水成膜泡沫滅火劑標準比較

竇增培，陳衛(wèi)平，姜塍林，何學昌，葛 峰

(1.浙江睦田消防科技開發(fā)有限公司，浙江 杭州 311106；2.浙江省消防救援總隊，浙江 杭州 314000；3.浙江清華長三角研究院杭州分院智慧消防研究應用中心，浙江 杭州 310019)

0 引言

水成膜泡沫滅火劑(aqueous film-forming foam，AFFF)通常由氟表面活性劑、碳氫表面活性劑和其他助劑組成。與蛋白泡沫滅火劑相比，AFFF能在可燃液體表面自發(fā)擴散并形成水膜，有效隔離了空氣和火焰，并強化窒息作用，提高了滅火效能。1960年美國海軍研究所以氟表面活性劑為原料，研制成功“輕水”滅火劑，可有效控制飛機等因可燃性液體泄漏而引發(fā)的大規(guī)模火災，尤其是可快速控制火勢以避免爆炸。該研究成果后被美國3M公司商業(yè)化，至今在機場、艦船、油庫等領域仍具有不可替代的地位，是消防安全重要的物質(zhì)保障。

AFFF在電力系統(tǒng)同樣有重要應用，廣泛使用于變壓器設備、電纜隧道或廊道、電動車充電站、發(fā)電廠油系統(tǒng)等場所[1-2]。

AFFF在國內(nèi)屬于國家強制性檢驗產(chǎn)品，其上市銷售必須符合GB 15308—2006《泡沫滅火劑》的要求。因此，有必要將該標準與國外通行的相關標準進行對比，分析指標設定及指標值的異同，并基于此提出對標準運用的建議。

1 國內(nèi)外AFFF標準介紹及比較

1.1 標準介紹

AFFF在國內(nèi)執(zhí)行標準為GB 15308—2006《泡沫滅火劑》(簡稱GB 15308)，國際上類似標準有國際標準化組織的ISO 7203-1：2019 （Fire extinguishing media-Foam concentrates.Part 1：Specification for low-expansion foam concentrates for top application to water-immiscible liquids)(簡稱ISO 7203-1)以及美軍用標準MIL-PRF-24385F (SH) Amendment 4 （Fire extinguishing agent， aqueous film-forming foam (AFFF) liquid concentrate，for fresh and sea water）。因此，對三個標準相關內(nèi)容進行對比分析。

1.2 比較的內(nèi)容

以6 %型非抗溶型低倍AFFF為例，其中滅火性能、抗燒性能以GB 15308中的IA級要求為準。各標準條款對AFFF的要求主要分為泡沫液基礎性質(zhì)(包含折射率、粘度、沉淀物、比流動性、凝固點、pH值、抗凍融性能)、表面活性(包括泡沫溶液表面張力、界面張力、擴散系數(shù))、泡沫性能(發(fā)泡倍數(shù)、25 %析液時間)、環(huán)保性能(總氟含量、全氟辛基磺酰氟及其衍生物、全氟辛酸及其衍生物及PFOA含量、環(huán)境影響)、滅火性能(滅火時間、抗燒時間)、腐蝕性、成膜性和密封性等。

2 GB 15308與ISO 7203-1比較

GB 15308和ISO 7203-1的比較詳見表1。

表1 GB 15308與ISO 7203-1比較

GB 15308和ISO 7203-1均未對AFFF的折射率、成膜性和密封性、環(huán)保性能和總含氟量指標進行規(guī)定，但在泡沫液凝固點、pH值、腐蝕性的要求上有所區(qū)別；在與滅火密切相關的表面活性、泡沫性能、滅火性能方面，兩者的要求完全一致。需注意的是，盡管ISO 7203-1未在環(huán)保性能方面提出明確要求，但AFFF仍需遵守各地區(qū)關于持久性有機污染物含量限值的規(guī)定，如滿足《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》及其相關議定書的禁用、限用規(guī)定等。

近期，國家對氟表面活性劑的環(huán)保性能提出新的要求，如應急管理部消防產(chǎn)品合格評定中心新發(fā)布的《非PFOS氟碳表面活性劑測試大綱(2021年)》中要求PFOS，PFOA含量均低于1 μg/L。該大綱的要求意味著環(huán)保性能作為AFFF的核心組分(即氟表面活性劑)的評價指標之一已進入國家有關部門的考察范圍之內(nèi)，但該大綱并未成為AFFF的強制性要求。

