氟蛋白泡沫灭火剂的组成及性能指标

氟蛋白泡沫灭火剂泡沫稳定性高、抗烧及抗复燃性好，既可用于液下喷射技术扑救火灾，又可与干粉灭火剂联用，灭火效率高，性能价格比高，成为大中型油、炼油厂等易燃、易爆场所固定式、半固定式和可移动式消防设施和设备的最常用的灭火剂之一。

1964年，英国帝国化学工业（Imperial Chemical Industries，简写ICI）有限公司研制成功了以四氟乙烯齐聚物为原料的氟碳表面活性剂MD212和MD313，并把它们添加到蛋白泡沫液中，可以大大降低其表面张力，提高泡沫的疏油能力，人们称这种泡沫灭火剂为氟蛋白泡沫灭火剂。这种灭火剂灭火效能比蛋白泡沫灭火剂提高了一倍，保持了蛋白泡沫优良的稳定性和耐热性，可以采用液下喷射的方式灭火，可以与各种干粉灭火剂联用。

一、组成

氟蛋白泡沫灭火剂是以蛋白泡沫为基料，添加少量氟碳表面活性剂制成的低倍泡沫灭火剂。主要由水解蛋白、氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂、溶剂以及必要的抗冻剂等成分组成。

（一）水解蛋白

水解蛋白是氟蛋白泡沫灭火剂的主要发泡剂，可直接选用蛋白泡沫灭火剂成品，能为氟蛋白泡沫灭火剂提供良好的发泡能力和泡沫稳定性以及耐热性。

（二）氟碳表面活性剂

氟碳表面活性剂是氟蛋白泡沫灭火剂中主要的增效剂，其主要作用是大幅度地降低泡沫混合液的表面张力，提高泡沫液的疏油能力和泡沫流动性。氟碳表面活性分子结构中的碳氟链表面活性高，具有较强的疏水性，同时其分子内聚力较低，这就使混合液的表面张力降低，而且作用效果显著，较低的浓度就能起到明显的作用，其在泡沫液中的含量一般为0.3～0.7kg/L。氟碳表面活性剂虽然也有一定的发泡能力，但由于在泡沫液中的含量很少，因此其发泡作用不是主要的。

氟碳表面活性剂也可分为离子型和非离子型两大类，其中，离子型碳氟表面活性剂又可分为阴离子型、阳离子型和两性型。氟蛋白泡沫灭火剂中常用的氟碳表面活性剂为阴离子型或非离子型。常用的6201氟碳表面活性剂就是一种阴离子型表面活性剂。

由于氟碳表面活性剂和其他添加剂的作用，使氟蛋白泡沫灭火剂的泡沫性能与一般蛋白泡沫相比，发生了重大变化，其灭火性能明显优于蛋白泡沫灭火剂，其控制火势和灭火的时间比蛋白泡沫都要短。

（三）其他添加剂

1．碳氢表面活性剂

碳氢表面活性剂是助效剂，在氟蛋白泡沫灭火剂中加入适量的碳氢表面活性剂，可以起到辅助氟碳表面活性剂更好发挥界面性能的作用。它可以进一步降低氟蛋白泡沫灭火剂混合液与非极性液体之间的界面张力，降低氟蛋白泡沫的临界切应力，改进泡沫的流动性能，适当提高泡沫混合液对燃料的乳化作用。此外，碳氢表面活性剂还可以进一步降低氟蛋白泡沫灭火剂的剪切应力，改善泡沫的流动性能。

由于碳氟表面活性剂成本较高，通过碳氟表面活性剂与碳氢表面活性剂的配合使用，不仅能减少碳氟表面活性剂的用量，还能够保持甚至提高氟表面活性剂的表面活性，因此，在添加碳氟表面活性剂的基础上添加碳氢表面活性剂，可使氟蛋白泡沫性能达到比单一添加碳氟表面活性剂更好的效果。氟蛋白泡沫灭火剂中常用的碳氟表面活性剂一般为阴离子型表面活性剂，常用的有烷基苯磺硫酸钠、脂肪醇硫酸钠、烷基苯醚硫酸酯等。碳氟表面活性剂在氟蛋白泡沫灭火剂中的含量不超过2%。

2．溶剂或抗冻剂

由氟碳表面活性剂预制液引入的溶剂量很小，一般不超过1%，此外无需另加溶剂。为了降低氟蛋白泡沫灭火剂的流动点，可以添加适量的抗冻剂，常用的抗冻剂有甲醇、酒精、乙二醇、丙二醇甘油、二甘醇等。氟蛋白泡沫液的抗冻剂与蛋白泡沫液的抗冻剂相同。

