新型船用CFA气体灭火剂及其灭火系统装船适用性分析和研究

孙建清邱 波田志定

（1.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011；2.九江中船消防设备有限公司 九江332000）

新型船用CFA气体灭火剂及其灭火系统装船适用性分析和研究

孙建清1邱 波2田志定1

（1.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011；2.九江中船消防设备有限公司 九江332000）

介绍一种新型高效、绿色环保的CFA灭火剂，将其与哈龙1301及其他哈龙替代品在物理性质、环保、毒性、灭火性能、灭火系统等方面作综合分析对比，得出CFA新型灭火剂的优点，分析该灭火剂的装船适用性，并提出进一步研究的工作重点。

CFA灭火剂；哈龙替代；灭火机理

引 言

哈龙（Halon）是卤素原子取代一些低级烷烃类化合物中的部分或全部氢原子后生成的具有一定灭火能力的化合物的总称，通常以二氟一氯一溴甲烷（CF2ClBr，哈龙1211）、三氟一溴甲烷（CF3Br，哈龙1301）和四氟二溴乙烷（C2F4Br2，哈龙2402）为主要代表。以哈龙1301为例，由于其灭火高效、无毒无嗅，且对金属几乎无腐蚀，因而多年来一直是舰船机舱固定式气体灭火系统的首选，得到长期和广泛的应用。

自1974年美国Rowland教授和Molina博士通过研究发现哈龙灭火剂对大气臭氧层具有极大的破坏作用后，联合国环境规划署从1985年起相继推出一系列条约限制哈龙的生产和使用，国际海上人命安全公约（SOLAS）和国际海事组织（IMO）也明确规定在船舶上禁止使用。随着限制温室气体排放的《巴黎协定》正式生效，虽然哈龙在军事领域至今尚不属于禁止使用的规定场所，但是开发一种性能全面优于哈龙1301，对环境没有破坏作用绿色环保新型高效的灭火剂及其灭火系统，对保障舰船安全和满足环境保护具有重要意义。新型船用CFA型灭火剂的研发及其装船适用性研究，对于提高我国海军舰船消防设备的安全水平和促进产业发展，已引起有关部门高度重视。

1 哈龙灭火剂及其危害

1.1 哈龙灭火剂的灭火机理

哈龙灭火剂的灭火过程主要以化学抑制灭火为主，以吸热、稀释氧气等物理灭火为辅，通过热分解产生的卤素自由基原子吸收燃烧过程赖以维持的氢原子等，切断燃烧反应链，进而实现灭火。以哈龙1301灭甲烷火为例，其反应链发下：

由此可见，哈龙1301分解产生的Br·和F·与从甲烷燃烧产生的氢原子H·反应生成HBr和HF，又进一步与活性OH·反应生成水和Br· 和F· 。在这种循环反应的过程中，把H·、OH·和O·等游离基从燃烧物中消耗掉，直至燃烧结束。

1.2 哈龙对臭氧层的破坏

氟溴烷烃（Halon）是严重消耗臭氧层的物质，具有良好的化学稳定性，在大气对流层内不易分解而进入平流层。在平流层内，当受到短波紫外线的照射激化后，会分解出活性很强的卤元素自由基。它在消耗臭氧分子的同时，又会在连续链锁循环反应中再生。反应过程中释放的自由基可以在平流层中存在若干年。有人曾估算，一个氟原子可以破坏10万个臭氧分子，而溴原子破坏臭氧的速度要比氟原子快60倍。因此，平流层内只要存在少量的溴，就能对臭氧层产生巨大的破坏作用，从而导致地球的生态失衡［1］。