3 GB 15308和MIL-PRF-24385F(SH)比較

3.1 泡沫液基礎性質(zhì)比較

泡沫液基礎性質(zhì)標志著泡沫液物化性能，與泡沫液的穩(wěn)定性、使用條件(溫度范圍)密切相關。

GB 15308和MIL-PRF-24385 (SH)泡沫液基礎性質(zhì)間的比較詳見表2。MIL-PRF-24385 (SH)對泡沫液折射率提出要求，而GB 15308未有相關要求。折射率與AFFF的滅火效能無直接關系，但折射率的測試速度快，可用于泡沫液質(zhì)量的快速檢測。在低倍泡沫滅火系統(tǒng)功能驗收中，采用手持式折射儀或手持式電導率儀測定泡沫液的混合比，其結(jié)果用于評價泡沫滅火系統(tǒng)的有效性。粘度和比流動性的測試目的類似，即要求泡沫液的流動性在一定范圍之內(nèi)，以保證在規(guī)定條件下可通過泡沫液泵輸送使用。GB 15308要求受測AFFF提供凝固點參數(shù)，明確AFFF的使用溫度范圍，同時要求受測AFFF通過抗凍融性實驗，明確了AFFF的穩(wěn)定性要求。MIL-PRF-24385F (SH)提出的pH值范圍更窄且更接近中性，有利于泡沫液儲存的穩(wěn)定性。

3.2 表面活性比較

表面活性是AFFF能否在油面自發(fā)鋪展、能否形成水膜抑制油氣揮發(fā)的重要指標，直接關系到AFFF的滅火效能。GB 15308和MILPRF-24385 (SH)表面活性間的比較詳見表3。

表3 GB 15308和MIL-PRF-24385 (SH)表面活性間的比較單位：mN/m

擴散系數(shù)計算公式為S=γc-γf-γi，其中：γc為環(huán)己烷表面張力(20 ℃下為24 mN/m)；γf為泡沫溶液表面張力；γi為泡沫溶液與環(huán)己烷之間的界面張力，通常為2～4 mN/m。擴散系數(shù)為正值的泡沫溶液滿足在油面鋪展的熱力學條件，可在油面實現(xiàn)自發(fā)鋪展。

MIL-PRF-24385 (SH)未要求提供泡沫溶液的表面張力和界面張力特征值，但對擴散系數(shù)有下限要求(S不低于3 mN/m)，實際上該值對表面張力和界面張力也提出了限制。根據(jù)擴散系統(tǒng)計算公式，在γc=24 mN/m (20 ℃下)、γi選擇為2～4 mN/m時，γf最高可為19 mN/m，這一指標符合國內(nèi)外AFFF的實踐。

AFFF在儲存過程中不可避免的會出現(xiàn)組分分解情況，進而可能引發(fā)表面活性劣化。MILPRF-24385 (SH)限定了擴散系數(shù)下限，在一定程度上為AFFF的儲存應用提供了裕量，保證了長期儲存后的滅火效能。

3.3 腐蝕率比較

腐蝕率對AFFF存儲方式與使用方式有影響。GB 15308和MIL-PRF-24385F (SH)腐蝕率的比較詳見表4。二者均對碳鋼(Q235A鋼)提出腐蝕率要求，MIL-PRF-24385F (SH)相對嚴格；GB 15308對鋁腐蝕率提出要求，未對銅、銅鎳合金作出要求，而MIL-PRF-24385F (SH)反之。

表4 GB 15308和MIL-PRF-24385 (SH)腐蝕率比較單位：μm/d

3.4 成膜性和密封性比較

成膜性和密封性是AFFF起效的基礎之一，其檢測較滅火實驗更快捷、方便。理論上，未通過成膜性和密封性實驗的泡沫液不能實現(xiàn)有效滅火。MIL-PRF-24385F (SH)對此有通過性要求，而GB 15308在該方面無相關要求。成膜性和密封性實驗具有便捷性和快速性，可應用于AFFF有效性檢測。

3.5 泡沫性能比較

發(fā)泡倍數(shù)是泡沫體積與構(gòu)成該泡沫的泡沫溶液體積的比值，GB 15308要求提供泡沫溶液的發(fā)泡倍數(shù)特征值。目前市場上AFFF發(fā)泡倍數(shù)均大于5，在實踐中與MIL-PRF-24385F (SH)要求是一致的，見表5。

表5 GB 15308和MIL-PRF-24385F (SH)泡沫性能比較

25 %析液時間指泡沫中析出其質(zhì)量25 %的液體所需要的時間，該值過小或過大均會影響滅火效果：太小會導致泡沫迅速失水變成干泡，影響流動性能；太大則表明析水緩慢，導致油面溫度下降變慢。GB 15308要求提供25 %析液時間特征值，而MIL-PRF-24385F (SH)有明確的下限要求。值得關注的是，被GB 15308替代的原泡沫滅火劑標準GB 17427—1998《水成膜泡沫滅火劑》中，對泡沫溶液的發(fā)泡倍數(shù)要求大于等于5，25 %析液時間大于等于2.5 min，與MIL-PRF-24385F (SH)一致。

