哈龍替代滅火劑在密閉空間平臺的應用探析

唐 耀，吳如坤，方善義

（海軍潛艇學院防險救生系，山東 青島 266042）

0 引言

哈龍（鹵代烷）滅火劑優越于泡沫滅火劑等常用滅火劑，具有電絕緣性好、腐蝕性較小、釋放后不留殘渣痕跡（或者殘渣很少）且化學性能穩定便于儲存等優點［1］，可用于撲救密閉空間平臺可燃固體火災、可燃液體火災、可燃氣體火災以及電氣火災等，在密閉空間平臺上得到廣泛和長期的應用，主要有1211，1301及2402等。但由于哈龍滅火劑使用之后，具有極大的副作用，會嚴重破壞臭氧層，使用漸漸受到限制，并逐步被禁止使用。從長遠看，急需尋找一種替代品，以下簡稱哈龍替代滅火劑。

1 密閉空間平臺滅火對哈龍替代滅火劑的技術要求

密閉空間平臺由于空間資源寶貴、電氣設備眾多、火災情況復雜，結合密閉空間平臺滅火實際［2］，對哈龍替代品提出以下5個方面的滅火技術要求：

（1）環境效應良好。滅火器的反應物不會對設備造成影響以及損壞儀器。

（2）滅火劑的無毒性。包含兩層含義：一是滅火劑本身無蒸汽毒性或蒸汽毒性低，滅火劑本身在滅火設計質量濃度范圍內對人體無毒害；二是滅火劑無反應毒性或反應性毒性低，滅火劑在滅火過程中分解產物在一定范圍內對人體無毒害。

（3）滅火系統占用空間小。密閉空間平臺上的空間資源非常少，對體積和重量的限制條件多。

（4）滅火系統保障性好。主要體現在兩個方面：一是對滅火劑而言，便于運輸以及便于維護保養。

（5）滅火系統成本少。一套滅火系統的經濟性通常從滅火劑成本、和日常維護成本3方面進行評價。

2 典型哈龍替代滅火劑的技術性能

目前國內外典型的哈龍替代滅火劑主要有：七氟丙烷、三氟甲烷、煙烙燼、二氧化碳、氣溶膠、超細水霧、Novec 1230以及CFA等。其中七氟丙烷和三氟甲烷為典型的鹵代烷烴類滅火劑；煙烙燼和二氧化碳為典型的惰性氣體滅火劑；Novec 1230和CFA滅火劑均為新型滅火劑，Novec 1230是美國3M公司產品，而CFA滅火劑為國內最新自主研制。

2.1 鹵代烷烴類滅火劑

常用的主要是七氟丙烷和三氟甲烷滅火劑［3］。

2.1.1 七氟丙烷

七氟丙烷是無色、無味、不導電、無二次污染的氣體，具有清潔、低毒、電絕緣性好的特點，特別是它對臭氧層無破壞，環保性能明顯優于哈龍，是研究開發比較成功的一種潔凈氣體滅火劑，被認為是替代哈龍1301，1211較理想產品之一。其優點：滅火效率高、速度較快；液相儲存具有良好的穩定性，可長期貯存不泄漏；滅火劑質量分數（8%～10%）較低，滅火設計質量分數低于其對生理無不良反應的最大質量分數，能夠用于有人的火災區域；滅火劑揮發性能好，滅火后無殘留，對保護對象基本無影響。其缺點：七氟丙烷滅火系統制造成本較高；滅火劑輸送距離短；需定期充加氮氣；在滅火過程中分解出的HF的質量分數達到一定值時，會對人體產生傷害；與空氣中水蒸氣結合形成氫氟酸，也會對精密儀器造成損害；具有溫室效應和較長的大氣存活壽命。

2.1.2 三氟甲烷

三氟甲烷是一種人工合成的無色、幾乎無味、不導電氣體，密度為空氣的2.4倍，消耗臭氧潛能（Ozne Depleting Potential，ODP）值為零，符合環保要求。三氟甲烷的最大特點是對人員的安全系數較高，非常適合保護經常有人活動的場所。其優點：滅火速度快，滅火效率較高；滅火后無殘留物，對設備無污染，電絕緣性能好；毒性低，對人體安全；成本在氟系列氣體中最低；工作溫度范圍大；蒸氣壓高，不需要氮氣加壓。其缺點：輸送距離不宜大于60 m；蒸氣壓隨溫度變化大，需要安裝檢漏裝置；大氣殘留壽命長，環保性能差；滅火劑灌裝困難，鋼瓶充裝率受限，需要的鋼瓶數量較多；滅火濃度高，噴射時間短，管網要求相對粗大。

