氣體滅火技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展前景

■ 謝 哲 苑世寧

氣體滅火技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展前景

■ 謝 哲 苑世寧

在綜述氣體滅火技術(shù)的發(fā)展過(guò)程的基礎(chǔ)上，研究分析海上設(shè)施固定氣體滅火系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題，展望海上設(shè)施氣體滅火系統(tǒng)技術(shù)的前景。

氣體滅火系統(tǒng)；七氟丙烷；惰性氣體；高壓細(xì)水霧

1 氣體滅火技術(shù)發(fā)展概述

氣體滅火劑的使用始于19世紀(jì)末期的西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，1929年美國(guó)頒布了史上第一部CO2滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，日本于1933年開發(fā)出第一套CO2滅火系統(tǒng)。CO2滅火系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用始于二十世紀(jì)50年代，但直至70年代末，應(yīng)用場(chǎng)合仍比較狹窄，大多用于船舶工業(yè)。隨著鹵代烷1211、1301滅火劑的研發(fā)，美國(guó)消防協(xié)會(huì)于1968年率先制定了鹵代烷滅火系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也于60年代起開展鹵代烷滅火劑的研究，并于80年代制定了氣體滅火系統(tǒng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。由于鹵代滅火劑具有滅火效率高、不導(dǎo)電、安全潔凈等優(yōu)點(diǎn)，鹵代烷1211、1301滅火系統(tǒng)在船艦等軍用行業(yè)、工業(yè)級(jí)民用建筑場(chǎng)所得到廣泛應(yīng)用。

80年代末，國(guó)際社會(huì)發(fā)現(xiàn)了氟氯烴對(duì)地球臭氧層的破壞作用，聯(lián)合簽署了環(huán)境保護(hù)公約。我國(guó)于1991年簽署了《蒙特利爾協(xié)議書》，逐步淘汰鹵代烷類滅火劑，之后二氧化滅火系統(tǒng)和其他哈龍?zhí)娲到y(tǒng)得以迅速發(fā)展。美國(guó)消防協(xié)會(huì)90年代初制定了《潔凈氣體滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)各國(guó)哈龍?zhí)娲到y(tǒng)的研究和應(yīng)用起了很大影響。隨后氣體滅火劑逐步向HFC227ea、HFC23、HFC236fa和IG100、IG541、IG55、IG01等潔凈氣體滅火系統(tǒng)發(fā)展。

近年來(lái)，隨著安全與環(huán)保要求日益嚴(yán)格，且《潔凈氣體滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》不斷完善，世界各國(guó)都在不斷探索和尋求更好的鹵代烷替代品，出現(xiàn)了NOVEC 1230等新型氣體滅火劑，用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)替代固定氣體滅火系統(tǒng)的技術(shù)也得到了應(yīng)用。

2 海上設(shè)施氣體滅火系統(tǒng)現(xiàn)狀

海洋平臺(tái)、船舶等海上設(shè)施一般具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易燃易爆品多、電氣設(shè)備多，人員密集、相對(duì)孤立、缺乏滅火支援，以及火災(zāi)損失和影響大等特點(diǎn)，其較高的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)滅火系統(tǒng)提出了較高的要求。目前，海上設(shè)施應(yīng)用較多的氣體滅火系統(tǒng)有

CO2滅火系統(tǒng)、七氟丙烷滅火系統(tǒng)、惰性氣體滅火系統(tǒng)和高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)等。

2.1 CO2滅火系統(tǒng)

作為最早應(yīng)用于海上設(shè)施的氣體滅火系統(tǒng)，CO2滅火系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)艙、貨泵艙、電氣間、中控室、發(fā)電機(jī)房和油漆間等可封閉的場(chǎng)所。由于CO2滅火系統(tǒng)對(duì)人有窒息和對(duì)設(shè)備有冷激效應(yīng)，以及其溫室效應(yīng)等顯著缺點(diǎn)，新建船舶要求盡量避免采用CO2滅火系統(tǒng)，目前，新建海上生產(chǎn)平臺(tái)僅在冷放空系統(tǒng)應(yīng)用CO2滅火系統(tǒng)。

