1,1,1,3,3,3-六氟丙烷滅火劑的應(yīng)用

蔣 琦，王 蕾

（浙江巨化技術(shù)中心有限公司，浙江衢州324004）

哈龍滅火劑自問世以來，由于具有滅火含量低、滅火效率高、不導(dǎo)電等優(yōu)異特性，在世界消防行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80 年代中期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了哈龍滅火劑是臭氧層消耗物質(zhì)（ODS），聯(lián)合國規(guī)定開始淘汰哈龍滅火劑，并相繼推出一些哈龍?zhí)娲a(chǎn)品，其中氣體滅火劑中有1,1,1,3,3,3-六氟丙烷（HFC-236fa）、七氟丙烷、三氟甲烷、惰性氣體及二氧化碳等。經(jīng)過消防行業(yè)的篩選和評(píng)價(jià)，很難找到全面合適的一種替代品，有些替代品滅火效率不高，有些價(jià)格昂貴，有些裝置笨重，或者對(duì)環(huán)境和人體有害。因此，不同的氣體滅火劑被選擇采用不同的滅火技術(shù)，應(yīng)用于不同場(chǎng)合及不同類型的火災(zāi)。

HFC-236fa是一種無色、無味、低毒的化學(xué)物質(zhì)，CAS 號(hào)690-39-1，英文名稱1,1,1,3,3,3-Hexafluoropropane， 商 品 名 稱FE- 36TM， 分 子 式CF3CH2CF3，分子量152.04，凝固點(diǎn)-93.6 ℃，沸點(diǎn)-1.4 ℃，液體密度1 376 kg/m3（20 ℃），飽和蒸汽壓229.6 kPa（20 ℃）[1]。

HFC-236fa 臭氧消耗指標(biāo)（ODP）為0，沸點(diǎn)和蒸汽壓與二氟一氯一溴甲烷（哈龍1211）相近，且具有毒性小、不導(dǎo)電、無殘?jiān)葍?yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是哈龍1211 的重要替代品，尤其適用于藥劑噴后要求不留痕跡或清洗殘留物有困難的場(chǎng)所。

商品名為FE-36(tm)的HFC-236fa 產(chǎn)品，首先由美國杜邦公司研發(fā)并推出，F(xiàn)E-36(tm)滅火器被美國環(huán)保局重要新替代物政策（SNAP）認(rèn)可為非居家式滅火設(shè)備。杜邦產(chǎn)品首次投放中國時(shí)，價(jià)格非常昂貴，消防企業(yè)難以展開對(duì)其滅火性能和應(yīng)用方面的研究。隨著科研院所和國內(nèi)企業(yè)不斷投入自主研發(fā)和生產(chǎn)，終于在國內(nèi)形成具有自己專有技術(shù)的規(guī)?；疕FC-236fa生產(chǎn)裝置，產(chǎn)品應(yīng)用成本大幅度降低，吸引了越來越多的消防企業(yè)、消防研究機(jī)構(gòu)與HFC-236fa產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，聯(lián)合研究開發(fā)國產(chǎn)化HFC-236fa滅火器，加快了哈龍產(chǎn)品替代的步伐。

1 滅火機(jī)理和毒性研究

國內(nèi)外對(duì)HFC-236fa的毒性試驗(yàn)表明，在90 d的吸入研究中沒有明顯的臨床癥狀，所有的基因毒性測(cè)試均無反應(yīng)，其未觀察到損害作用劑量（Noael）/最低觀察到損害作用劑量（Loael）為10%/15%，安全性優(yōu)于七氟丙烷[2]。

關(guān)于氫氟烷烴滅火機(jī)理的研究，國內(nèi)外學(xué)者都開展了很多研究。談玲華等研究發(fā)現(xiàn)，HFC-236fa 高溫?zé)岱纸庵饕l(fā)生脫氟化氫的反應(yīng)，生成五氟丙烯。HFC-236fa 在500 ℃下基本穩(wěn)定，600 ℃開始分解，750 ℃強(qiáng)分解。在800 ℃下產(chǎn)生微量的1 個(gè)碳、2 個(gè)碳的氫氟烴和CF3C≡CCF3、(CF3)3CH等氣體產(chǎn)物[3-4]。

