內河船舶應用新型消防滅火系統的可行性分析

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(中國船級社武漢規范研究所，武漢 430022)

隨著Halon的禁用，目前在船上使用較為普遍的固定式氣體滅火系統是CO2氣體滅火系統。它對密封性能較好的防護區空間內的A類固體物質表面及電氣火災具有較好的滅火性能，加之其來源廣泛，價格低廉，在船上的應用較為普遍。但該系統存在著對防護區內的人員有窒息作用的致命缺陷。

隨著綠色環保船理念的提出和人們環保意識的提高，大家也逐漸關注CO2對環境和人員的影響；同時隨著現有規范向目標性規范(GBS)的轉變，為提升船舶安全技術水平，找尋滅火效率更高、對防護區人員傷害更小的新型環保滅火劑，并豐富現有的固定式滅火系統的選擇，成為了人們努力的方向[1-2]。

1 國內新型環保滅火劑的發展現狀

1.1 七氟丙烷滅火劑

1997年浙江化工研究院在國內首先研制出七氟丙烷滅火劑，并中試成功。

現在，國內有多家廠商在生產七氟丙烷滅火劑，但經過船級社型式認可的只有江西的一家產品廠。其產品性能符合NFPA2001《潔凈氣體滅火劑滅火系統設計規范》、《SOLAS公約2000修正案》、MSC/Circ.848《適用于機器處所和貨油泵艙的固定式氣體滅火系統的等效系統認可導則》及Q/HF123-2007《船用七氟丙烷滅火裝置》的技術指標和要求。目前該產品已經在部分的特種船舶，如邊防巡邏艇上有所應用，但民船暫無實際應用。

1.2 氣溶膠滅火劑

1974年公安部天津消防研究所率先研制出氣溶膠滅火劑，當時叫煙霧滅火劑，并在長沙消防器材廠投產。

目前國內生產船用氣溶膠滅火劑并通過了船級社認可的也只有江西的一家產品廠，該公司的船用氣溶膠滅火裝置是該廠專門針對船舶行業設計開發的氣溶膠滅火裝置，其產品能夠滿足IMO的MSC/Circ.848等相關決議的要求，可以保證噴嘴出口處的溫度在100 ℃左右，距離噴嘴0.5 m處的溫度在70 ℃左右，這樣不致危害設備和人員安全。從氣溶膠的實際滅火試驗來看，滅火迅速，滅火過程中產生了大量煙氣，但煙氣無刺激。同時，該產品已經考慮了氣溶膠對設備的腐蝕性等危害，最大限度的降低滅火殘留物對設備的危害。

1.3 煙烙盡滅火劑

煙烙盡氣體滅火系統是由美國安素公司在1994年首先研制開發和生產的鹵代烷滅火系統的替代產品，目前國內有包括南京消防器材廠和江西三星等廠家在生產，并且在陸用建筑消防中已經有廣泛使用。該產品在歐盟等國家的船舶上已有廣泛使用，但國內暫時沒有經過船級社認證的產品，也沒有實船應用的實例。美國安素公司的產品已經符合NFPA-2001的要求，而國內該產品在陸用和船用方面沒有現成的規范可依據，廠家大多依據GA400-2002《氣體滅火系統及零部件性能要求和實驗方法》等標準進行生產。

1.4 幾種環保滅火劑的性能比較

目前，上述幾種新型環保滅火劑在國內或者國外都已經有實船應用的實例，而作為Halon的替代品，人們最關心的莫過于對人和環境的影響、滅火效能和經濟性、實用性等方面。

1)影響環境的因素。主要有三個：對大氣臭氧層不破壞即臭氧耗損潛能值ODP、氣體滅火劑溫室效應的相對值(GWP)、在大氣中存活的壽命。表1為幾種滅火劑的環境特性參數。

表1 幾種滅火劑的環境特性參數

2)毒性分析。氣體滅火劑對人體的危害主要來自兩個方面，即滅火劑的毒性和滅火劑在火場高溫下的熱分解產物的毒性。FM 200的毒性比鹵代烷物質低，主要是由于在火場高溫下滅火劑分解，其本身含有氟，在可獲得氫(來自物質燃燒過程)的條件下，主要分解物為氟化氫。但是七氟丙烷滅火速度快，滅火劑濃度能很快達到臨界值，滅火劑的分解會限制在最小的范圍內，在規定的濃度范圍內對人體是安全的。氣溶膠滅火劑短時接觸對人體無嚴重影響，目前的研究和測試數據尚未表明氣溶膠的噴射物和分解產物會對人體或環境造成嚴重影響。惰性氣體IG541既不支持燃燒又不與絕大部分物質發生反應，以物理方式進行滅火，即通過減少火災燃燒區域空氣中的氧含量而達到滅火效果，屬于全淹沒滅火系統。因此，不會產生有毒的或有腐蝕性的分解物。