2.2 七氟丙烷滅火系統(tǒng)

七氟丙烷（HFC227ea，F(xiàn)M200）由于其低毒、滅火效率高、對(duì)大氣無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)艙、中控室、電氣房間等場(chǎng)所。目前，其在我國(guó)新建海上設(shè)施上仍大量應(yīng)用。由于七氟丙烷滅火劑的溫室效應(yīng)及滅火時(shí)高溫下會(huì)產(chǎn)生氫氟酸等有毒物質(zhì)，其已被歐美發(fā)達(dá)國(guó)家禁用或受限使用。

2016年10月召開的《蒙特利爾協(xié)議書》第28次締約方大會(huì)通過(guò)了基加利修正預(yù)案，各國(guó)就遏制強(qiáng)溫室效應(yīng)氣體氫氟碳化物（HCFs）達(dá)成一致：發(fā)達(dá)國(guó)家將率先從2019年起減少氫氟碳化物的使用，發(fā)展中國(guó)家分成兩組，分別在2024年或2028年前凍結(jié)使用，然后逐步減少。這意味著七氟丙烷滅火劑已面臨淘汰，需要尋求更好的替代品。

2.3 惰性氣體滅火系統(tǒng)

惰性氣體滅火系統(tǒng)有IG100、IG01、IG55、IG541（煙烙盡）滅火系統(tǒng)，其中IG541滅火系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。IG541（混合體積比為：52%N2，40%Ar ，8%CO2）滅火劑具有無(wú)污染、無(wú)毒、無(wú)腐蝕、電絕緣性好，設(shè)計(jì)滅火濃度下對(duì)人無(wú)影響等優(yōu)勢(shì)，并且其對(duì)臭氧耗損潛能值（ODP）和溫室效應(yīng)潛能值（GWP）均為零，是目前國(guó)際上公認(rèn)的可替代鹵代烷的“綠色”環(huán)保滅火劑。

據(jù)公開資料顯示，韓國(guó)海工行業(yè)自2004至2009年在十幾個(gè)海上鉆井平臺(tái)、FPSO等海上設(shè)施應(yīng)用了300 bar IG541滅火系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)150 bar IG541滅火系統(tǒng)應(yīng)用較多，由于300 bar IG541滅火系統(tǒng)產(chǎn)品且缺乏標(biāo)準(zhǔn)支持，目前僅在中海油蓬勃FPSO上安裝應(yīng)用了300 bar IG541滅火系統(tǒng)。當(dāng)然IG541滅火系統(tǒng)也有其弱點(diǎn)，主要有系統(tǒng)建造成本相對(duì)較高，鋼瓶需求多占據(jù)空間相對(duì)較大等。

2.4 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是利用水作為滅火介質(zhì)、采用特殊的霧化噴頭在特定的壓力工作下（通常為10 MPa）將水流分解成細(xì)小水滴進(jìn)行滅火的一種固定式滅火系統(tǒng)，具有高效持續(xù)滅火、阻熱與凈化、電絕緣性好、經(jīng)濟(jì)、適用范圍廣等特點(diǎn)，已成為替代哈龍滅火系統(tǒng)的重要技術(shù)。近年來(lái)，其在海上船舶、生產(chǎn)平臺(tái)等海上設(shè)施大量應(yīng)用，如海洋石油平臺(tái)陸豐7—2項(xiàng)目。

目前，海上設(shè)施氣體滅火系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題：

1）海上設(shè)施的消防標(biāo)準(zhǔn)比較落后。

國(guó)內(nèi)海上平臺(tái)、船舶行業(yè)的消防規(guī)范相對(duì)落后，用于指導(dǎo)總體的工程設(shè)計(jì)，大多為最低要求設(shè)計(jì)，更無(wú)性能化設(shè)計(jì)概念。引用國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，但未能及時(shí)與國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范接軌。

