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从一氧化二氢到七氟丙烷,谁是博物馆、图书馆的守护神?
发表于:2019-02-25 08:40:13 分享至:
作者:马氏体    来源:微信公众:材闻窗外事

2018年92日,位于里约热内卢的巴西国家博物馆不幸燃起大火,200年来积累的2000余万件珍贵文物、标本、录音大部分被付之一炬。或许大家通过2016年里约奥运会就了解到巴西的混乱局势。如今这个国家在陷入对未来的迷茫时,也遗忘了过往的记忆,不禁让人扼腕叹息。

 

 

悲剧发生的最重要原因就是经费匮乏,场馆老化,消防设施严重不足,导致火势一发而不可收拾。这方面我国古人有很多非常惨痛的教训,因此古代紫禁城就非常注重防火,在水系开挖、建筑之间的相互隔离、建筑材料的选择、消防设施的配备、消防人员的设置方面积累了非常多的经验,但是以古代的科技水平和人力,要想战胜火魔显然还是力有不逮。

 

故宫里遍地都有的大水缸,用于存水灭火。

 

在一片金碧辉煌的故宫中,作为皇家藏书楼的文渊阁却采用黑色琉璃瓦顶,因为黑色主水,以水压火,以保藏书楼的安全。这样的图书馆防火方式,优点是极具文化内涵和景观价值,缺点也很明显,就是完全不靠谱。(图片来自故宫博物院官网)

 

那如何用现代科技为珍贵的文物、书籍保驾护航呢?

应对火灾,最基本的办法显然还是浇水。现代的博物馆、图书馆,也包括其他各类大型建筑物内,都设有自动消防喷淋系统,能够自动感应火势、启动喷淋。

 

北馆一层大厅天花板上密密麻麻的消防喷淋头

 

这种自动喷淋系统的工作原理是喷淋头中的感温元件受热打开,使管道内的水喷洒出来,其关键就在于感温元件上,常用低熔点合金和感温玻璃球两种。利用低熔点合金来感温好理解,玻璃球是如何感温的呢?

 

逸夫馆二层中文科技图书借阅区的消防喷淋系统,喷头用红色感温玻璃球控制。

 

原来,玻璃球感温不是靠玻璃本身的热胀冷缩,而是依靠玻璃球内充装的高热膨胀系数的有机液体来感温。当温度升高到一定程度,密封的有机液体对玻璃球施加的应力超过玻璃的强度,玻璃球破裂,即打开喷头。

 

根据公称动作温度的不同,感温玻璃球内的液体被染成不同的颜色。图书馆这种红色的玻璃球表明其开启温度是68℃。

 

但是,用水灭火也存在一个问题,就是对于书籍和很多文物来说,喷水无异于二次伤害。不会留下一丝痕迹的气体灭火剂是更好的选择。不过气体比较容易散失,也有可能导致人员窒息、中毒,因此适用于较为封闭的、不对外开放的房间,比如文物库房和闭架书库。

 

 

大家以前有没有在逸夫馆一层注意到这个房间呢?

 

逸夫馆一层密集书库就是采用气体灭火的,旁边有个储存气体灭火剂钢瓶的房间,那具体用的是哪种气体呢?

 

气瓶间里大概就是这样的(图片来源于网络)

 

我回想起以前我经常去母亲就职的图书馆,在书库旁边也有一个神秘的小隔间,门口的标签给在中学里刚刚接触化学的我留下了极其深刻的印象:“七氟丙烷”。

没错,七氟丙烷(以及六氟丙烷)就是一种高效的气体灭火剂。与其他卤代烃类化学灭火剂(比如已经停产的“1211”灭火剂——CF2ClBr)相比,七氟丙烷的优势是完全不会破坏臭氧层。顺便说一句,平时说的无氟冰箱,其实不是制冷剂不含氟元素,而是不含氟利昂(二氟二氯甲烷等氟氯代烃),真正破坏臭氧层的是其中的Cl而不是F,对于灭火剂同理,这些含氯、溴的卤代烃类物质被保护臭氧层的《蒙特利尔公约》所限制。尽管七氟丙烷的温室效应非常强,可达二氧化碳的3500倍,但是它在大气中的寿命比较短,不会造成长期的影响,从全球变暖的角度来看也是相对比较环保的。

 

七氟丙烷,CF3CHFCF3,商品代号HFC-227eaFM200(图片来自百度百科)

 

七氟丙烷的灭火机理主要是中断自由基链式反应。从化学反应的角度看,有机物燃烧的过程是各种活泼的自由基与可燃物、氧气间发生的剧烈的自由基链式反应。七氟丙烷热解产生含氟自由基,能够捕捉活泼的自由基,中断自由基链式反应,从而起到灭火的作用。此外,七氟丙烷也能以吸热和稀释氧气的物理机制灭火。

除了化学上的一剑封喉,完全依靠物理上的瓮中捉鳖同样可以灭火,这类气体灭火剂有二氧化碳和IG54152%氮、40%氩、8%二氧化碳混合气体),通过笼罩可燃物、稀释氧气来使火焰窒息。

 

 

七氟丙烷的化学抑制作用胜在灭火速度快,灭火剂用量小,然而七氟丙烷热解会产生一定量的HF,可能对珍贵文物造成腐蚀,也对人有刺激性,还会产生全氟异丁烯等有毒氟代烃,对人员造成伤害。IG541则正好与之相反,无毒无害,但是灭火速度相对慢一些,灭火剂用量大一些,好在IG541足够便宜。至于二氧化碳,由于高浓度二氧化碳会造成人员窒息,应用范围比较小。权衡利弊,国家博物馆使用的是IG541,以确保珍贵文物万无一失;我母亲工作的某图书馆使用七氟丙烷;至于清华图书馆用的是哪种,目前我还没有查到相关信息。

 

博物馆、图书馆的消防安全是一个非常复杂的问题,从建筑的设计到日常的维护,存在很多很多学问,自动灭火系统只是其中一个亡羊补牢的环节。要防患于未然,离不开长期、大量的资金投入和工作人员的悉心维护。

巴西国家博物馆的教训告诉我们,一座博物馆、图书馆的状况,就是一个国家状况的真实写照;一个国家对待自己的博物馆、图书馆的态度,就是对待自己的历史与文化的态度,也是对待自己的未来的态度。希望大家下次走进博物馆、图书馆享受文化盛宴时不要忘记这些人类文化的守护神。

 

 

参考资料:

黎震大中型公共图书馆安全工作相关因素分析公共图书馆,2008(1):57-61.

王培俊感温玻璃球在消防工程上的应用消防技术与产品信息, 1991(9):26-27.

曹丽英,张品,张永丰,潘仁明七氟丙烷灭火剂热解规律研究消防科学与技术,2014(12):1426-1428.

中国国家博物馆的消防设计. http://blog.zhulong.com/blog/detail4745188.html