浅析氯硅烷火灾危险性及消防安全措施

摘要：随着我国全面深化改革，经济转型加快，清洁能源的开发和使用被提高到前所未有的高度。光能是一种典型的新能源，在光伏产业中主要以多晶硅的制造为主，在其生产过程中会出现多种氯硅烷。本文对常见的氯硅烷进行火灾危险性分析，对含有氯硅烷的生产、储运环节提出消防安全措施，以供参考斧正。

　　关键词：火灾危险性；氯硅烷；安全措施

　　1引言

　　氯硅烷种类繁多，相当一部分种类具有易燃易爆的特性，还具有腐蚀、刺激、毒害的特性，这对消防安全工作提出了更高的要求。“知己知彼，百战不殆”，首先要熟悉氯硅烷的理化性质，以便准确分析其火灾危险性，然后有针对性的制定防火灭火措施，从源头上减少火灾事故的发生，消防员在扑救的同时还可以有效地避免二次伤害。

　　2氯硅烷特点及其火灾危险性

　　2.1理化特性及种类

　　硅烷SiH4中的氢原子被氯原子取代后，总称为氯硅烷，含氯量低时为气体，较高时为液体，无色或黄色，通式为HnSiCl4-n；n=0，1，2，3。

　　氯硅烷能与含活泼氢的化合物进行激烈反应，如与水、醇、酚、硅醇、有机酸等，放出氯化氢。氯硅烷与有机金属化合物反应，氯原子被相应的有机基取代，生成有机氯硅烷或有机硅烷。

　　氯硅烷种类繁多，广泛应用于化工生产，日常听说的是多晶硅的生产过程中有许多氯硅烷产生。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、三氯氢硅和四氯化硅这八类氯硅烷。表格2.1列举的是市场上常见的氯硅烷。

　　2.2火灾危险性分析

　　所有氯硅烷均与水剧烈反应，产生氯化氢，如果是HSiC13和CH3HSiCl2，与水反应则可产生可燃氢气气体和危险的残余物。其中除四氯化硅和苯基三氯硅烷之外都是易燃液体。氯硅烷蒸气比空气略重，除了（CH3）3SiCl，液体氯硅烷密度均大于水。氯硅烷是绝缘体，因此，在生产、运输和加工过程中可能积累静电负荷。

　　2.3燃烧特性

　　除了HSiC13，氯硅烷燃烧方式类似烃类燃烧，产生大量的黑色或灰色的烟，但燃烧产生的热量比多数可燃烃类要少。一般来说，氯硅烷中含的甲基越多，其燃烧特性越接近烃类。HSiC13燃烧特性有所不同，产生大量白色浓烟，放热很少。因为含有氢元素，HSiC13火焰熄灭后，有较大的复燃风险。另外，HSiC13液面会闪燃，产生很少或不易见的火焰。氯硅烷（除了HSiC13）燃烧产生氯化氢、硅氧化物、碳氧化物，以及其他副产物（例如HSiC13产生氯）。

　　2.4人身危害性

　　氯硅烷与空气中的潮气或水反应生成氯化氢，会对人体接触部位造成严重伤害，如对皮肤、眼睛和呼吸道的强烈腐蚀性灼伤。液态氯硅烷一旦摄入体内，会对内脏造成严重伤害甚至死亡。除了上述急剧伤害，氯硅烷对健康的慢性影响还无法预测。

　　3防火安全措施

　　3.1防火设计

　　在生产工艺、设备装置的设计、施工环节应严格按照国家有关工程技术标准采取可靠措施，减少生产储运过程中氯硅烷的泄漏风险。所使用的电气设备均要符合危险区域划分的国家标准，设计安装合理的机械通风装置以利于排出可燃蒸汽，以及充分的排水和收集设备以隔离漏出的液体。用干燥的氮气吹扫清洗设备及容器。做好静电接地设计。

　　3.2固定消防设施

　　尽管氯硅烷与水反应，水灭火系统仍然是氯硅烷火灾中保护建筑、设备、建筑内物品最有效的方式。对于有氯硅烷存储、搬运和加工的地方，要设置足够数量的消火栓、消防炮，同时保证足够的供水能力和持续时间。多数情况下，使用泡沫喷水系统可提供额外的灭火能力。在储罐区可设置固定式的中倍数泡沫灭火系统，应对所有的氯硅烷火灾。除此之外还应设置可燃气体报警系统，做到提前预警，快速处置，把隐患消除在萌芽状态。

　　3.3消防安全管理

　　制定严格的消防安全管理制度，在有氯硅烷的场所，要严禁吸烟，施行“动火作业”审批监管制，每日巡查时要排查潜在的引火源，做好员工的消防安全管理教育工作。

　　3.4其他

　　原材料以及产品的供应商、制造商应当在外包装明显标识出物料安全数据表，提供准确详细的资料信息，起到安全提示警示作用。

　　4灭火介质及安全注意事项

　　灭火原则之一是保护人身安全。鉴于氯硅烷与水产生的氯化氢会对人体造成伤害，消防人员应严格培训，熟悉并掌握氯硅烷各种类的理化性质及燃烧特性，借助指挥系统数据库，配备合适的单兵防护装备。