3)滅火效能比較分析。滅火濃度低，滅火劑用量少，滅火時間短，則這種氣體滅火劑滅火效能高。由于上述幾種滅火劑滅火機理不同，滅火效能也不同。FM 200主要是通過化學抑制終止燃燒反應來達到滅火目的，其最低設計濃度為8%，滅火速度快。IG 541是通過向保護空間充入惰性氣體后，降低燃燒物周圍的氧氣濃度達到窒息滅火的，滅火劑的釋放時間長，最低設計濃度為37.5%。氣溶膠滅火劑的滅火機理主要是化學抑制，也有吸熱降溫的作用，其最低設計濃度為32%，滅火速度慢。滅火劑用量可以根據其相應設計用量的公式來計算。

通過對收集到資料的分析，新型環保滅火劑較傳統的CO2固定式滅火系統而言，在系統組成方面，跟傳統的固定式滅火系統組成近似甚至更為簡單，在機艙內的安裝不存在問題；在經濟性方面，由于七氟丙烷的藥劑和煙烙盡對管路的要求較高等原因，這兩種滅火劑的費用較傳統滅火劑貴，其他幾種滅火劑的經濟性都優于現有的滅火劑；在安全性方面，因為傳統的CO2滅火劑對保護區域的人員有窒息作用，滅火劑施放之前人員必須撤離，而新型環保滅火劑對人體基本無毒，更不存在窒息作用，一旦防護區內的人員未能及時撤離也不會因為滅火劑的施放而面臨什么危險；在滅火效能方面，這些新型環保滅火劑的滅火效能均比現有的CO2滅火系統高。

2 船用標準發展現狀

IMO制定并發展了《1974年國際海上人命安全公約》(1974SOLAS公約)，該公約對船舶消防設施的配備，有著明確的規定：全船必須設置固定式水滅火系統。對船上A類機器處所、控制站、起居處所、服務處所、貨物處所、存有易燃液體的處所和深油烹飪設備，均應設置相應的固定式滅火系統。

為適應形勢的發展，IMO于1994年首先通過了MSC/Circ.668決議《用于機器處所和貨泵艙的Halon滅火裝置的替代裝置》，對Halon可能的替代物在機艙的使用做了初步要求，并在1996年通過MSC/Circ.728號決議《經修訂的MSC/Circ.668的固定式滅火系統》對其進行了修訂。2005年又通過MSC/Circ1165號決議《經修訂的由于機器處所和貨泵艙的等效水基滅火系統認可指南》對MSC/Circ.668和MSC/Circ.728兩份決議再次進行了修訂。

1998年，IMO在MSC/Circ776決議的基礎上，對其進行技術性改進，審議通過了MSC/Circ848《經修正的1974SOLAS公約所規定的適用于機器處所和貨油泵艙的固定式氣體滅火系統的等效系統認可導則》。該導則是MSC/Circ776的替代和完善。該導則要求等效于現有系統的釋放時間、受保護區域的有毒氣體濃度、滅火分解物的排放等做出了明確要求。

同時，為了指導氣溶膠滅火系統在船舶上的應用，IMO在2001年的MSC第74次會議上審議通過MSC/Circ1007《等效于SOLAS公約規定的適用于機器處所的固定式氣體滅火系統的固定式氣溶膠滅火系統認可指南》。

在以上的決議中，對等效于現有固定式滅火系統的替代選擇從系統布置、材料選擇等多方面提出了明確的要求，并對Halon可能的替代物在船上的使用提出了基本的技術要求。

同時，歐盟和德國勞氏船級社在其規范中已經明確提出，允許包括CO2、七氟丙烷、煙烙盡在內的三種固定式滅火系統可以用于機器處所的保護。在該規范里，制定者對七氟丙烷和IG-541滅火系統的設置、材料選取、氣瓶的容量、釋放濃度及時間等提出了明確要求，見表2。