周曉猛團(tuán)隊(duì)深入系統(tǒng)地研究HFC-236fa化學(xué)滅火機(jī)理，發(fā)現(xiàn)其滅火過程是自由基逐步轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)物質(zhì)的復(fù)雜鏈反應(yīng)，反應(yīng)歷程十分復(fù)雜，總反應(yīng)方程式可以表述為[5]：

CF3CH2CF3+2O2+2OH+2H →3CO2+6HF。

研究還發(fā)現(xiàn)在400～600 ℃，HFC-236fa 熱分解活化能隨著溫度升高而降低，超過600 ℃以后，基本保持不變?；罨艿慕档鸵馕吨鵁峤饧涌旎瘜W(xué)滅火效率提高。

HFC-236fa熱分解產(chǎn)物有氟化氫，其腐蝕性毒害性強(qiáng)，這個(gè)問題在滅火劑實(shí)用性研究時(shí)，一直備受關(guān)注。陳濤等研究人員采用半導(dǎo)體激光吸收光譜法，實(shí)時(shí)測(cè)試HFC-236fa等潔凈氣體滅火劑與火焰作用過程中產(chǎn)生的氟化氫含量，對(duì)在滅火劑不同含量下產(chǎn)生的氟化氫量及其變化規(guī)律進(jìn)行了研究，并考察了滅火速度對(duì)氟化氫產(chǎn)生的影響[6]。結(jié)果表明，氟化氫質(zhì)量含量與滅火劑含量和滅火速度有關(guān)，低于臨界滅火含量時(shí)，滅火劑的含量越高，氟化氫含量越大；遠(yuǎn)低于臨界滅火劑含量時(shí)，氟化氫的質(zhì)量濃度就超過了4 g/m3。滅火速度越慢,滅火過程產(chǎn)生的氟化氫就越多，當(dāng)滅火時(shí)間高于10 s時(shí)，產(chǎn)生的氟化氫質(zhì)量濃度均超過4 g/m3。

HFC-236fa 化學(xué)滅火機(jī)理研究為深入認(rèn)識(shí)HFC-236fa的微觀滅火過程提供了理論基礎(chǔ)。掌握HFC-236fa毒性數(shù)據(jù)以及滅火過程產(chǎn)生氟化氫量與滅火劑體積、滅火速度的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，為HFC-236fa滅火劑安全使用提供了依據(jù)。

2 滅火器材設(shè)計(jì)與開發(fā)

目前已經(jīng)開發(fā)成功的HFC-236fa滅火裝置類型很多，按照啟動(dòng)方式分為定溫式和電磁式，按照噴頭霧化方式分為直流式與離心式。潘孝禮等研究了HFC-236fa滅火的技術(shù)原理和性能指標(biāo)，并開發(fā)了手提式HFC-236fa潔凈氣體滅火器。南京某消防器材公司開發(fā)了自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

在懸掛式氣體滅火裝置產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，提出了HFC-236fa局部滅火理論，這個(gè)滅火思路具有創(chuàng)新性和開拓性，但是HFC-236fa局部滅火裝置的噴頭是裝置的關(guān)鍵部件。為了指導(dǎo)廠家對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的掌握，高云升等他們著重研究了HFC-236fa局部應(yīng)用噴頭的滅火特性、局部應(yīng)用滅火的完整過程及優(yōu)缺點(diǎn)、噴頭霧化的影響參數(shù)及對(duì)滅火的影響[7-8]。研究者還研究了根據(jù)不同級(jí)別燃燒油盤熱釋放量及電火花機(jī)、凹版印刷機(jī)、超聲波清洗機(jī)等3種設(shè)備的HFC-236fa滅火裝置的局部應(yīng)用實(shí)例，為同類設(shè)備的滅火裝置設(shè)計(jì)提供參考。

