新型船用CFA氣體滅火劑及其滅火系統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計研究院 上海200011；2.九江中船消防設備有限公司 九江332000）

新型船用CFA氣體滅火劑及其滅火系統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計研究院 上海200011；2.九江中船消防設備有限公司 九江332000）

介紹一種新型高效、綠色環保的CFA滅火劑，將其與哈龍1301及其他哈龍替代品在物理性質、環保、毒性、滅火性能、滅火系統等方面作綜合分析對比，得出CFA新型滅火劑的優點，分析該滅火劑的裝船適用性，并提出進一步研究的工作重點。

CFA滅火劑；哈龍替代；滅火機理

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艙固定式氣體滅火系統的首選，得到長期和廣泛的應用。

自1974年美國Rowland教授和Molina博士通過研究發現哈龍滅火劑對大氣臭氧層具有極大的破壞作用后，聯合國環境規劃署從1985年起相繼推出一系列條約限制哈龍的生產和使用，國際海上人命安全公約（SOLAS）和國際海事組織（IMO）也明確規定在船舶上禁止使用。隨著限制溫室氣體排放的《巴黎協定》正式生效，雖然哈龍在軍事領域至今尚不屬于禁止使用的規定場所，但是開發一種性能全面優于哈龍1301，對環境沒有破壞作用綠色環保新型高效的滅火劑及其滅火系統，對保障艦船安全和滿足環境保護具有重要意義。新型船用CFA型滅火劑的研發及其裝船適用性研究，對于提高我國海軍艦船消防設備的安全水平和促進產業發展，已引起有關部門高度重視。

1 哈龍滅火劑及其危害

1.1 哈龍滅火劑的滅火機理

哈龍滅火劑的滅火過程主要以化學抑制滅火為主，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，切斷燃燒反應鏈，進而實現滅火。以哈龍1301滅甲烷火為例，其反應鏈發下：

由此可見，哈龍1301分解產生的Br·和F·與從甲烷燃燒產生的氫原子H·反應生成HBr和HF，又進一步與活性OH·反應生成水和Br· 和F· 。在這種循環反應的過程中，把H·、OH·和O·等游離基從燃燒物中消耗掉，直至燃燒結束。

1.2 哈龍對臭氧層的破壞

氟溴烷烴（Halon）是嚴重消耗臭氧層的物質，具有良好的化學穩定性，在大氣對流層內不易分解而進入平流層。在平流層內，當受到短波紫外線的照射激化后，會分解出活性很強的鹵元素自由基。它在消耗臭氧分子的同時，又會在連續鏈鎖循環反應中再生。反應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，一個氟原子可以破壞10萬個臭氧分子，而溴原子破壞臭氧的速度要比氟原子快60倍。因此，平流層內只要存在少量的溴，就能對臭氧層產生巨大的破壞作用，從而導致地球的生態失衡［1］。

2 哈龍替代品的發展趨勢要求

2.1 哈龍替代品要求

目前國內外對哈龍替代品研究的發展要求主要體現在以下幾點：

（1）環境友好性，對環境大氣無害：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，最好不產生溫室效應；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濃度NOAEL表示，能應用于有人場所。

（3）清潔：噴射后蒸發不留殘渣，無固、液相殘留物，滅火后防護區內設備和材料不受污染。

（4）滅火效能高：滅火劑用量少、滅火時間快、效率高、不導電、揮發快。

（5）以哈龍替代品為基礎研制的滅火系統，應該投資小、成本低，具有良好的熱穩定性和化學穩定性，利于長期儲存。

2.2 哈龍替代品

目前國內外對哈龍替代品的研究主要有以下幾種：

（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）以細水霧為代表的水基滅火劑。

上述各種哈龍替代品雖然均進行過深入研究，并研制出一系列產品，在艦船應用的綜合性能上，也各具優點，有些甚至獲得美國環保署、世界環境保護組織以及著名船級社的認可，但這些產品的各項性能尚無法全面超越哈龍1301滅火系統。因而迄今為止，除機艙局部細水霧滅火系統外，其余均未在艦船上推廣應用。近年來，我國已自行研發成功一種新型高效、綠色環保的CFA型滅火劑。

3 新型CFA滅火劑

CFA滅火劑由九江中船消防設備有限公司與南開大學共同研發，是一種鹵代滅烯烴滅火劑，滅火方式以化學滅火為主，且都是液體儲存，噴射形式氣態。CFA分子在高溫下分解產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，使反應鏈中斷，抑制燃燒；而同時在一定的溫度下，CFA分子本身也會與H·、OH·和O·等自由基產生反應，從而使反應鏈中斷，抑制燃燒。同時，CFA滅火劑的沸點要遠高于哈龍1301滅火劑，噴射時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滅火劑性質及其與哈龍1301及其他替代品的主要技術性能對比[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性能對比

續上表

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

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，具有以下優點：

（1）綠色環保，具有較低的溫室效應和較短的大氣壽命期，對臭氧層無破壞作用。

（2）不導電、無浸漬、無殘留物，滅火后不留痕跡，對保護對象是安全的。

（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區來計量，其滅火劑用量可望比哈龍1301降低10%～15%，滅火效能高，滅火噴射時間短。