3.6 環(huán)境影響比較

環(huán)境影響中，毒性測試用于評價AFFF對動物的危害性，化學需氧量COD和20日生化需氧量BOD20測試用于評價AFFF的降解速度，GB 15308對上述項目均無要求；總含氟量是AFFF的重要指標之一，也是判定市售AFFF產(chǎn)品與送檢產(chǎn)品一致性的重要指標，GB 15308對此項目無要求；含氟持久性有機污染物具有生物累積性和生物毒性，其生產(chǎn)和應用均受到越來越嚴格的限制，GB 15308對兩種代表性化合物(PFOS，PFOA)均未作要求。具體比較詳見表6。雖GB 15308在環(huán)境影響方面無明確要求，但新提出的《非PFOS氟碳表面活性劑測試大綱(2021年)》將有助于規(guī)范AFFF中持久性有機污染物的含量。

表6 GB 15308和MIL-PRF-24385F (SH)環(huán)境影響比較

3.7 滅火性能對比

GB 15308滅火實驗如下：4.52 m2鋼制圓盤，采用淺水層保護鋼制圓盤底部；泡沫槍用水標定時，0.63 MPa下水流量為11.4 L/min；泡沫槍水平放置高出燃料面1.0 m，使泡沫的中心射流在距遠端盤壁1.0 m的燃料表面上；144 L橡膠工業(yè)用溶劑油加入鋼制圓盤，5 min內(nèi)點燃，預燃60 s后施放泡沫溶液，并在180 s后停止，記錄滅火時間；停止施放后300 s內(nèi)，將裝有2 L橡膠工業(yè)用溶劑油的抗燒罐置于油盤中心并點燃，計時，復燃時間為總面積被火焰覆蓋了25 %的時間。

MIL-PRF-24385F (SH)中，50 ft2(50 ft2約為4.645 m2)鋼制圓盤滅火實驗與GB 15308滅火實驗規(guī)模相近，其實驗流程如下：淺水層保護圓盤底部，噴嘴施放速率為7.57 L/min，壓力0.69 MPa；56.8 L無鉛汽油在60 s內(nèi)倒入圓盤，30 s內(nèi)點燃，預燃10 s后施加滅火劑，滅火時間計算到所有火焰熄滅為止，泡沫供應時間持續(xù)90 s；停止供泡后60 s內(nèi)，將裝有3.78 L無鉛汽油的抗燒罐置于鋼制圓盤中間，計時，復燃時間為總面積被火焰覆蓋了25 %的時間。

GB 15308和MIL-PRF-24385F (SH)滅火性能比較詳見表7。前者的抗復燃性要求嚴格，后者的滅火時間要求嚴格。

表7 GB 15308-2006和MIL-PRF-24385F(SH)滅火性能比較

GB 15308滅火實驗使用的燃料更多、預燃更充分、泡沫槍流量更大，同時滅火時間要求較低、抗燒時間要求較高，這體現(xiàn)出一般火災救援的特點：非快速響應條件下的穩(wěn)定滅火。MIL-PRF-24385F (SH)滅火實驗，預燃時間短、滅火時間要求高、抗復燃要求較低，體現(xiàn)了軍事設施設備火災救援的特點：快速響應條件下的迅速滅火。兩標準滅火實驗及AFFF滅火性能的要求，對各自關注的火災救援特點均有較強的針對性，提出的指標要求各有側(cè)重。

4 結(jié)束語

根據(jù)上述對比分析，結(jié)論和相關建議如下。

(1) GB 15308和ISO 7203-1對AFFF的要求基本一致。

(2) GB 15308和MIL-PRF-24385F (SH)對AFFF要求有一定區(qū)別，各有側(cè)重：GB 15308對應用于社會面常見油類火災的AFFF設定了最低要求；MIF-PRF-24385F (SH)對應用于軍事設施設備火災的AFFF提出了一些特殊和增強型指標要求。

(3) MIL-PRF-24385F (SH)中部分指標要求或規(guī)范意圖可在實踐中借鑒，用以解決當前AFFF產(chǎn)品與送檢樣品的一致性問題以及AFFF在儲存過程中的有效性問題。

(4) 根據(jù)特殊環(huán)境場合(電力、核電、軍事設施、重要軍民用倉庫等)的滅火要求，建立特殊AFFF專用的標準規(guī)范。

(5) 優(yōu)化建議：新訂、改訂AFFF標準中可根據(jù)實際情況增加相應的指標。

① 提高擴散系數(shù)要求，從現(xiàn)有要求(正值)提高至某一確定值，確保泡沫液長期有效性。

② 增加成膜性和密封性測試，提供快速初篩泡沫液有效性的方法。

③ 增加總含氟量測試，保證AFFF產(chǎn)品與送檢樣品一致性。

④ 增加持久性有機污染物含量限制，提高AFFF環(huán)保性和合規(guī)性要求。