表2 歐盟和GL規范的部分要求

3 新型環保滅火劑用于內河船舶的建議

3.1 七氟丙烷滅火系統

七氟丙烷滅火系統在船上應用的主要障礙在于：噴射距離不夠遠和熱分解物HF的毒性。對于噴射距離，生產廠家已經可以通過采用備壓式的系統來徹底解決這個問題，備壓式的系統噴射距離可以達到100 m左右，這完全能夠滿足內河船舶機器處所保護的需要；同時，由于采用了備壓式系統，驅動氣體外置，使得七氟丙烷鋼瓶的充裝率大大提高，這將會提高被保護區域內七氟丙烷的濃度，從而也能縮短滅火時間；而這兩個是降低HF濃度的主要途徑；另外，通過對火場的早探測、早行動使得人們能在火災初期就采取行動，能夠更好地控制火勢。

以上三個因素也正是降低七氟丙烷熱分解物HF的濃度最重要的方面，所以只要系統設計合理，完全可以把HF的濃度控制在安全水平以下；同時，管網式七氟丙烷系統與現有的CO2固定式滅火系統的組成和管路要求類似，比較適合對現有船的改造，所以七氟丙烷滅火系統可以用于船舶機器處所的保護。

3.2 氣溶膠滅火系統

氣溶膠有著很高的滅火效能，但是由于其熱分解物會形成厚重的煙霧，使得其不能用在人員密集的場所。

但是對于機器處所，首先到達該區域的人員較少，其次在該區域的人員大都是熟悉環境的專業人員；另外在滅火劑釋放之前都有不少于30 s的預警時間，這對于受過專業訓練的船員來說有足夠的時間撤離，即便防護區內的人員沒有及時撤離，也不會因為滅火劑而造成生命危險；同時IMO也在2001年制訂了MSC/Circ1007號《等效于SOLAS公約規定的適用于機器處所的固定式氣體滅火系統的固定式氣溶膠滅火系統認可指南》決議，也認可了氣溶膠可以用在船舶的機器處所。在滿足了一定的技術要求后，氣溶膠滅火系統將是船舶機艙固定式滅火系統不錯的選擇。

3.3 煙烙盡滅火系統

歐美船舶，特別是內河船舶的自動化水平遠遠高于我國，機器處所基本上都屬于無人機艙，因此歐盟和GL在其內河規范中明確提出了可以在機器處所內使用煙烙盡滅火系統。

而我國船舶總體自動化程度不高，特別是內河船舶，機器處所需要人員長期值守，一旦發生誤噴對保護區內人員有一定的危險。故目前情況下，暫時不能考慮在內河船舶機器處所內使用煙烙盡滅火系統，待時機成熟后可以考慮。

3.4 細水霧滅火系統

從收集到資料的對比來看，細水霧滅火系統對局部的保護效果很好，但是如果作為機器處所內的固定式滅火系統，其滅火性能有待驗證；同時國內多數廠家對超細水霧系統的關鍵技術——噴頭技術的掌握還不甚成熟，故暫時不應考慮在內河船舶推廣細水霧固定式滅火系統。

目前，以七氟丙烷和氣溶膠為代表的新型環保滅火劑在我國陸用建筑得到了廣泛的推廣，陸用標準也非常成熟，同時我國國內也能夠生產出符合船用標準的產品。但是還沒有針對新型滅火介質的使用制定專門的技術要求，這也在一定程度上阻礙了新型清潔滅火劑在船舶上的使用。為了適應發展，現階段首先應以氣溶膠和七氟丙烷作為重點，對新型滅火介質在船上的應用展開進一步研究，并在合適的時候提出相關技術要求并納入法規或規范中。

4 結論

1)新型環保滅火劑相比傳統的CO2滅火劑有著更環保、更安全、更經濟的優點；

2)七氟丙烷和氣溶膠作為滅火劑在滿足一定的技術要求情況下，完全可以取代CO2用在船舶機器處所；

3)應盡快制定相關的新型環保滅火劑在我國內河船舶上使用的技術要求，推動該項產品在我國內河船舶上的使用，為保障航運安全提供新的保障。

[1] 邱效祝，王華超.機艙火災事故分析及對策[J].船海工程，2010，39(4)：40-42.

[2] 周 榕，趙遠征，王五成.高倍泡沬滅火系統在船舶機艙中的應用分析[J].船海工程，2011，40(2)：81-83.