　　4.1水基灭火

　　根据水与氯硅烷的可反应性，除了特别小的火灾，氯硅烷灭火禁止用水。稀释冲淡盐酸气时，可以用水保护设备及人员，但要特别小心，严格防止喷溅和冲洗液接触氯硅烷。

　　4.2干粉灭火

　　碳酸氢钾（钠）基的干粉灭火器能有效扑灭小型氯硅烷火灾，但对于如HSiC13和CH3HSiCl2的含氢氯硅烷，其灭火效果是有限的，因此要使用比扑灭类似的烃类火灾多得多的大量干粉。火势大时，干粉灭火效果不佳，因为无法保证足够的干粉及时用于灭火。对含氢氯硅烷使用干粉灭火将释放氢，产生爆燃。

　　4.3泡沫灭火

　　通常来说，泡沫对氯硅烷火灾是最有效的灭火剂。理论认为泡沫灭火是通过泡沫中排出的水引起的氯硅烷的逐步水解。这个水解反应在氯硅烷表面生成一层硅氧烷液体或凝胶，这阻止蒸气的产生及隔绝氧，因此达到灭火的作用。

　　然而，许多参数对氯硅烷泡沫灭火的有效性将产生重大的影响，特别是所涉及的氯硅烷的品种，泡沫浓缩液、泡沫浓度、膨胀率（最终泡沫体积与最初的溶液体积之比）、应用设备和火灾状况。这些变量的组合将弱化最好灭火效果，甚至适得其反。

　　醇（极性）兼容的AFFF水成膜泡沫液目前被证实是最有效的，中倍数泡沫是最有效的膨胀类型。其他种类的泡沫和膨胀类型，也能达到满意的效果，特别是对于（CH3）2SiCl2、（CH3）3SiCl和其他高程度有机化衍生的氯硅烷。对于含硅氢基的氯硅烷，如HSiC13、CH3HSiCl2，其灭火建议使用醇（极性）兼容的中倍数水成膜泡沫液。

　　4.4其他灭火介质

　　在封闭的建筑内，二氧化碳是合适的灭火介质，但当在没有足够通风设施的小型封闭空间使用二氧化碳时，会有窒息风险。对较小的氯硅烷火灾，干砂也是有效的灭火介质。

　　4.5安全注意事项

　　4.5.1用水或含水的灭火介质时，要防止其进入含氯硅烷的压力容器储罐。反之，释放的氯化氢气体将使容器储罐超压，引起容器储罐突然破裂，因此，在扑救时，应尽早将处于火灾下风向的人员撤离到安全地带。

　　4.5.2水虽然不能用来灭氯硅烷火灾，但水可用来保护受热辐射影响的人员及设施，可以用水冲淡燃烧废气，此过程中产生的消防废水一般是酸性的，因此，要考虑收集处理消防废水的措施。重要的是有足够的溢流控制措施安全的排走燃烧的氯硅烷，防止其他重要的地点和财物受火灾影响。这包括围堤、路边、斜坡、排水渠和位置较远的滤网区。溢流控制措施应能处理最大可能量的氯硅烷，还有预期的消防废水量。

　　4.5.3使用泡沫尽可能小心，禁止直接将泡沫冲击氯硅烷。这会导致氯硅烷与泡沫溶液中的水剧烈反应。任何可能情况下，把泡沫射向氯硅烷前或从固定物体（例如，储罐和防火堤）上反弹，以便让泡沫轻轻地流到液体表面。有时候，需要让泡沫慢慢移至火焰中部。除了特别小的火灾，条件允许时，使用至少两个喷头扩大泡沫在氯硅烷表面的分布面。在整个液体表面制造相对较厚的泡沫层（即，至少12～18英寸或30～50厘米）。一旦达到这个要求，暂停施喷泡沫，让灭火开始起作用。当火灾的强度和/或冒出烟/气稳定甚至增加时，再用泡沫。重复此步骤，直到灭火发生效果或可以启用其他应急措施。施用泡沫以及接近着火地点时要特别注意。灭火过程中形成的水解层下可能聚集可燃气体，如果这个水解层被搅动（例如泡沫流冲击），层下可能被引燃，发生闪燃。

　　结语

　　氯硅烷消防的实践，均是通过受控环境或相对小范围内的试验获得的。在大范围的试验实践是很有限的。真实的火灾环境是多样的，造成独特的、富有挑战性的消防环境，一些情况下，灭火是很困难的。因此，灭火前必须彻底分析特定的环境，消防作业中必须极其小心。鉴于氯硅烷所特有的火灾危险性和危害性，我们必须充分重视，采取科学的防火安全技术措施，从源头上防范火灾事故的发生，并确保安全性。

　　参考文献：

　　[1]GB50160-2008《石油化工企业设计防火规范》

　　[2]GB50151-2010《泡沫灭火系统设计规范》