煤礦安全之納米冷氣溶膠防火防爆劑的效能

煤礦安全之納米冷氣溶膠防火防爆劑的效能
隨著社會、經(jīng)濟的發(fā)展，人們對安全問題越來越關(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)機理，防火防爆原理相同。本文針對煤炭及其他行業(yè)的火災(zāi)爆炸問題，提出防火防爆冷氣溶膠，并對它的性能、作用進行了理論分析。
1防火防爆劑應(yīng)具有的主要性能
與滅火不同，防火防爆劑進行防火防爆的原理只有一個抑制法。防火防爆所使用的場所已存在可燃物與空氣，并已混合，隔離法與窒息法無法使用；防火防爆時未發(fā)生災(zāi)害，溫度不高，不會超過燃點，無須冷卻至燃點以下。
抑制劑可以防止燃燒和爆炸的發(fā)生。當(dāng)外來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)不能進行，達到阻止燃燒發(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。場所具有的危險性，有時是短期存在，如偶然的易燃物質(zhì)泄漏等跑冒滴漏；有時則是長期存在，如粉狀可燃物、含能材料的生產(chǎn)車間，懸浮物始終存在。防火防爆劑噴灑后，對于被保護場所應(yīng)具有一定時間間隔的有效保護期。用于易燃物泄漏的防火防爆劑有效保護期不必太長，能滿足對泄漏物處理所需時間即可；危險性長期存在的場所，防火防爆有效保護期應(yīng)較長。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。防火防爆劑所保護的場所中設(shè)備需要照常運行，若噴灑的藥劑絕緣性差，則設(shè)備難以正常運行。
（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腐蝕性。
（5）無毒性。防火防爆劑須對人畜無毒，對環(huán)境無污染作用。
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年從我國退出歷史舞臺，近幾年哈龍滅火劑替代品的研制如火如茶，在諸多類型的替代品中，冷氣溶膠滅火劑以卓越的性能，低廉的價格而倍受關(guān)注。冷氣溶膠滅火劑是由滅火劑干粉溶解成的水溶液，通過噴物干燥使其產(chǎn)生3μm左右的超細粉末，再輔以分散劑、防潮劑、防靜電劑和流動劑等添加劑均勻混合而成。罐裝密封貯存。使用時以加壓氣體為動力，外噴形成氣溶膠全淹沒火焰而快速滅火。它克服了熱氣溶膠滅火劑燃燒時火焰外噴和產(chǎn)生有毒氣體的缺點，對環(huán)境無不良影響。眾所周知，同一類型的干粉滅火劑，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。我們從下面幾個方面進行闡述。
（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)，斯托克斯通過實驗，發(fā)現(xiàn)球形粒子在靜止空氣中下落時，其下落速度很快會達到一個穩(wěn)定值，該值稱之為極限沉降速度。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時間長，性能比微米顆粒更優(yōu)越。
（2）納米顆粒吸附作用強。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。納米粒徑比微米粒徑小1000倍，吸附能力必然強。吸附分為物理吸附與化學(xué)吸附，物理吸附無選擇性，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。當(dāng)粒子尺寸下降到納米數(shù)量級時，一個粒子包含十幾個或幾十個分子，破損鍵驟然增多，化學(xué)活性增強，這是小尺寸效應(yīng)的表現(xiàn)之一。另外，對于納米顆粒，金屬費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變得離散，能級間的距離隨顆粒尺寸的減小而增大，將會出現(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、細水霧、CO2、滅火劑作防火防爆劑時的性能比較?，F(xiàn)有的消防產(chǎn)品中，CO2滅火劑和近幾年開發(fā)的細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、無腐蝕，其防爆機理是降低氧含量。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，才能消除H2、C2H2燃燒爆炸的危險，這樣做既不經(jīng)濟，人又不能方便地進入此區(qū)域，不利于工作。細水霧雖然成本低廉，但絕緣性差，有效作用時間短，使用場所受到限制。熱氣溶膠產(chǎn)生時外噴火焰，會引起可燃氣體的爆炸，不能作為防火防爆劑使用。而納米冷氣溶膠無上述滅火劑的弱點，防火防爆性能優(yōu)越。
（6）氣溶膠的消除。盡管納米氣溶膠無毒、對環(huán)境無污染，但當(dāng)人未加保護進入這一場所時，粉塵顆粒將被吸入肺部，對人體不利。氣溶膠可以通過鼓風(fēng)或噴灑細水霧來消除，或進入氣溶膠場所的人員佩戴上濕口罩防護即可基本消除氣溶膠的影響。