新型潔凈高效氣體滅火劑CFA的性能研究

鄧飛云，楊滿江，謝承利

(1.海軍駐江南造船(集團)有限責任公司軍代表室，上海 201913；2.中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

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新型潔凈高效氣體滅火劑CFA的性能研究

鄧飛云1，楊滿江2，謝承利2

(1.海軍駐江南造船(集團)有限責任公司軍代表室，上海 201913；2.中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

摘要：BTP與氟化物混合的CSSC-FA(CFA)滅火劑是一種新型潔凈氣體滅火劑，通過杯式滅火試驗、全尺度滅火試驗、毒性試驗、熱解試驗、質譜分析及理論計算等多種方法，對CFA的滅火性能、毒性、環境友好性等重要特性進行分析，結果表明，CFA繼承了BTP的高效滅火、環境友好等優點，同時毒性相對BTP降低，總體性能優于哈龍1301，具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：潔凈氣體滅火劑；BTP；CFA；滅火性能；環境友好性；毒性

1301等“哈龍”系列滅火劑由于對臭氧層的嚴重破壞作用已經被一系列的國際公約禁止生產和使用，開發清潔高效的哈龍替代滅火劑是目前世界各國面臨的迫切任務之一[1-3]。一溴三氟丙烯滅火劑(BTP)是當前一種具有較大應用潛力的哈龍替代產品。BTP分子結構中含有碳=碳雙鍵，在大氣環境中容易分解。研究表明，BTP在大氣中的存活壽命僅為幾天的時間，不會進入臭氧層對其造成破壞，大氣溫室效應值(GWP)和大氣臭氧耗損值(ODP)基本為零[4-5]。同時，BTP分子結構中含有Br元素，在和火焰的作用過程中可以切斷燃燒鏈反應，具有高效的滅火性能。此外，BTP的典型滅火濃度(文中的濃度均指提交濃度)為3.5%，滅火性能顯著優于“哈龍”系列滅火劑。但BTP的毒性不太理想，其未觀察到損害作用的濃度(NOAEL)為2.6%，最小有害作用的濃度(LOAEL)為4%，最小有害作用濃度與典型滅火濃度相近，限制了BTP的進一步應用[6-7]。針對九江中船消防設備有限公司基于BTP與環境友好的氟化物的優化配比研發的CSSC-FA(CFA)滅火劑，通過杯式滅火試驗、全尺度滅火試驗、毒性試驗、熱解試驗、光譜分析及理論計算等多種方法，對CFA的滅火性能、毒性、環境友好性等重要特性進行分析，并與哈龍1301進行對比，綜合評估CFA的整體性能。

1CFA基本性能

1.1毒性

1.1.1試驗設計

依據《新化學品危害評估導則》(HJ/T 154-2004)、《化學品急性吸入毒性試驗方法》(GB/T 21605-2008)及《氣體滅火劑的毒性試驗和評價方法》(GA/T636-2006)設計CFA毒性的白鼠試驗。試驗中將10只大白鼠(雌雄各半)置于密閉的玻璃箱內，采用靜式染毒法，測量CFA的毒性。見圖1。

1.1.2結果分析

CFA的毒性分級見表1，CFA與BTP、1301的毒性對比見表2。分析可見：

1)CFA是一種基本無毒的滅火劑。

2)CFA的毒性低于BTP或1301。

3)CFA的典型設計濃度為3.5%，最小有害作用的濃度為6%，從安全余量分析，CFA對人員是安全的。

表1　CFA毒性分級

表2　CFA與BTP、1301的毒性對比　%

注：NOAEL-未觀察到損害作用的濃度；LOAEL-最小有害作用的濃度。

1.2環境友好性研究

1.2.1方法設計

滅火劑的環境友好性主要體現在臭氧損耗值(ODP)、溫室效應值(GWP)及在大氣存活時間(年)。通過熱解試驗檢測CFA的熱解產物，主要為CF3CCH和CFBrCH2；通過質譜試驗，檢測了CFA的光解產物主要為CF3CHBrCHO，CF3C(O)CH2OH和CF3C(O)CH3。在此基礎上，應用量子化學從頭算和密度泛函理論，從理論上計算CFA的ODP、GWP及大氣存活時間。

圖2CFA熱解反應過程

圖3　CFA及各反應產物含量隨時間的變化的質譜分析

1.2.2結果分析

1301和CFA環境友好性能對比見表3。分析可見：

1)CFA的熱解產物在高溫環境下或光解產物在光子作用下，均容易與大氣中的OH·發生催化反應而發生裂解，生成性能更穩定且不破壞環境的酮化物，是一種對大氣臭氧的危害近乎為零綠色環保產品。

