内河船舶应用新型消防灭火系统的可行性分析

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(中国船级社武汉规范研究所，武汉 430022)

随着Halon的禁用，目前在船上使用较为普遍的固定式气体灭火系统是CO2气体灭火系统。它对密封性能较好的防护区空间内的A类固体物质表面及电气火灾具有较好的灭火性能，加之其来源广泛，价格低廉，在船上的应用较为普遍。但该系统存在着对防护区内的人员有窒息作用的致命缺陷。

随着绿色环保船理念的提出和人们环保意识的提高，大家也逐渐关注CO2对环境和人员的影响；同时随着现有规范向目标性规范(GBS)的转变，为提升船舶安全技术水平，找寻灭火效率更高、对防护区人员伤害更小的新型环保灭火剂，并丰富现有的固定式灭火系统的选择，成为了人们努力的方向[1-2]。

1 国内新型环保灭火剂的发展现状

1.1 七氟丙烷灭火剂

1997年浙江化工研究院在国内首先研制出七氟丙烷灭火剂，并中试成功。

现在，国内有多家厂商在生产七氟丙烷灭火剂，但经过船级社型式认可的只有江西的一家产品厂。其产品性能符合NFPA2001《洁净气体灭火剂灭火系统设计规范》、《SOLAS公约2000修正案》、MSC/Circ.848《适用于机器处所和货油泵舱的固定式气体灭火系统的等效系统认可导则》及Q/HF123-2007《船用七氟丙烷灭火装置》的技术指标和要求。目前该产品已经在部分的特种船舶，如边防巡逻艇上有所应用，但民船暂无实际应用。

1.2 气溶胶灭火剂

1974年公安部天津消防研究所率先研制出气溶胶灭火剂，当时叫烟雾灭火剂，并在长沙消防器材厂投产。

目前国内生产船用气溶胶灭火剂并通过了船级社认可的也只有江西的一家产品厂，该公司的船用气溶胶灭火装置是该厂专门针对船舶行业设计开发的气溶胶灭火装置，其产品能够满足IMO的MSC/Circ.848等相关决议的要求，可以保证喷嘴出口处的温度在100 ℃左右，距离喷嘴0.5 m处的温度在70 ℃左右，这样不致危害设备和人员安全。从气溶胶的实际灭火试验来看，灭火迅速，灭火过程中产生了大量烟气，但烟气无刺激。同时，该产品已经考虑了气溶胶对设备的腐蚀性等危害，最大限度的降低灭火残留物对设备的危害。

1.3 烟烙尽灭火剂

烟烙尽气体灭火系统是由美国安素公司在1994年首先研制开发和生产的卤代烷灭火系统的替代产品，目前国内有包括南京消防器材厂和江西三星等厂家在生产，并且在陆用建筑消防中已经有广泛使用。该产品在欧盟等国家的船舶上已有广泛使用，但国内暂时没有经过船级社认证的产品，也没有实船应用的实例。美国安素公司的产品已经符合NFPA-2001的要求，而国内该产品在陆用和船用方面没有现成的规范可依据，厂家大多依据GA400-2002《气体灭火系统及零部件性能要求和实验方法》等标准进行生产。

1.4 几种环保灭火剂的性能比较

目前，上述几种新型环保灭火剂在国内或者国外都已经有实船应用的实例，而作为Halon的替代品，人们最关心的莫过于对人和环境的影响、灭火效能和经济性、实用性等方面。

1)影响环境的因素。主要有三个：对大气臭氧层不破坏即臭氧耗损潜能值ODP、气体灭火剂温室效应的相对值(GWP)、在大气中存活的寿命。表1为几种灭火剂的环境特性参数。

表1 几种灭火剂的环境特性参数

2)毒性分析。气体灭火剂对人体的危害主要来自两个方面，即灭火剂的毒性和灭火剂在火场高温下的热分解产物的毒性。FM 200的毒性比卤代烷物质低，主要是由于在火场高温下灭火剂分解，其本身含有氟，在可获得氢(来自物质燃烧过程)的条件下，主要分解物为氟化氢。但是七氟丙烷灭火速度快，灭火剂浓度能很快达到临界值，灭火剂的分解会限制在最小的范围内，在规定的浓度范围内对人体是安全的。气溶胶灭火剂短时接触对人体无严重影响，目前的研究和测试数据尚未表明气溶胶的喷射物和分解产物会对人体或环境造成严重影响。惰性气体IG541既不支持燃烧又不与绝大部分物质发生反应，以物理方式进行灭火，即通过减少火灾燃烧区域空气中的氧含量而达到灭火效果，属于全淹没灭火系统。因此，不会产生有毒的或有腐蚀性的分解物。

