新型船用CFA氣體滅火劑及其滅火系統(tǒng)裝船適用性分析和研究

孫建清邱 波田志定

（1.中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011；2.九江中船消防設(shè)備有限公司 九江332000）

新型船用CFA氣體滅火劑及其滅火系統(tǒng)裝船適用性分析和研究

孫建清1邱 波2田志定1

（1.中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011；2.九江中船消防設(shè)備有限公司 九江332000）

介紹一種新型高效、綠色環(huán)保的CFA滅火劑，將其與哈龍1301及其他哈龍?zhí)娲吩谖锢硇再|(zhì)、環(huán)保、毒性、滅火性能、滅火系統(tǒng)等方面作綜合分析對比，得出CFA新型滅火劑的優(yōu)點(diǎn)，分析該滅火劑的裝船適用性，并提出進(jìn)一步研究的工作重點(diǎn)。

CFA滅火劑；哈龍?zhí)娲?；滅火機(jī)理

引 言

哈龍（Halon）是鹵素原子取代一些低級烷烴類化合物中的部分或全部氫原子后生成的具有一定滅火能力的化合物的總稱，通常以二氟一氯一溴甲烷（CF2ClBr，哈龍1211）、三氟一溴甲烷（CF3Br，哈龍1301）和四氟二溴乙烷（C2F4Br2，哈龍2402）為主要代表。以哈龍1301為例，由于其滅火高效、無毒無嗅，且對金屬幾乎無腐蝕，因而多年來一直是艦船機(jī)艙固定式氣體滅火系統(tǒng)的首選，得到長期和廣泛的應(yīng)用。

自1974年美國Rowland教授和Molina博士通過研究發(fā)現(xiàn)哈龍滅火劑對大氣臭氧層具有極大的破壞作用后，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署從1985年起相繼推出一系列條約限制哈龍的生產(chǎn)和使用，國際海上人命安全公約（SOLAS）和國際海事組織（IMO）也明確規(guī)定在船舶上禁止使用。隨著限制溫室氣體排放的《巴黎協(xié)定》正式生效，雖然哈龍?jiān)谲娛骂I(lǐng)域至今尚不屬于禁止使用的規(guī)定場所，但是開發(fā)一種性能全面優(yōu)于哈龍1301，對環(huán)境沒有破壞作用綠色環(huán)保新型高效的滅火劑及其滅火系統(tǒng)，對保障艦船安全和滿足環(huán)境保護(hù)具有重要意義。新型船用CFA型滅火劑的研發(fā)及其裝船適用性研究，對于提高我國海軍艦船消防設(shè)備的安全水平和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，已引起有關(guān)部門高度重視。

1 哈龍滅火劑及其危害

1.1 哈龍滅火劑的滅火機(jī)理

哈龍滅火劑的滅火過程主要以化學(xué)抑制滅火為主，以吸熱、稀釋氧氣等物理滅火為輔，通過熱分解產(chǎn)生的鹵素自由基原子吸收燃燒過程賴以維持的氫原子等，切斷燃燒反應(yīng)鏈，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)滅火。以哈龍1301滅甲烷火為例，其反應(yīng)鏈發(fā)下：

由此可見，哈龍1301分解產(chǎn)生的Br·和F·與從甲烷燃燒產(chǎn)生的氫原子H·反應(yīng)生成HBr和HF，又進(jìn)一步與活性O(shè)H·反應(yīng)生成水和Br· 和F· 。在這種循環(huán)反應(yīng)的過程中，把H·、OH·和O·等游離基從燃燒物中消耗掉，直至燃燒結(jié)束。

1.2 哈龍對臭氧層的破壞

氟溴烷烴（Halon）是嚴(yán)重消耗臭氧層的物質(zhì)，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在大氣對流層內(nèi)不易分解而進(jìn)入平流層。在平流層內(nèi)，當(dāng)受到短波紫外線的照射激化后，會分解出活性很強(qiáng)的鹵元素自由基。它在消耗臭氧分子的同時(shí)，又會在連續(xù)鏈鎖循環(huán)反應(yīng)中再生。反應(yīng)過程中釋放的自由基可以在平流層中存在若干年。有人曾估算，一個(gè)氟原子可以破壞10萬個(gè)臭氧分子，而溴原子破壞臭氧的速度要比氟原子快60倍。因此，平流層內(nèi)只要存在少量的溴，就能對臭氧層產(chǎn)生巨大的破壞作用，從而導(dǎo)致地球的生態(tài)失衡［1］。

