gè)或幾十個(gè)分子，破損鍵驟然增多，化學(xué)活性增強(qiáng)，這是小尺寸效應(yīng)的表現(xiàn)之一。另外，對(duì)于納米顆粒，金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變得離散，能級(jí)間的距離隨顆粒尺寸的減小而增大，將會(huì)出現(xiàn)一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，如比熱異常、光譜線(xiàn)紅移、催化活性與原子數(shù)目有奇妙的聯(lián)系等等，一定程度上表現(xiàn)出量子效應(yīng)?？梢钥隙{米顆粒具有較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性，選擇不同的材料與晶態(tài)，一定可以達(dá)到捕獲自由基的目的。
（4）納米顆粒滅火效能高。干粉顆粒與活性傳遞物碰撞，吸收其能量，使其失活，達(dá)到滅火的作用。
研制成功的冷氣溶膠平均粒徑為3μm，其滅火效能已是哈龍滅火劑的4～6倍。若采用平均粒徑為100nm的冷氣溶膠，由理論計(jì)算可知其滅火效能是微米冷氣溶膠的30倍。
（5）納米冷氣溶膠與熱氣溶膠、細(xì)水霧、CO2、滅火劑作防火防爆劑時(shí)的性能比較?，F(xiàn)有的消防產(chǎn)品中，CO2滅火劑和近幾年開(kāi)發(fā)的細(xì)水霧滅火劑可以作為防火防爆劑使用，然而它們的防火防爆性能各不相同。CO2不導(dǎo)電、無(wú)腐蝕，其防爆機(jī)理是降低氧含量。我們知道，H2、C2H2燃燒所需最低氧含量分別為5.9%和3.7%。CO2施放量大于所填充空間的3.6倍和5.7倍時(shí)，才能消除H2、C2H2燃燒爆炸的危險(xiǎn)，這樣做既不經(jīng)濟(jì)，人又不能方便地進(jìn)入此區(qū)域，不利于工作。細(xì)水霧雖然成本低廉，但絕緣性差，有效作用時(shí)間短，使用場(chǎng)所受到限制。熱氣溶膠產(chǎn)生時(shí)外噴火焰，會(huì)引起可燃?xì)怏w的爆炸，不能作為防火防爆劑使用。而納米冷氣溶膠無(wú)上述滅火劑的弱點(diǎn)，防火防爆性能優(yōu)越。
（6）氣溶膠的消除。盡管納米氣溶膠無(wú)毒、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，但當(dāng)人未加保護(hù)進(jìn)入這一場(chǎng)所時(shí)，粉塵顆粒將被吸入肺部，對(duì)人體不利。氣溶膠可以通過(guò)鼓風(fēng)或噴灑細(xì)水霧來(lái)消除，或進(jìn)入氣溶膠場(chǎng)所的人員佩戴上濕口罩防護(hù)即可基本消除氣溶膠的影響。