3)灭火效能比较分析。灭火浓度低，灭火剂用量少，灭火时间短，则这种气体灭火剂灭火效能高。由于上述几种灭火剂灭火机理不同，灭火效能也不同。FM 200主要是通过化学抑制终止燃烧反应来达到灭火目的，其最低设计浓度为8%，灭火速度快。IG 541是通过向保护空间充入惰性气体后，降低燃烧物周围的氧气浓度达到窒息灭火的，灭火剂的释放时间长，最低设计浓度为37.5%。气溶胶灭火剂的灭火机理主要是化学抑制，也有吸热降温的作用，其最低设计浓度为32%，灭火速度慢。灭火剂用量可以根据其相应设计用量的公式来计算。

通过对收集到资料的分析，新型环保灭火剂较传统的CO2固定式灭火系统而言，在系统组成方面，跟传统的固定式灭火系统组成近似甚至更为简单，在机舱内的安装不存在问题；在经济性方面，由于七氟丙烷的药剂和烟烙尽对管路的要求较高等原因，这两种灭火剂的费用较传统灭火剂贵，其他几种灭火剂的经济性都优于现有的灭火剂；在安全性方面，因为传统的CO2灭火剂对保护区域的人员有窒息作用，灭火剂施放之前人员必须撤离，而新型环保灭火剂对人体基本无毒，更不存在窒息作用，一旦防护区内的人员未能及时撤离也不会因为灭火剂的施放而面临什么危险；在灭火效能方面，这些新型环保灭火剂的灭火效能均比现有的CO2灭火系统高。

2 船用标准发展现状

IMO制定并发展了《1974年国际海上人命安全公约》(1974SOLAS公约)，该公约对船舶消防设施的配备，有着明确的规定：全船必须设置固定式水灭火系统。对船上A类机器处所、控制站、起居处所、服务处所、货物处所、存有易燃液体的处所和深油烹饪设备，均应设置相应的固定式灭火系统。

为适应形势的发展，IMO于1994年首先通过了MSC/Circ.668决议《用于机器处所和货泵舱的Halon灭火装置的替代装置》，对Halon可能的替代物在机舱的使用做了初步要求，并在1996年通过MSC/Circ.728号决议《经修订的MSC/Circ.668的固定式灭火系统》对其进行了修订。2005年又通过MSC/Circ1165号决议《经修订的由于机器处所和货泵舱的等效水基灭火系统认可指南》对MSC/Circ.668和MSC/Circ.728两份决议再次进行了修订。

1998年，IMO在MSC/Circ776决议的基础上，对其进行技术性改进，审议通过了MSC/Circ848《经修正的1974SOLAS公约所规定的适用于机器处所和货油泵舱的固定式气体灭火系统的等效系统认可导则》。该导则是MSC/Circ776的替代和完善。该导则要求等效于现有系统的释放时间、受保护区域的有毒气体浓度、灭火分解物的排放等做出了明确要求。

同时，为了指导气溶胶灭火系统在船舶上的应用，IMO在2001年的MSC第74次会议上审议通过MSC/Circ1007《等效于SOLAS公约规定的适用于机器处所的固定式气体灭火系统的固定式气溶胶灭火系统认可指南》。

在以上的决议中，对等效于现有固定式灭火系统的替代选择从系统布置、材料选择等多方面提出了明确的要求，并对Halon可能的替代物在船上的使用提出了基本的技术要求。

同时，欧盟和德国劳氏船级社在其规范中已经明确提出，允许包括CO2、七氟丙烷、烟烙尽在内的三种固定式灭火系统可以用于机器处所的保护。在该规范里，制定者对七氟丙烷和IG-541灭火系统的设置、材料选取、气瓶的容量、释放浓度及时间等提出了明确要求，见表2。