二、性能指标

与蛋白泡沫灭火剂相同，氟蛋白泡沫灭火剂其产品标准执行的是GB 15308-2006《泡沫灭火剂》，其理化性能和灭火性能要求应满足标准中低倍数泡沫灭火剂的相关要求。此外，氟蛋白泡沫灭火剂对可燃液体的灭火性能应满足ARⅡ级，抗烧水平B级灭火性要求，可参见表2-1。

三、灭火原理与灭火效率

（一）灭火原理

氟蛋白泡沫的灭火机理与蛋白泡沫基本相同，主要通过对燃料表面进行冷却以及泡沫层的覆盖作用使燃料与氧气隔绝等作用进行灭火。但由于添加了氟碳表面活性剂，提高了泡沫的流动性能，氟蛋白泡沫对燃料表面的封闭作用，即抑制燃料蒸发的作用，更加显著，从而使氟蛋白泡沫灭火剂的灭火性能大大增加。

用蛋白泡沫扑救油品火灾时，如果油面上的泡沫覆盖层较薄，油品蒸气就很容易穿透泡沫层，在泡沫层上方形成一定浓度。因此，当泡沫层较薄时，在泡沫层上方仍然存在由油品蒸气形成的火焰。要有效地抑制油品蒸气的穿透作用，就必须增加泡沫层的厚度。而采用氟蛋白泡沫扑救时，在氟蛋白泡沫层与油品表面的交界处，存在一个由氟碳表面活性剂分子定向排列组成的吸附层，由于氟碳基的强烈的疏油作用，这个吸附层成为抑制燃料分子蒸发和阻止油品蒸气穿透的屏障，这样，较薄的泡沫层就能发挥较大的抑制作用。因此，氟蛋白泡沫达到灭火的极限泡沫层厚度要比蛋白泡沫薄1/3～1/2。氟蛋白泡沫与蛋白泡沫对油层的封闭作用模型如图2-3所示。

图2-3　氟蛋白泡沫和蛋白泡沫对汽油层的封闭作用模型

氟蛋白泡沫和蛋白泡沫在与油品表面发生同样的冲击或搅动作用时，泡沫潜入油中的程度是相同的，泡沫浮上油面时夹带油品的可能性和夹带量的大小，两者也没有多大差别。但含油率（油品的体积占泡沫混合液和油品总体积的百分比）相同的蛋白泡沫和氟蛋白泡沫，其燃烧性能有很大不同，如表2-4所示。由于氟碳表面活性剂在泡膜内外形成疏油层，使包含于气泡中的汽油束缚成微滴状，从而不能沿泡膜表面扩散，而且汽油蒸气也不能穿透泡膜向外扩散，这样，泡沫通过油层后仍保持良好的灭火性能，因此，氟蛋白泡沫灭火剂可采用液下喷射的方式扑救油罐火灾。

表2-4　蛋白泡沫和氟蛋白泡沫燃烧性的比较

（二）灭火效率

与蛋白泡沫相比，氟蛋白泡沫的灭火效率要高很多。大量的试验和灭火实战证明，蛋白泡沫与氟蛋白泡沫在泡沫性能差异不大的情况下，氟蛋白泡沫具有更好的灭火性能。对同一种燃料，氟蛋白泡沫的临界供给强度比蛋白泡沫低。对同面积的同种燃料火，在相同的供给强度下，氟蛋白泡沫的灭火时间要比蛋白泡沫缩短1/3～1/2，而达到灭火的泡沫层厚度只是蛋白泡沫的1/2。氟蛋白泡沫不论是以液上的喷射方式还是以液下的喷射方式，都能很快扑灭各种烃类燃料的地面火和大型储罐火，比蛋白泡沫更迅速、更安全可靠。

（三）灭火效率的评价

氟蛋白泡沫的灭火效率测定方法与蛋白泡沫相同。可以通过一定面积的燃烧盘测定其临界供给强度和最佳供给强度，也可以通过标准条件的试验测定灭火时间。用中、小型油盘测得的氟蛋白泡沫灭火剂对车用汽油火的临界混合液供给强度在1 L/（min·m2）左右；用100m2汽油罐进行液下喷射灭火试验表明，氟蛋白泡沫灭火剂的临界混合液供给强度在1.1 L/（min·m2）左右，氟蛋白泡沫灭火剂对较大面积油盘火的最佳供给强度在4～6 L/（min·m2）之间。

四、主要特点

（一）表面张力和界面张力低

氟蛋白泡沫灭火剂中由于加入了氟碳表面活性剂，其混合液表面张力要明显低于蛋白泡沫混合液。蛋白泡沫混合液的表面张力一般在5.0×10－2N/m左右，而氟蛋白泡沫混合液的表面张力一般在2.2×10－2N/m左右。此外，在氟碳表面活性剂的种类确定后，氟蛋白泡沫混合液的表面张力的大小则由其浓度决定。