2.2 惰性氣體滅火劑

2.2.1 二氧化碳

二氧化碳滅火劑使用的廣泛程度遠勝于其他任何氣體滅火劑。二氧化碳是成熟的傳統滅火技術，是可用于局部滅火系統的氣體滅火劑［4］。其優點：二氧化碳是一種無色、無味、干燥的惰性氣體，無毒、無腐蝕、不導電，滅火后能很快散逸，不留痕跡；在高壓或低溫下被液化，噴放時吸收大量的熱，可降低火災現場或保護區內的溫度；對大氣臭氧層無破壞；對絕大多數物質沒有破壞作用。其缺點：使用量大，會產生溫室效應；最小滅火設計濃度高，能夠使人喪失意識甚至死亡；滅火過程中會產生白霧，降低保護區的能見度，影響人員逃離；高壓二氧化碳存儲時容易泄漏，釋放時易造成圍護結構和被保護物的損害；低壓系統日常維護較為復雜。

2.2.2 煙烙燼

美國安素公司生產的煙烙盡燼惰性氣體滅火劑由52%的氮氣、40%的氬氣和8%的二氧化碳組成。三者均為無色、無味、不導電、無毒、無污染的氣體，不支持燃燒也不與絕大部分物質發生反應。其優點：完全由大氣中的惰性氣體組成，來源豐富，對環境完全無害；在規定的滅火濃度下對人體完全無害，人員短時間停留不會造成生理影響；火災高溫下的化學分解物對精密設備和其他財物等無任何腐蝕作用；較其他氣體滅火系統可以輸送更長的距離，在系統采用組合分配方式下，可以連接更多的保護區域，節約系統的投資。其缺點：煙烙燼系統在所有的消防設備中價格最昂貴；滅火劑存儲壓力高，對環境要求嚴格；釋放時產生較大的噪聲和噴射氣流，容易造成圍護結構和被保護物的損害；系統屬于窒息滅火，滅火劑質量分數高，滅火效率比其他滅火系統低。

2.3 超細水霧

超細水霧滅火技術在密閉空間平臺火災應用中需重點研究、解決以下幾方面問題［5］：

（1）超細水霧具有彌散性。理論上水霧可以實現空間全方位覆蓋，但密閉空間平臺內電氣元件多，阻擋障礙復雜，超細水霧對復雜障礙阻擋火源滅火效能需進一步研究驗證。

（2）超細水霧的滅火效能在一定程度上與火源功率和水源用量相關。超細水霧滅火所用水量大，對應密閉空間平臺艙室空間內相對濕度提高，必然會對空間內的電氣設備形成威脅。超細水霧的滅火效能、用水量、空間濕度、水霧粒徑和電氣絕緣等臨界參數的相互影響關系需進一步研究并進行試驗驗證。

（3）超細水霧滅火用水水源和高壓源問題。水源選擇主要考慮依賴艇用生活淡水和直接利用海水，二種水源對應超細水霧的滅火效能和對系統要求需進行比較研究。

（4）由于關鍵技術尚未得到解決，噴頭的霧化效能達不到技術要求。由于噴頭無法長期、穩定地制造超細水霧，常伴有水滴滴落，容易導致電氣短路，因此，無法可靠應用于機電設備密集的艙室部位。

2.4 新型哈龍替代滅火劑

Novec 1230和CFA滅火劑為兩型具有一定發展前景的新型哈龍替代滅火劑［4-5］，Novec 1230是國外產品，而CFA滅火劑為國內最新自主研制。

2.4.1 Novec 1230

2001年美國3M公司推出商品名為Novec 1230的新型清潔滅火劑，分子式為CF3CFC(O)CF(CF3)2，簡稱為全氟乙基異丙基酮或氟化己酮。滅火時，Novec1230氣體與空氣形成氣態混合物，這種空氣混合物的熱容量比單獨的空氣大很多。在合適的系統設計濃度下，混合物會吸收充足的熱量消耗火場環境中的熱量值，從而降低燃燒區溫度，達到熄滅火焰的目的。與其他哈龍替代滅火劑相比，Novec1230滅火劑具有更高的熱容量，意味著這種氣體混合物在溫度上每變化1℃就會吸收更多的熱量。因此，對于既定燃料，其滅火濃度也更低。