表2 欧盟和GL规范的部分要求

3 新型环保灭火剂用于内河船舶的建议

3.1 七氟丙烷灭火系统

七氟丙烷灭火系统在船上应用的主要障碍在于：喷射距离不够远和热分解物HF的毒性。对于喷射距离，生产厂家已经可以通过采用备压式的系统来彻底解决这个问题，备压式的系统喷射距离可以达到100 m左右，这完全能够满足内河船舶机器处所保护的需要；同时，由于采用了备压式系统，驱动气体外置，使得七氟丙烷钢瓶的充装率大大提高，这将会提高被保护区域内七氟丙烷的浓度，从而也能缩短灭火时间；而这两个是降低HF浓度的主要途径；另外，通过对火场的早探测、早行动使得人们能在火灾初期就采取行动，能够更好地控制火势。

以上三个因素也正是降低七氟丙烷热分解物HF的浓度最重要的方面，所以只要系统设计合理，完全可以把HF的浓度控制在安全水平以下；同时，管网式七氟丙烷系统与现有的CO2固定式灭火系统的组成和管路要求类似，比较适合对现有船的改造，所以七氟丙烷灭火系统可以用于船舶机器处所的保护。

3.2 气溶胶灭火系统

气溶胶有着很高的灭火效能，但是由于其热分解物会形成厚重的烟雾，使得其不能用在人员密集的场所。

但是对于机器处所，首先到达该区域的人员较少，其次在该区域的人员大都是熟悉环境的专业人员；另外在灭火剂释放之前都有不少于30 s的预警时间，这对于受过专业训练的船员来说有足够的时间撤离，即便防护区内的人员没有及时撤离，也不会因为灭火剂而造成生命危险；同时IMO也在2001年制订了MSC/Circ1007号《等效于SOLAS公约规定的适用于机器处所的固定式气体灭火系统的固定式气溶胶灭火系统认可指南》决议，也认可了气溶胶可以用在船舶的机器处所。在满足了一定的技术要求后，气溶胶灭火系统将是船舶机舱固定式灭火系统不错的选择。

3.3 烟烙尽灭火系统

欧美船舶，特别是内河船舶的自动化水平远远高于我国，机器处所基本上都属于无人机舱，因此欧盟和GL在其内河规范中明确提出了可以在机器处所内使用烟烙尽灭火系统。

而我国船舶总体自动化程度不高，特别是内河船舶，机器处所需要人员长期值守，一旦发生误喷对保护区内人员有一定的危险。故目前情况下，暂时不能考虑在内河船舶机器处所内使用烟烙尽灭火系统，待时机成熟后可以考虑。

3.4 细水雾灭火系统

从收集到资料的对比来看，细水雾灭火系统对局部的保护效果很好，但是如果作为机器处所内的固定式灭火系统，其灭火性能有待验证；同时国内多数厂家对超细水雾系统的关键技术——喷头技术的掌握还不甚成熟，故暂时不应考虑在内河船舶推广细水雾固定式灭火系统。

目前，以七氟丙烷和气溶胶为代表的新型环保灭火剂在我国陆用建筑得到了广泛的推广，陆用标准也非常成熟，同时我国国内也能够生产出符合船用标准的产品。但是还没有针对新型灭火介质的使用制定专门的技术要求，这也在一定程度上阻碍了新型清洁灭火剂在船舶上的使用。为了适应发展，现阶段首先应以气溶胶和七氟丙烷作为重点，对新型灭火介质在船上的应用展开进一步研究，并在合适的时候提出相关技术要求并纳入法规或规范中。

4 结论

1)新型环保灭火剂相比传统的CO2灭火剂有着更环保、更安全、更经济的优点；

2)七氟丙烷和气溶胶作为灭火剂在满足一定的技术要求情况下，完全可以取代CO2用在船舶机器处所；

3)应尽快制定相关的新型环保灭火剂在我国内河船舶上使用的技术要求，推动该项产品在我国内河船舶上的使用，为保障航运安全提供新的保障。

[1] 邱效祝，王华超.机舱火灾事故分析及对策[J].船海工程，2010，39(4)：40-42.

[2] 周 榕，赵远征，王五成.高倍泡沬灭火系统在船舶机舱中的应用分析[J].船海工程，2011，40(2)：81-83.