內(nèi)河船舶應(yīng)用新型消防滅火系統(tǒng)的可行性分析

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(中國船級社武漢規(guī)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(tǒng)是CO2氣體滅火系統(tǒng)。它對密封性能較好的防護(hù)區(qū)空間內(nèi)的A類固體物質(zhì)表面及電氣火災(zāi)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(yīng)用較為普遍。但該系統(tǒng)存在著對防護(hù)區(qū)內(nèi)的人員有窒息作用的致命缺陷。

隨著綠色環(huán)保船理念的提出和人們環(huán)保意識的提高，大家也逐漸關(guān)注CO2對環(huán)境和人員的影響；同時隨著現(xiàn)有規(guī)范向目標(biāo)性規(guī)范(GBS)的轉(zhuǎn)變，為提升船舶安全技術(shù)水平，找尋滅火效率更高、對防護(hù)區(qū)人員傷害更小的新型環(huán)保滅火劑，并豐富現(xiàn)有的固定式滅火系統(tǒng)的選擇，成為了人們努力的方向[1-2]。

1 國內(nèi)新型環(huán)保滅火劑的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 七氟丙烷滅火劑

1997年浙江化工研究院在國內(nèi)首先研制出七氟丙烷滅火劑，并中試成功。

現(xiàn)在，國內(nèi)有多家廠商在生產(chǎn)七氟丙烷滅火劑，但經(jīng)過船級社型式認(rèn)可的只有江西的一家產(chǎn)品廠。其產(chǎn)品性能符合NFPA2001《潔凈氣體滅火劑滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)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(tǒng)的等效系統(tǒng)認(rèn)可導(dǎo)則》及Q/HF123-2007《船用七氟丙烷滅火裝置》的技術(shù)指標(biāo)和要求。目前該產(chǎn)品已經(jīng)在部分的特種船舶，如邊防巡邏艇上有所應(yīng)用，但民船暫無實際應(yīng)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(dāng)時叫煙霧滅火劑，并在長沙消防器材廠投產(chǎn)。

目前國內(nèi)生產(chǎn)船用氣溶膠滅火劑并通過了船級社認(rèn)可的也只有江西的一家產(chǎn)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(yè)設(shè)計開發(fā)的氣溶膠滅火裝置，其產(chǎn)品能夠滿足IMO的MSC/Circ.848等相關(guān)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(shè)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(chǎn)生了大量煙氣，但煙氣無刺激。同時，該產(chǎn)品已經(jīng)考慮了氣溶膠對設(shè)備的腐蝕性等危害，最大限度的降低滅火殘留物對設(shè)備的危害。

1.3 煙烙盡滅火劑

煙烙盡氣體滅火系統(tǒng)是由美國安素公司在1994年首先研制開發(fā)和生產(chǎn)的鹵代烷滅火系統(tǒng)的替代產(chǎn)品，目前國內(nèi)有包括南京消防器材廠和江西三星等廠家在生產(chǎn)，并且在陸用建筑消防中已經(jīng)有廣泛使用。該產(chǎn)品在歐盟等國家的船舶上已有廣泛使用，但國內(nèi)暫時沒有經(jīng)過船級社認(rèn)證的產(chǎn)品，也沒有實船應(yīng)用的實例。美國安素公司的產(chǎn)品已經(jīng)符合NFPA-2001的要求，而國內(nèi)該產(chǎn)品在陸用和船用方面沒有現(xiàn)成的規(guī)范可依據(jù)，廠家大多依據(jù)GA400-2002《氣體滅火系統(tǒng)及零部件性能要求和實驗方法》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。

1.4 幾種環(huán)保滅火劑的性能比較

目前，上述幾種新型環(huán)保滅火劑在國內(nèi)或者國外都已經(jīng)有實船應(yīng)用的實例，而作為Halon的替代品，人們最關(guān)心的莫過于對人和環(huán)境的影響、滅火效能和經(jīng)濟(jì)性、實用性等方面。

1)影響環(huán)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(yīng)的相對值(GWP)、在大氣中存活的壽命。表1為幾種滅火劑的環(huán)境特性參數(shù)。