表3　1301和CFA環保性能對比

注：ODP值取CFC-11的相對值；GWP值取CO2的相對值。

2)CFA的環境友好性明顯高于1301。

2CFA的滅火性能

2.1杯式滅火試驗

2.1.1試驗設計

杯式燃燒器被廣泛用于測量滅火劑的滅火濃度。依據《氣體滅火劑滅火性能測試方法》(GB/T 20702-2006)，設計了CFA滅火濃度測量的杯式試驗儀器(見圖4)。試驗儀器主要包括杯式燃燒器、燃料供給裝置、滅火劑供給裝置和各部分測量控制裝置組成，測量儀器主要包括熱電偶和攝像機。通過熱電偶的測量和對火焰的直接觀察來綜合判斷滅火濃度。見圖4。

圖4　杯式試驗儀器示意

2.1.2結果分析

CFA對于不同可燃物的滅火濃度見表4，CFA與1301的滅火濃度對比見表5。分析可見：

1)CFA對于各種可燃物均具有較好的滅火性能，對于可燃液體的滅火性能最好，對于可燃固體和可燃氣體的滅火性能相對較差。

2)對于可燃液體而言，CFA的滅火性能限制優于1301。

表4　CFA對于不同可燃物的滅火濃度　%

2.2尺度滅火試驗

2.2.1試驗設計

依據MSC/Circ848《經修正的1974年SOLAS公約所規定適用于機器處所和貨油泵艙的固定式氣體滅火系統的等效系統認可導則》，設計CFA的全尺度滅火試驗[8-9]。

試驗室尺寸為12.5 m×8 m×5.7 m，設置總功率為6 MW的4 m2油盤置于遮擋物的下方(見圖5)，在試驗室頂部設置滅火管系,見圖6。

圖5　全尺度滅火試驗示意

圖6　滅火系統布置示意

對CFA按滅火濃度3.5%和1301按滅火濃度4.25%進行對比滅火試驗，試驗中通過攝像機和和對火焰的直接觀察來綜合判斷滅火時間。

2.2.2結果分析

CFA熄滅4 m2油池火的全尺度滅火試驗過程記錄見圖7，CFA和1301的全尺度滅火性能對比見表6。分析可見：

1)CFA可以有效抑制和撲滅大空間的油池火。

2)在同種試驗情況下，CFA的滅火時間與1301基本相當，CFA滅火劑的用量小于1301滅火劑的用量。

圖7　CFA全尺度滅火試驗過程記錄

滅火劑設計滅火濃度/%滅火劑用量/kg滅火時間/s13014.2518010CFA3.516011

3結論

1)CFA滅火劑繼承了BTP的優點，對于各種可燃物均具有優良的滅火性能，特別是對于可燃液體的滅火性能尤佳。

2)CFA相對于BTP降低了毒性，其對于人員是安全的。

3)相比于1301，CFA在滅火性能、毒性、環境友好性等多個方面均具有明顯優勢，具有替代“哈龍”系列滅火劑的廣泛應用前景。

參考文獻

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Performance Analysis of CFA, a New Kind of Environment Friendly and Efficient Fire-extinguishing Agent

DENG Fei-yun1, YANG Man-jiang2, XIE Cheng-li2

(1 Naval Military Representative Department of Jiangnan Shipyard, Shanghai 201913, China;2 China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Abstract:CSSC-FA(CFA)by BTP mixed with some fluorides is a new kind of environment friendly and efficient gas fire-extinguishing agent. Based on different methods such as cup Buner fire extinguishing experiment, full scale fire extinguishing experiment, toxicity test, pyrolysis experiment, mass spectrometry analysis and theoretical calculation, the fire-extinguish performance, toxicity and environment friendly performance of the CFA are studied. The results indicated that CFA inherits the advantages of efficiency and environment friendly of BTP, with lower toxicity than BTP. The CFA agent can replace Halong fire extinguishing agent.

Key words:gas fire-extinguishing agent; BTP; CFA; fire-extinguishing performance; environment friendly; toxicity

中圖分類號：U698.4

文獻標志碼：A

文章編號：1671-7953(2016)02-0061-04

第一作者簡介：鄧飛云(1979-)，男，學士，工程師E-mail:luuyj@hotmail.com

基金項目：國家部委基金資助項目

收稿日期：2016-01-06

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.02.017

修回日期：2016-01-21

研究方向:船舶消防