2 哈龍?zhí)娲返陌l(fā)展趨勢要求

2.1 哈龍?zhí)娲芬?/p>

目前國內(nèi)外對哈龍?zhí)娲费芯康陌l(fā)展要求主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）環(huán)境友好性，對環(huán)境大氣無害：臭氧層耗減潛能值ODP≤0.05，最好ODP=0；溫室效能潛能值GWP要小，最好不產(chǎn)生溫室效應(yīng)；大氣中存活壽命ALT短。

（2）對人體無毒性危害：以未觀察到不良反應(yīng)濃度NOAEL表示，能應(yīng)用于有人場所。

（3）清潔：噴射后蒸發(fā)不留殘?jiān)瑹o固、液相殘留物，滅火后防護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)備和材料不受污染。

（4）滅火效能高：滅火劑用量少、滅火時(shí)間快、效率高、不導(dǎo)電、揮發(fā)快。

（5）以哈龍?zhí)娲窞榛A(chǔ)研制的滅火系統(tǒng)，應(yīng)該投資小、成本低，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，利于長期儲存。

2.2 哈龍?zhí)娲?/p>

目前國內(nèi)外對哈龍?zhí)娲返难芯恐饕幸韵聨追N：

（1）以七氟丙烷，三氟甲烷為代表的鹵代烷氣體滅火劑；

（2）以IG541為代表的惰性氣體滅火劑；

（3）以Novec1230為代表的酮類滅火劑；

（4）氣溶膠滅火劑；

（5）以細(xì)水霧為代表的水基滅火劑。

上述各種哈龍?zhí)娲冯m然均進(jìn)行過深入研究，并研制出一系列產(chǎn)品，在艦船應(yīng)用的綜合性能上，也各具優(yōu)點(diǎn)，有些甚至獲得美國環(huán)保署、世界環(huán)境保護(hù)組織以及著名船級社的認(rèn)可，但這些產(chǎn)品的各項(xiàng)性能尚無法全面超越哈龍1301滅火系統(tǒng)。因而迄今為止，除機(jī)艙局部細(xì)水霧滅火系統(tǒng)外，其余均未在艦船上推廣應(yīng)用。近年來，我國已自行研發(fā)成功一種新型高效、綠色環(huán)保的CFA型滅火劑。

3 新型CFA滅火劑

CFA滅火劑由九江中船消防設(shè)備有限公司與南開大學(xué)共同研發(fā)，是一種鹵代滅烯烴滅火劑，滅火方式以化學(xué)滅火為主，且都是液體儲存，噴射形式氣態(tài)。CFA分子在高溫下分解產(chǎn)生的含溴和氯的自由基，能捕捉燃燒所必須的H·、OH·和O·等自由基，使反應(yīng)鏈中斷，抑制燃燒；而同時(shí)在一定的溫度下，CFA分子本身也會與H·、OH·和O·等自由基產(chǎn)生反應(yīng)，從而使反應(yīng)鏈中斷，抑制燃燒。同時(shí)，CFA滅火劑的沸點(diǎn)要遠(yuǎn)高于哈龍1301滅火劑，噴射時(shí)對火焰也具有一定的冷卻作用，因而CFA滅火劑的滅火效能略高于哈龍1301滅火劑。CFA滅火劑性質(zhì)及其與哈龍1301及其他替代品的主要技術(shù)性能對比[1,2]如表1所示。

表1 CFA滅火劑與哈龍1301及其他替代品主要技術(shù)性能對比

續(xù)上表

由于CFA為鹵代滅烯烴滅火劑的分子內(nèi)含碳碳雙鍵，在光子等環(huán)境因素作用下極易分解。雖然在分子內(nèi)存在Br和F鹵素原子，但其在大氣中存在的時(shí)間極短（7天），分解產(chǎn)生的溴化物通過雨水等途徑進(jìn)入地面，不會漂流到平流層破壞大氣臭氧層，因而環(huán)保性好。

從表1可看出，CFA新型滅火劑可作為哈龍1301較為理想的一種替代品，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）綠色環(huán)保，具有較低的溫室效應(yīng)和較短的大氣壽命期，對臭氧層無破壞作用。

（2）不導(dǎo)電、無浸漬、無殘留物，滅火后不留痕跡，對保護(hù)對象是安全的。

（3）對人體無毒性危害，可用于有人的場合。

（4）以相同的全淹沒滅火保護(hù)區(qū)來計(jì)量，其滅火劑用量可望比哈龍1301降低10%～15%，滅火效能高，滅火噴射時(shí)間短。

（5）常溫下為液體，便于平時(shí)貯存、轉(zhuǎn)運(yùn)和補(bǔ)充加注滅火劑。

（6）滅火裝置及滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造及檢驗(yàn)可在哈龍1301系統(tǒng)的基礎(chǔ)上略加改進(jìn)擴(kuò)展即可使用。