2）氣體滅火系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)保證。

國(guó)際上TYCO、UTC等大型消防公司的氣體滅火系統(tǒng)，一般具有第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)（如UL、FM、LPCB和VDS）認(rèn)證，等同于質(zhì)量保證。而國(guó)內(nèi)氣體滅火系統(tǒng)制造商規(guī)模均較小，大多采用零部件采購(gòu)組裝的形式生產(chǎn)，缺乏嚴(yán)格的工廠條件檢查要求，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法得到保證。

3）氣體滅火系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)問(wèn)題。

目前氣體滅火系統(tǒng)尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)軟件，一方面由于軟件計(jì)算方法和驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)可能不同；另一方面各廠家所提供的噴嘴設(shè)計(jì)參數(shù)、當(dāng)量長(zhǎng)度、閥門及管件的阻力損失可能存在偏差，因此設(shè)計(jì)上會(huì)存在一定的安全性和可靠性隱患。

4）海洋油氣平臺(tái)的消防管理規(guī)定不明確。

目前，海上生產(chǎn)平臺(tái)對(duì)消防產(chǎn)品的認(rèn)證要求、維修保養(yǎng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等尚不明確，國(guó)家安監(jiān)局、中海油安全辦公室對(duì)此暫無(wú)明確意見。海上生產(chǎn)平臺(tái)消防設(shè)施執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、不規(guī)范，從而導(dǎo)致出現(xiàn)氣體滅火系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，維修保養(yǎng)不到位等問(wèn)題。

3 發(fā)展趨勢(shì)

3.1 新型氣體滅火系統(tǒng)

新型氣體滅火劑一直是各國(guó)尋找鹵代烷替代品的重要方向，其中以美國(guó)3M公司推出的NOVEC 1230（FK-5-1-12）滅火劑影響力最大。作為全新一代替代品，NOVEC 1230具有滅火效率高（體積分?jǐn)?shù)4% ～ 6%），無(wú)色無(wú)味無(wú)毒、常溫下為液體等優(yōu)點(diǎn)，并且其ODP和GWP均為零，大氣中的存在壽命僅為5 d。美國(guó)TYCO以NOVEC 1230為滅火劑推出的藍(lán)寶石滅火系統(tǒng)，已獲得英國(guó)海事和海岸警備部（MCA）、挪威船級(jí)社（DNV）等認(rèn)證，并在國(guó)內(nèi)外船舶、平臺(tái)上付諸了工程應(yīng)用。

我國(guó)未獲得3M公司滅火劑授權(quán)，且尚無(wú)開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，但隨著國(guó)際形勢(shì)和氣體滅火技術(shù)的發(fā)展，NOVEC 1230滅火系統(tǒng)必然是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 高壓惰性氣體滅火系統(tǒng)

惰性氣體滅火系統(tǒng)鋼瓶由于占用空間大，建造成本較高等特點(diǎn)，在一定程度上限制了其在海上設(shè)施的應(yīng)用，所以需要開發(fā)300bar IG541、IG55滅火系統(tǒng)，以減少所用鋼瓶數(shù)量和相關(guān)組件，實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間和提高經(jīng)濟(jì)性的目的。由于超高壓系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜和開發(fā)難度大，國(guó)外也僅有Fier -Eater、KIDDE等少數(shù)幾家可以提供300 bar G541、IG55滅火系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)消防企業(yè)也在開展200 bar、300 bar IG541滅火系統(tǒng)的研發(fā)工作，并推動(dòng)300 bar IG541滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)制定。

3.3 高壓細(xì)水霧

經(jīng)過(guò)研究對(duì)比，以及國(guó)內(nèi)船舶、陸豐7—2平臺(tái)等工程應(yīng)用表明，高壓細(xì)水霧系統(tǒng)具有節(jié)水、高效、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等特點(diǎn)，非常適合在海上設(shè)施上應(yīng)用。因此，如何提高細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的通用性，使工程設(shè)計(jì)能夠達(dá)到靈活運(yùn)用，是該滅火系統(tǒng)研究的發(fā)展方向，其將為替代氣體滅火系統(tǒng)開辟一個(gè)新的發(fā)展空間。

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