表1 幾種滅火劑的環(huán)境特性參數(shù)

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(chǎn)物的毒性。FM 200的毒性比鹵代烷物質(zhì)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(zhì)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(dá)到臨界值，滅火劑的分解會限制在最小的范圍內(nèi)，在規(guī)定的濃度范圍內(nèi)對人體是安全的。氣溶膠滅火劑短時接觸對人體無嚴(yán)重影響，目前的研究和測試數(shù)據(jù)尚未表明氣溶膠的噴射物和分解產(chǎn)物會對人體或環(huán)境造成嚴(yán)重影響。惰性氣體IG541既不支持燃燒又不與絕大部分物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，以物理方式進(jìn)行滅火，即通過減少火災(zāi)燃燒區(qū)域空氣中的氧含量而達(dá)到滅火效果，屬于全淹沒滅火系統(tǒng)。因此，不會產(chǎn)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(xué)抑制終止燃燒反應(yīng)來達(dá)到滅火目的，其最低設(shè)計濃度為8%，滅火速度快。IG 541是通過向保護(hù)空間充入惰性氣體后，降低燃燒物周圍的氧氣濃度達(dá)到窒息滅火的，滅火劑的釋放時間長，最低設(shè)計濃度為37.5%。氣溶膠滅火劑的滅火機理主要是化學(xué)抑制，也有吸熱降溫的作用，其最低設(shè)計濃度為32%，滅火速度慢。滅火劑用量可以根據(jù)其相應(yīng)設(shè)計用量的公式來計算。

通過對收集到資料的分析，新型環(huán)保滅火劑較傳統(tǒng)的CO2固定式滅火系統(tǒng)而言，在系統(tǒng)組成方面，跟傳統(tǒng)的固定式滅火系統(tǒng)組成近似甚至更為簡單，在機艙內(nèi)的安裝不存在問題；在經(jīng)濟(jì)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(tǒng)滅火劑貴，其他幾種滅火劑的經(jīng)濟(jì)性都優(yōu)于現(xiàn)有的滅火劑；在安全性方面，因為傳統(tǒng)的CO2滅火劑對保護(hù)區(qū)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(huán)保滅火劑對人體基本無毒，更不存在窒息作用，一旦防護(hù)區(qū)內(nèi)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(huán)保滅火劑的滅火效能均比現(xiàn)有的CO2滅火系統(tǒng)高。

2 船用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀

IMO制定并發(fā)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(shè)施的配備，有著明確的規(guī)定：全船必須設(shè)置固定式水滅火系統(tǒng)。對船上A類機器處所、控制站、起居處所、服務(wù)處所、貨物處所、存有易燃液體的處所和深油烹飪設(shè)備，均應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的固定式滅火系統(tǒng)。

為適應(yīng)形勢的發(fā)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(jīng)修訂的MSC/Circ.668的固定式滅火系統(tǒng)》對其進(jìn)行了修訂。2005年又通過MSC/Circ1165號決議《經(jīng)修訂的由于機器處所和貨泵艙的等效水基滅火系統(tǒng)認(rèn)可指南》對MSC/Circ.668和MSC/Circ.728兩份決議再次進(jìn)行了修訂。

1998年，IMO在MSC/Circ776決議的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行技術(shù)性改進(jìn)，審議通過了MSC/Circ848《經(jīng)修正的1974SOLAS公約所規(guī)定的適用于機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》。該導(dǎo)則是MSC/Circ776的替代和完善。該導(dǎo)則要求等效于現(xiàn)有系統(tǒng)的釋放時間、受保護(hù)區(qū)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(dǎo)氣溶膠滅火系統(tǒng)在船舶上的應(yīng)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(guī)定的適用于機器處所的固定式氣體滅火系統(tǒng)的固定式氣溶膠滅火系統(tǒng)認(rèn)可指南》。

在以上的決議中，對等效于現(xiàn)有固定式滅火系統(tǒng)的替代選擇從系統(tǒng)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(shù)要求。