CFA新型氣體滅火系統(tǒng)（固定式）的原理圖見下頁圖1。

圖1 CFA新型氣體滅火系統(tǒng)原理圖

由圖1可見，CFA新型氣體滅火系統(tǒng)與哈龍1301滅火系統(tǒng)基本一致。此外，與其他所有的鹵代烷滅火劑一樣，CFA燃燒后生成的氟化氫（HF）及其生成量與火場溫度CFA蒸汽所接觸的火焰表面積、噴射滅火作用時(shí)間以及蒸汽濃度等諸多因數(shù)有密切關(guān)系［3］，還需進(jìn)一步作深入研究及試驗(yàn)驗(yàn)證，以確保自保護(hù)處所泄漏至疏散通道的煙氣產(chǎn)物不致對人員造成危害。其值應(yīng)滿足GB/T29128《船舶固定式氣體滅火系統(tǒng)通用技術(shù)條件》中的相關(guān)規(guī)定。

4 CFA新型滅火系統(tǒng)裝船適用性分析

CFA是新近研發(fā)的具有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的新型滅火劑。不過，要真正實(shí)現(xiàn)對艦船上哈龍1301滅火系統(tǒng)的替代，尚需進(jìn)一步解決以下關(guān)鍵點(diǎn)：

（1）500 m3模擬機(jī)艙滅火效能試驗(yàn)

應(yīng)按Msc/Cisc848《經(jīng)修正的1974SOLAS公約所規(guī)定適用于機(jī)器處所和貨油泵艙的固定式氣體滅火系統(tǒng)的等效系統(tǒng)認(rèn)可導(dǎo)則》及其修正案Msc/ Cisc1267的要求進(jìn)行型式試驗(yàn)。在500 m3空間內(nèi)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)模型，以庚烷、柴油、木柴作燃料，進(jìn)行油罐火、油池火、噴射火、木垛火等八種不同火源組合成的四種不同火情的滅火效能試驗(yàn)。

（2）在參考國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國氣體滅火系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和應(yīng)用的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，制定CFA滅火劑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并經(jīng)國家權(quán)威部門的正式認(rèn)可，確認(rèn)其可以作為哈龍?zhí)娲罚?］，予以推廣應(yīng)用。在GJB868A-2011《艦船消防要求》中也有明確規(guī)定：鹵代烷滅火劑應(yīng)經(jīng)海軍主管部門的認(rèn)可，并應(yīng)經(jīng)專門的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)鑒定后方可投入使用。

（3）CFA滅火劑分解產(chǎn)物毒性及腐蝕性試驗(yàn)，測量滅火劑分解產(chǎn)物中的氟化氫為代表的酸性氣體濃度及其變化規(guī)律，并且結(jié)合滅火演示試驗(yàn)，在模擬機(jī)艙內(nèi)對304L不銹鋼、B10銅鎳合金、945鋼、Q235鋼等金屬材料，典型控制箱，常規(guī)艦用電纜等樣品進(jìn)行分解產(chǎn)物的腐蝕性試驗(yàn)測試。

（4）參照國際通用做法，應(yīng)將滅火系統(tǒng)硬件和流體計(jì)算（氣、液兩相流）軟件一并提交給權(quán)威部門進(jìn)行驗(yàn)證［5］。

（5）編制CFA船用滅火裝置及船用滅火系統(tǒng)的技術(shù)條件和設(shè)計(jì)規(guī)范。

（6）完成CFA氣體滅火系統(tǒng)的應(yīng)用可行性分析研究及裝船實(shí)試。建議選某型艦船為應(yīng)用對象，重點(diǎn)分析計(jì)算哈龍1301和CFA兩種滅火系統(tǒng)的裝船應(yīng)用方案，從系統(tǒng)布置，安裝空間，滅火劑用量和價(jià)格以及維修保障等方面進(jìn)行綜合對比后，確定CFA新型氣體滅火系統(tǒng)上艦應(yīng)用的試驗(yàn)。

5 結(jié) 論

隨著保護(hù)臭氧層物質(zhì)國際公約的簽訂，哈龍滅火劑將被全面淘汰。雖然目前哈龍1301在軍事領(lǐng)域的使用尚無限制，但我們必須要有前瞻意識，把哈龍?zhí)娲?xiàng)目提到保證我海軍艦船安全和提高作戰(zhàn)能力的高度上，切實(shí)做好每一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上的工作，努力趕超世界先進(jìn)水平。本文僅就CFA與其他的哈龍1301替代品進(jìn)行粗淺分析，期盼能對CFA新型滅火劑的推廣和應(yīng)用起到一定的借鑒和促進(jìn)作用。

［1］ 吳曉偉，翁平，鄒高萬，等.艦船綠色環(huán)保滅火劑選型分析［J］.船舶，2011（6）：29-35.