Novec1230滅火劑不導電、潔凈、高效，對人、財產、環境不造成二次損害，同時，常溫下呈液態，故而存儲氣壓低、運輸性能好，具有良好的市場應用前景。

2.4.2 CFA

CFA滅火劑為九江中船消防設備有限公司研制的一種環保、高效、清潔、低毒的新型滅火劑。該滅火劑是可降解含溴烯烴與其他物質復配所形成的新一代滅火劑，其主要成分為一溴三氟丙烯，質量分數約為90%，其化學分子式為C3H2BrF3。CFA屬鹵代不飽和烯烴滅火劑，當其揮發到空氣中時，在光子的作用下滅火劑迅速分解為對環境無害的物質，而非類似于1301在大氣中長期穩定存在，破壞臭氧層，破壞大氣環境。

依據實驗測試數據以及最新研究成果：CFA滅火效果很好，其熄滅丙烷火的臨界滅火濃度僅為2.6%，優于哈龍1301滅火能力，即在滅火系統設計中，對于相同劑量的CFA和哈龍1301滅火劑，CFA能夠對更大面積提供火災防護；在環境友好性方面，因CFA分子結構中含碳-碳雙鍵，很容易被大氣中的自由基氧化而發生光解反應，造成其在大氣中的存活壽命非常短，僅為0.011～0.019年，故CFA的全球變暖潛能值（GWP）約為二氧化碳的1/400，對全球變暖的影響微乎其微，ODP值為零，不會對臭氧層造成破壞；在化學毒性方面，CFA的急性吸入性毒性的半數致死質量濃度LC50（4 h）＞7.54 mg/L，基本無毒，在正常滅火過程中對現場人員的傷害較小；潔凈滅火劑，對大部分金屬基本無腐蝕、與密封材料相容性好、絕緣性強，在釋放后不遺留殘留物；不屬于危險品，常溫下為無色液體，儲存穩定性好，運輸方便。通過上述有關CFA滅火效能、環境友好性和毒性特征等方面分析可知，CFA符合新一代哈龍替代滅火劑的基本要求，是一種非常優良且應用前景廣闊的哈龍替代品。

3 哈龍替代滅火劑在密閉空間平臺的應用建議

通過上述分析，基本結論如下：

（1）七氟丙烷和三氟丙烷大氣存活時間長，溫室效應明顯，且滅火后產生的HF氣體，具有一定的毒性和腐蝕性。只能是一種過渡性的哈龍替代品，不能作為理想的哈龍替代滅火劑。

（2）二氧化碳和煙烙燼由于其較高的滅火濃度、較低的滅火能力并不能作為理想的哈龍替代滅火劑。

（3）Novec 1230是一種較為理想的哈龍替代產品，有諸多優點，但目前還沒有實現國產化，這是其不足之處，同時Novec 1230也存在高溫反應毒性的缺點，滅火劑接觸到火焰或者其他高于570℃的熱的表面時，會產生HF，產生HF的質量濃度要比1301滅火劑高10倍，且其單位防護區域滅火成本最高，建議充分消化吸收并開展深入研究論證。

（4）CFA滅火劑符合新一代哈龍替代滅火劑的基本要求，綜合性能優于1211，1301和2402，是一種非常優良且應用前景廣闊的哈龍替代品。建議開展以CFA滅火技術替換密閉空間平臺2402和1301固定式滅火系統，以CFA滅火技術替換密閉空間平臺1211和1301便攜式滅火器材的深入研究工作和裝備研制工作。

4 結語

經過多年的研究和發展，哈龍替代滅火技術已有大量的研究成果，然而新型滅火技術若要在密閉空間平臺上推廣運用，必須經過全面的技術論證和嚴格的實驗測試。本文依據密閉空間平臺滅火要求，嘗試給出典型哈龍替代滅火劑在密閉空間平臺的應用建議，旨在為密閉空間平臺哈龍替代滅火劑的選型和滅火裝備發展提供理論參考。