氟碳表面活性虽然具有较强的降低氟蛋白泡沫混合液的表面张力的能力，但是由于氟碳表面活性分子结构中的碳氟链既疏水又疏油，仅仅依靠氟碳表面活性很难达到降低氟蛋白泡沫混合液与非极性溶液界面张力的目的。为了显著地降低混合液与非极性溶液的界面张力，在氟蛋白泡沫灭火剂中还需要加入碳氢表面活性剂，氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂配合使用时，更好地达到降低界面张力的效果，这就有利于泡沫在非极性溶液表面上的扩散。

由于混合液中其他成分的影响，在氟碳表面活性剂浓度相同时，混合液的表面张力与其水溶液的表面张力会有一定的差别，一般来说混合液的表面张力会更低些，通常为24mN/m左右，氟碳表面活性剂对氟蛋白泡沫混合液与烃类燃料界面之间的界面之间的张力也有显著的影响，氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂配合使用时会达到更好的效果。混合液表面张力与燃料之间的界面张力的显著降低有利于泡沫在燃料表面的扩散。

（二）泡沫流动性好

泡沫的流动性与泡沫的临界切应力大小有直接的关系，切应力越小，泡沫的流动性越好。由于氟碳表面活性剂和其他添加剂的共同作用，氟蛋白泡沫临界切应力比蛋白泡沫的小很多。实验测定，蛋白泡沫的临界切应力为20N/m2左右，而氟蛋白泡沫的临界切应力只有10N/m2左右。因而，氟蛋白泡沫的流动性要优于蛋白泡沫。氟蛋白泡沫与蛋白泡沫流动性能比较如图2-4所示。从图中可以看出，灭火时如果蛋白泡沫落到油面上要堆积h高的厚度时，才能向其他部位流动，那么氟蛋白泡沫只要堆积到h/2的高度时，就可以向其他部位流动。试验表明，对相同的燃烧面积，采用相同的泡沫供给强度，氟蛋白泡沫的控制火势和灭火时间都要比蛋白泡沫缩短1/3以上。

灭火时以较薄的泡沫层，即能迅速地将油面覆盖，且泡沫比较牢固，不易被破坏。即使被冲破，由于它有良好的流动性和自愈性，也能快速自行愈合。氟蛋白泡沫灭火优于蛋白泡沫，可用图2-4的对比情况予以说明。

图2-4　氟蛋白泡沫与蛋白泡沫流动性比较示意图

（三）疏油能力强

与蛋白泡沫灭火剂相比，氟蛋白泡沫灭火剂具有较强的疏油能力，可以抵抗油品的污染，采用液下喷射的方式扑救非极性液体火灾。氟碳表面活性剂的分子按其亲疏溶剂的性质，其结构可以分为亲水基，疏水（亲油）基，疏水疏油基三部分。以“6201”氟碳表面活性剂为例，分子中的－SO3为亲水基，－OC6H4为疏水基（亲油基），CnF2n-1－为疏水疏油基。氟碳表面活性剂在混合液或气泡的表面形成吸附层，亲水基在液相中，疏水基指向空气一方，疏水疏油基则在最外层。因此，在混合液体或泡膜的表面形成一个很薄的疏油层。由于疏油层的存在，所以，当把一滴汽油滴到氟蛋白泡沫混合液表面时，油滴会被迫收缩，形成一个凸透镜形的液滴停在表面上。同样，将一滴汽油滴到蛋白泡沫混合液表面时，因混合液中不含氟碳表面活性剂，只在水解蛋白分子疏水基的作用下混合液表面形成疏水层，使油滴马上扩散，形成一个面积很大的薄油膜。

五、氟蛋白泡沫灭火剂的应用

（一）使用特点

1．制造工艺简单，性价比高

由蛋白泡沫灭火剂制造氟蛋白泡沫灭火剂工艺相当简单，只需将蛋白泡沫灭火剂与氟碳表面活性剂的预制液混合均匀即可。所增加的成本仅为氟碳表面活性剂预制液的成本，设备投资和工时费都很少。

目前氟蛋白泡沫灭火剂的成本为蛋白泡沫灭火剂的1.5～1.8倍，可是灭火效率为蛋白泡沫灭火剂的2倍。与灭火效率更高一些的水成膜相比，价格相当低。因此，氟蛋白泡沫灭火剂的性价比是比较高的。