同時，歐盟和德國勞氏船級社在其規(guī)范中已經(jīng)明確提出，允許包括CO2、七氟丙烷、煙烙盡在內(nèi)的三種固定式滅火系統(tǒng)可以用于機器處所的保護(hù)。在該規(guī)范里，制定者對七氟丙烷和IG-541滅火系統(tǒng)的設(shè)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(guī)范的部分要求

3 新型環(huán)保滅火劑用于內(nèi)河船舶的建議

3.1 七氟丙烷滅火系統(tǒng)

七氟丙烷滅火系統(tǒng)在船上應(yīng)用的主要障礙在于：噴射距離不夠遠(yuǎn)和熱分解物HF的毒性。對于噴射距離，生產(chǎn)廠家已經(jīng)可以通過采用備壓式的系統(tǒng)來徹底解決這個問題，備壓式的系統(tǒng)噴射距離可以達(dá)到100 m左右，這完全能夠滿足內(nèi)河船舶機器處所保護(hù)的需要；同時，由于采用了備壓式系統(tǒng)，驅(qū)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(hù)區(qū)域內(nèi)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(zāi)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(tǒng)設(shè)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(wǎng)式七氟丙烷系統(tǒng)與現(xiàn)有的CO2固定式滅火系統(tǒng)的組成和管路要求類似，比較適合對現(xiàn)有船的改造，所以七氟丙烷滅火系統(tǒng)可以用于船舶機器處所的保護(hù)。

3.2 氣溶膠滅火系統(tǒng)

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(dá)該區(qū)域的人員較少，其次在該區(qū)域的人員大都是熟悉環(huán)境的專業(yè)人員；另外在滅火劑釋放之前都有不少于30 s的預(yù)警時間，這對于受過專業(yè)訓(xùn)練的船員來說有足夠的時間撤離，即便防護(hù)區(qū)內(nèi)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(guī)定的適用于機器處所的固定式氣體滅火系統(tǒng)的固定式氣溶膠滅火系統(tǒng)認(rèn)可指南》決議，也認(rèn)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(shù)要求后，氣溶膠滅火系統(tǒng)將是船舶機艙固定式滅火系統(tǒng)不錯的選擇。

3.3 煙烙盡滅火系統(tǒng)

歐美船舶，特別是內(nèi)河船舶的自動化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(nèi)河規(guī)范中明確提出了可以在機器處所內(nèi)使用煙烙盡滅火系統(tǒng)。

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

3.4 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

從收集到資料的對比來看，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)對局部的保護(hù)效果很好，但是如果作為機器處所內(nèi)的固定式滅火系統(tǒng)，其滅火性能有待驗證；同時國內(nèi)多數(shù)廠家對超細(xì)水霧系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)——噴頭技術(shù)的掌握還不甚成熟，故暫時不應(yīng)考慮在內(nèi)河船舶推廣細(xì)水霧固定式滅火系統(tǒng)。

目前，以七氟丙烷和氣溶膠為代表的新型環(huán)保滅火劑在我國陸用建筑得到了廣泛的推廣，陸用標(biāo)準(zhǔn)也非常成熟，同時我國國內(nèi)也能夠生產(chǎn)出符合船用標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。但是還沒有針對新型滅火介質(zhì)的使用制定專門的技術(shù)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(yīng)發(fā)展，現(xiàn)階段首先應(yīng)以氣溶膠和七氟丙烷作為重點，對新型滅火介質(zhì)在船上的應(yīng)用展開進(jìn)一步研究，并在合適的時候提出相關(guān)技術(shù)要求并納入法規(guī)或規(guī)范中。

4 結(jié)論

1)新型環(huán)保滅火劑相比傳統(tǒng)的CO2滅火劑有著更環(huán)保、更安全、更經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點；

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

3)應(yīng)盡快制定相關(guān)的新型環(huán)保滅火劑在我國內(nèi)河船舶上使用的技術(shù)要求，推動該項產(chǎn)品在我國內(nèi)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(zāi)事故分析及對策[J].船海工程，2010，39(4)：40-42.

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