（5）常溫下為液體，便于平時貯存、轉運和補充加注滅火劑。

（6）滅火裝置及滅火系統的設計、制造及檢驗可在哈龍1301系統的基礎上略加改進擴展即可使用。

CFA新型氣體滅火系統（固定式）的原理圖見下頁圖1。

圖1 CFA新型氣體滅火系統原理圖

由圖1可見，CFA新型氣體滅火系統與哈龍1301滅火系統基本一致。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、噴射滅火作用時間以及蒸汽濃度等諸多因數有密切關系［3］，還需進一步作深入研究及試驗驗證，以確保自保護處所泄漏至疏散通道的煙氣產物不致對人員造成危害。其值應滿足GB/T29128《船舶固定式氣體滅火系統通用技術條件》中的相關規定。

4 CFA新型滅火系統裝船適用性分析

CFA是新近研發的具有獨立自主知識產權的新型滅火劑。不過，要真正實現對艦船上哈龍1301滅火系統的替代，尚需進一步解決以下關鍵點：

（1）500 m3模擬機艙滅火效能試驗

應按Msc/Cisc848《經修正的1974SOLAS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》及其修正案Msc/ Cisc1267的要求進行型式試驗。在500 m3空間內模擬發動機模型，以庚烷、柴油、木柴作燃料，進行油罐火、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。

（2）在參考國外先進標準的基礎上，結合我國氣體滅火系統產品設計和應用的實際經驗，制定CFA滅火劑標準規范，并經國家權威部門的正式認可，確認其可以作為哈龍替代品［4］，予以推廣應用。在GJB868A-2011《艦船消防要求》中也有明確規定：鹵代烷滅火劑應經海軍主管部門的認可，并應經專門的實驗室試驗鑒定后方可投入使用。

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

（4）參照國際通用做法，應將滅火系統硬件和流體計算（氣、液兩相流）軟件一并提交給權威部門進行驗證［5］。

（5）編制CFA船用滅火裝置及船用滅火系統的技術條件和設計規范。

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

5 結 論

隨著保護臭氧層物質國際公約的簽訂，哈龍滅火劑將被全面淘汰。雖然目前哈龍1301在軍事領域的使用尚無限制，但我們必須要有前瞻意識，把哈龍替代項目提到保證我海軍艦船安全和提高作戰能力的高度上，切實做好每一個關鍵節點上的工作，努力趕超世界先進水平。本文僅就CFA與其他的哈龍1301替代品進行粗淺分析，期盼能對CFA新型滅火劑的推廣和應用起到一定的借鑒和促進作用。

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

［2］張國壁. 新一代哈龍替代劑［J］.消防科學與技術，2004（4）：69-72.

［3］經建生，謝德隆. 七氟丙烷滅火系統應用與優化［J］.消防科學與技術，2003（1）：40-42.

［4］邢魯寧，馬建琴，劉連喜，等.國內外氣體滅火系統標準規范及研究動態分析［J］.消防科學與技術，2014（4）：91-94.

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

信息 動態

MARIC攜手尚和海工打造新型風電平臺

日前，尚和（上海）海洋工程設備有限公司與中國船舶及海洋工程設計研究院（MARIC）簽訂了“1 200噸自航自升式海上風電安裝及運維平臺”設計合同，MARIC黨委書記盧霖致歡迎辭，副院長李小平與尚和海工總經理鄭文俊分別代表雙方簽約。MARIC市場總監韓明、副總工程師費龍、經營計劃部主任吳偉俊以及海工部設計項目組相關成員參加了該儀式。

據介紹，該平臺為目前國內最高端的海上風電安裝平臺，其作業能力強、施工效率高，設有1 200 t繞樁吊、連續升降液壓起升裝置，具有DP-2級動力定位能力。此次簽約標志著尚和海工積極響應國家“綠色”發展、建設海洋強國的理念，向新型海上風電裝備領域邁出了堅實的一步。MARIC獲得該平臺的設計合同，也是費龍大師工作室的又一力作，標志著MARIC在新型海洋平臺系列化研發方面取得了重大進展。

尚和(上海)海洋工程設備有限公司是一家致力于海上風能的綜合利用極其高端海工裝備的開發、運營和銷售為一體的大型海工企業。公司以國內海工專家為主導，聚集了一批行業內豐富經驗的學科帶頭人和技術骨干。公司以堅定的技術為支撐，計劃打造國內首創，獨具一格的、適合深水海上風電安裝基礎施工，安裝與維護的綜合平臺，該平臺填補了國內海上風電綜合平臺施工技術的空白。公司面向國內及國際風電安裝市場，力爭在未來幾年成為海上風電裝備行業的領航者之一。

簽約儀式上，雙方均表示，今后將繼續密切合作，精心設計，著力把該型風電平臺打造成技術先進、操作靈活、經濟可靠的海工精品。

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：艦船動力裝置設計。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：艦船動力裝置設計。