［2］張國壁. 新一代哈龍?zhí)娲鷦跩］.消防科學(xué)與技術(shù)，2004（4）：69-72.

［3］經(jīng)建生，謝德隆. 七氟丙烷滅火系統(tǒng)應(yīng)用與優(yōu)化［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2003（1）：40-42.

［4］邢魯寧，馬建琴，劉連喜，等.國內(nèi)外氣體滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及研究動(dòng)態(tài)分析［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2014（4）：91-94.

［5］華萬仁，馬振明.七氟丙烷滅火系統(tǒng)管路阻力損失試驗(yàn)研究與計(jì)算方法［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2003（1）：46-48.

信息 動(dòng)態(tài)

MARIC攜手尚和海工打造新型風(fēng)電平臺

日前，尚和（上海）海洋工程設(shè)備有限公司與中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院（MARIC）簽訂了“1 200噸自航自升式海上風(fēng)電安裝及運(yùn)維平臺”設(shè)計(jì)合同，MARIC黨委書記盧霖致歡迎辭，副院長李小平與尚和海工總經(jīng)理鄭文俊分別代表雙方簽約。MARIC市場總監(jiān)韓明、副總工程師費(fèi)龍、經(jīng)營計(jì)劃部主任吳偉俊以及海工部設(shè)計(jì)項(xiàng)目組相關(guān)成員參加了該儀式。

據(jù)介紹，該平臺為目前國內(nèi)最高端的海上風(fēng)電安裝平臺，其作業(yè)能力強(qiáng)、施工效率高，設(shè)有1 200 t繞樁吊、連續(xù)升降液壓起升裝置，具有DP-2級動(dòng)力定位能力。此次簽約標(biāo)志著尚和海工積極響應(yīng)國家“綠色”發(fā)展、建設(shè)海洋強(qiáng)國的理念，向新型海上風(fēng)電裝備領(lǐng)域邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。MARIC獲得該平臺的設(shè)計(jì)合同，也是費(fèi)龍大師工作室的又一力作，標(biāo)志著MARIC在新型海洋平臺系列化研發(fā)方面取得了重大進(jìn)展。

尚和(上海)海洋工程設(shè)備有限公司是一家致力于海上風(fēng)能的綜合利用極其高端海工裝備的開發(fā)、運(yùn)營和銷售為一體的大型海工企業(yè)。公司以國內(nèi)海工專家為主導(dǎo)，聚集了一批行業(yè)內(nèi)豐富經(jīng)驗(yàn)的學(xué)科帶頭人和技術(shù)骨干。公司以堅(jiān)定的技術(shù)為支撐，計(jì)劃打造國內(nèi)首創(chuàng)，獨(dú)具一格的、適合深水海上風(fēng)電安裝基礎(chǔ)施工，安裝與維護(hù)的綜合平臺，該平臺填補(bǔ)了國內(nèi)海上風(fēng)電綜合平臺施工技術(shù)的空白。公司面向國內(nèi)及國際風(fēng)電安裝市場，力爭在未來幾年成為海上風(fēng)電裝備行業(yè)的領(lǐng)航者之一。

簽約儀式上，雙方均表示，今后將繼續(xù)密切合作，精心設(shè)計(jì)，著力把該型風(fēng)電平臺打造成技術(shù)先進(jìn)、操作靈活、經(jīng)濟(jì)可靠的海工精品。

Applicability of new marine CFA gas fi re extinguishing agent on shipborne fi re extinguishing system

SUN Jian-qin1QIU Bo2TIAN Zhi-ding1
(1. Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China; 2. JiuJiang Ship Fire Equipment Co., Ltd., Jiujiang 332000, China)

This paper introduces a new CFA extinguishing agent with high effi ciency and green environmental protection. It shows the advantages of the new CFA extinguishing agent by the comprehensive analysis and the comparison with the traditional Halon or Halon-alternatives in the physical properties, environmental protection, toxicity, fi re extinguishing performance, fi re extinguishing system, etc. The shipborne applicability of the fi re extinguishing agent is analyzed to put forward the focus for the further research.

CFA extinguishing agent; Halon alternative; extinguishing mechanism

U664.156

A

1001-9855（2017）02-0059-06

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.02.059

2016-11-20；

2016-12-30

孫建清（1980-），男，高級工程師。研究方向：艦船動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)。邱 波（1983-），男，工程師。研究方向：艦船消防。田志定（1941-），男，研究員。研究方向：艦船動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)。