HFC-236fa滅火劑具有空氣泡沫覆蓋隔離和自身的化學(xué)抑制的雙重滅火功效，可短時(shí)間內(nèi)撲滅輕烴等低沸點(diǎn)可燃?xì)怏w等優(yōu)點(diǎn)，目前在車輛消防工程中應(yīng)用較為廣泛。陸誠等研究者采用數(shù)值模擬方法對(duì)HFC-236fa滅火劑在試驗(yàn)艙體內(nèi)滅火過程進(jìn)行分析，揭示HFC-236fa 滅火劑在艙體內(nèi)的施放、流動(dòng)及擴(kuò)散規(guī)律[9]。HFC-236fa氣體滅火劑不僅是局部應(yīng)用性能的氣體滅火劑，還兼具有全淹沒滅火性能。針對(duì)有些企業(yè)在產(chǎn)品定型設(shè)計(jì)中，沒有圍繞HFC-236fa滅火劑的基本特性來考慮，嚴(yán)洪等分別對(duì)于HFC-236fa懸掛自動(dòng)滅火裝置全淹沒滅火和局部滅火的壓力選取，進(jìn)行了詳細(xì)的研究[10]。

近年來電動(dòng)汽車火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，楊魏愷等研究者開始研究適用于電動(dòng)汽車的小型化、簡(jiǎn)單化和專用化消防裝置，利用火探管原理設(shè)計(jì)一套內(nèi)置于電池箱的無電源感溫自啟動(dòng)HFC-236fa滅火管系統(tǒng)，結(jié)果證明，HFC-236fa滅火管系統(tǒng)滅火劑的實(shí)際使用率為100%，HFC-236fa滅火管系統(tǒng)在20 s內(nèi)實(shí)現(xiàn)滅火[7]。

業(yè)界圍繞著HFC-236fa空氣泡沫覆蓋隔離和自身的化學(xué)抑制的雙重滅火功效，對(duì)HFC-236fa滅火器材進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)與開發(fā)，既有局部滅火的理論創(chuàng)新，又采用數(shù)值模擬方法、設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例示范、關(guān)鍵部件開發(fā)等方式，指導(dǎo)業(yè)內(nèi)廠家掌握HFC-236fa滅火裝備技術(shù)。

3 HFC-236fa產(chǎn)品應(yīng)用的局限性

HFC-236fa 對(duì)臭氧層無破壞，作為哈龍產(chǎn)品的重要替代品之一，可以撲滅A 類B 類C 類和電氣火災(zāi)，具有清潔、低毒等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是滅火性能比哈龍相對(duì)低；高溫條件會(huì)裂解產(chǎn)生氟化氫，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于10%時(shí)，只能在無人區(qū)使用；HFC-236fa以液態(tài)方式儲(chǔ)存，噴放時(shí)因吸收熱量使保護(hù)區(qū)的溫度急劇降低，容易引起結(jié)露而損害保護(hù)物，如對(duì)計(jì)算機(jī)房、通信機(jī)房?jī)?nèi)的集成芯片造成損害；且HFC-236fa 的全球變暖潛能（GWP）為6 300，HFC-236fa可能只能作為一個(gè)過渡性的滅火劑使用。

4 結(jié) 論

HFC-236fa滅火機(jī)理復(fù)雜，是自由基逐步轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)物質(zhì)的復(fù)雜鏈反應(yīng)。HFC-236fa毒性相對(duì)較低，但易在高溫下發(fā)生熱分解，產(chǎn)生氟化氫和小分子氟碳化合物，氟化氫質(zhì)量濃度與滅火劑含量和滅火速度有關(guān)。

HFC-236fa滅火劑具有空氣泡沫覆蓋隔離和自身的化學(xué)抑制的雙重滅火功效，并且具有局部滅火的特點(diǎn)，圍繞這些特點(diǎn)，消防行業(yè)研究人員開展了很多創(chuàng)新性研究，已經(jīng)開發(fā)了很多滅火器材，在局部應(yīng)用噴頭設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)例、淹沒滅火和局部滅火的壓力選取、數(shù)值模擬車輛消防工程、無電源感溫自啟動(dòng)滅火管系統(tǒng)等方面，取得了多項(xiàng)有實(shí)用價(jià)值的研究成果。

基于HFC-236fa高溫裂解產(chǎn)生氟化氫、噴放時(shí)引起結(jié)露損害設(shè)備、滅火效率低于哈龍等原因，它的推廣應(yīng)用有一定局限性，特別是HFC-236fa的GWP高，可能只能作為一個(gè)過渡性的滅火劑使用。