2．抗油类污染能力强

与蛋白泡沫相比，氟蛋白泡沫具有较好的抵抗油类污染的能力。当蛋白泡沫中的汽油含量达到2%以上时即有可燃性，达到8.5%时即可自由燃烧，而氟蛋白泡沫中的汽油含量高达23%时才可能自由燃烧，大大降低了含油泡沫的可燃性。氟蛋白泡沫之所以具有较强的抵抗油品污染的能力，是由于其泡膜可以很好地封闭混入气泡内的油品。由于氟碳表面活性剂在泡膜内外形成疏油层，使包含于气泡中的汽油束缚成微滴状，从而不能沿泡膜表面扩散，而且汽油蒸气也不能穿透泡膜向外扩散，这样，泡沫通过油层后仍不保持良好的灭火性能，因此，氟蛋白泡沫灭火剂可采用液下喷射的方式扑救油罐火灾。

3．与干粉联用性好

由于干粉中所用的防潮剂（如硬脂酸镁）对泡沫有很大的破坏作用，蛋白泡沫一般不能与干粉联用。而氟蛋白泡沫则由于氟碳表面活性剂的存在，能够抵抗干粉对泡沫破坏。因此，氟蛋白泡沫灭火剂可与各种干粉联用，且均能取得良好的灭火效果。干粉灭火剂灭火速度快，可以迅速控制火势。泡沫则覆盖在油面上，能防止复燃。两者联用时，充分发挥各自的灭火优势，达到迅速扑灭灾的目的。

（二）适用范围

氟蛋白泡沫适用的火灾范围与蛋白泡沫完全相同，可用于扑救各种非水溶性可燃、易燃液体和一些可燃固体火灾。广泛用于扑救大型储罐（液下喷射）、散装仓库、输送中转装置、生产加工装置、油码头及飞机火灾等。但是，氟蛋白泡沫以液下喷射的方式灭火时，将受到以下限制：

1．扑灭种类的限制

液下喷射不能应用于扑救闪点低于22.8℃并且沸点低于37.8℃的液态烃类储罐的火灾，也不适用于扑救醇、酯、醚、醛、酮和有机酸类以及加酒精汽油等液体储罐的火灾。

2．油罐种类的限制

对于敞口浮顶罐和加盖的内浮顶油罐，不适合采用液下喷射的灭火方式，因为浮顶的存在不利于泡沫在燃料表面的扩散。

3．应注意控制发泡倍数

采用液下喷射的方式时，应使氟蛋白泡沫的发泡倍数比液上喷射要低一些，一般控制在3～4倍，因为发泡倍数越大，泡沫的含油率也会增加。试验表明，若液下喷射方式采用6倍以上的发泡倍数，泡沫的含油量会达30%以上，这样的泡沫根本起不到灭火作用。

4．应注意控制油品沸溢

沸溢性油品在长时间燃烧后，由于热波的作用，会在油面下方形成一个热油层，热油层的温度可高达200℃左右。采用氟蛋白泡沫液下喷射灭火系统扑救时，当大量泡沫通过热油层时会立即汽化，与油品混合形成大量的油泡而从罐顶中沸溢而出，容易对人员和设备造成伤害。因此，对长时间燃烧的储有沸溢性燃料的油罐火，应在充分做好因沸溢预防措施以后，首先采用较小混合液供给强度，对罐内实施间歇性地喷射氟蛋白泡沫，若未发生沸溢，可逐渐加大混合液的供给强度，直至将火扑灭。

（三）氟蛋白泡沫灭火剂用量计算

1．液下喷射的氟蛋白泡沫供给强度

液下喷射的氟蛋白泡沫发泡倍数较低，一般在3倍左右，泡沫供给强度应不小于0.4 L/（s·m2），混合液供给强度应不小于8L/（min·m2）[0.133 L/（s·m2）]。

2．泡沫液下喷射速度

液下喷射氟蛋白泡沫，喷入储罐内的速度越快，泡沫中的含油量就越多。因此，为保证泡沫的灭火效能，泡沫喷射的流速应不大于3m/s。

3．灭火需用泡沫量

储罐灭火需用泡沫量的计算方法与普通蛋白泡沫相同。

4．高背压泡沫产生器数量计算

计算公式如下：

N=Q/q

式中：

N——高背压泡沫产生器数量，个；

Q——储罐灭火需用泡沫量，L/s；

q——每个高背压泡沫产生器的泡沫产生量，L/s。

5．氟蛋白泡沫的其他计算

计算方法与普通蛋白泡沫相同。

（四）储存

在储存方面，氟蛋白泡沫灭火剂的储存条件和有效储存时间与蛋白泡沫灭火剂完全相同，可按照蛋白泡沫灭火剂的储存管理方式对氟蛋白泡沫灭火剂进行储存管理。