2 哈龙替代品的发展趋势要求

2.1 哈龙替代品要求

目前国内外对哈龙替代品研究的发展要求主要体现在以下几点：

（1）环境友好性，对环境大气无害：臭氧层耗减潜能值ODP≤0.05，最好ODP=0；温室效能潜能值GWP要小，最好不产生温室效应；大气中存活寿命ALT短。

（2）对人体无毒性危害：以未观察到不良反应浓度NOAEL表示，能应用于有人场所。

（3）清洁：喷射后蒸发不留残渣，无固、液相残留物，灭火后防护区内设备和材料不受污染。

（4）灭火效能高：灭火剂用量少、灭火时间快、效率高、不导电、挥发快。

（5）以哈龙替代品为基础研制的灭火系统，应该投资小、成本低，具有良好的热稳定性和化学稳定性，利于长期储存。

2.2 哈龙替代品

目前国内外对哈龙替代品的研究主要有以下几种：

（1）以七氟丙烷，三氟甲烷为代表的卤代烷气体灭火剂；

（2）以IG541为代表的惰性气体灭火剂；

（3）以Novec1230为代表的酮类灭火剂；

（4）气溶胶灭火剂；

（5）以细水雾为代表的水基灭火剂。

上述各种哈龙替代品虽然均进行过深入研究，并研制出一系列产品，在舰船应用的综合性能上，也各具优点，有些甚至获得美国环保署、世界环境保护组织以及著名船级社的认可，但这些产品的各项性能尚无法全面超越哈龙1301灭火系统。因而迄今为止，除机舱局部细水雾灭火系统外，其余均未在舰船上推广应用。近年来，我国已自行研发成功一种新型高效、绿色环保的CFA型灭火剂。

3 新型CFA灭火剂

CFA灭火剂由九江中船消防设备有限公司与南开大学共同研发，是一种卤代灭烯烃灭火剂，灭火方式以化学灭火为主，且都是液体储存，喷射形式气态。CFA分子在高温下分解产生的含溴和氯的自由基，能捕捉燃烧所必须的H·、OH·和O·等自由基，使反应链中断，抑制燃烧；而同时在一定的温度下，CFA分子本身也会与H·、OH·和O·等自由基产生反应，从而使反应链中断，抑制燃烧。同时，CFA灭火剂的沸点要远高于哈龙1301灭火剂，喷射时对火焰也具有一定的冷却作用，因而CFA灭火剂的灭火效能略高于哈龙1301灭火剂。CFA灭火剂性质及其与哈龙1301及其他替代品的主要技术性能对比[1,2]如表1所示。

表1 CFA灭火剂与哈龙1301及其他替代品主要技术性能对比

续上表

由于CFA为卤代灭烯烃灭火剂的分子内含碳碳双键，在光子等环境因素作用下极易分解。虽然在分子内存在Br和F卤素原子，但其在大气中存在的时间极短（7天），分解产生的溴化物通过雨水等途径进入地面，不会漂流到平流层破坏大气臭氧层，因而环保性好。

从表1可看出，CFA新型灭火剂可作为哈龙1301较为理想的一种替代品，具有以下优点：

（1）绿色环保，具有较低的温室效应和较短的大气寿命期，对臭氧层无破坏作用。

（2）不导电、无浸渍、无残留物，灭火后不留痕迹，对保护对象是安全的。

（3）对人体无毒性危害，可用于有人的场合。

（4）以相同的全淹没灭火保护区来计量，其灭火剂用量可望比哈龙1301降低10%～15%，灭火效能高，灭火喷射时间短。

（5）常温下为液体，便于平时贮存、转运和补充加注灭火剂。

（6）灭火装置及灭火系统的设计、制造及检验可在哈龙1301系统的基础上略加改进扩展即可使用。

CFA新型气体灭火系统（固定式）的原理图见下页图1。

图1 CFA新型气体灭火系统原理图

由图1可见，CFA新型气体灭火系统与哈龙1301灭火系统基本一致。此外，与其他所有的卤代烷灭火剂一样，CFA燃烧后生成的氟化氢（HF）及其生成量与火场温度CFA蒸汽所接触的火焰表面积、喷射灭火作用时间以及蒸汽浓度等诸多因数有密切关系［3］，还需进一步作深入研究及试验验证，以确保自保护处所泄漏至疏散通道的烟气产物不致对人员造成危害。其值应满足GB/T29128《船舶固定式气体灭火系统通用技术条件》中的相关规定。

4 CFA新型灭火系统装船适用性分析

CFA是新近研发的具有独立自主知识产权的新型灭火剂。不过，要真正实现对舰船上哈龙1301灭火系统的替代，尚需进一步解决以下关键点：

（1）500 m3模拟机舱灭火效能试验

应按Msc/Cisc848《经修正的1974SOLAS公约所规定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》及其修正案Msc/ Cisc1267的要求进行型式试验。在500 m3空间内模拟发动机模型，以庚烷、柴油、木柴作燃料，进行油罐火、油池火、喷射火、木垛火等八种不同火源组合成的四种不同火情的灭火效能试验。

（2）在参考国外先进标准的基础上，结合我国气体灭火系统产品设计和应用的实际经验，制定CFA灭火剂标准规范，并经国家权威部门的正式认可，确认其可以作为哈龙替代品［4］，予以推广应用。在GJB868A-2011《舰船消防要求》中也有明确规定：卤代烷灭火剂应经海军主管部门的认可，并应经专门的实验室试验鉴定后方可投入使用。

（3）CFA灭火剂分解产物毒性及腐蚀性试验，测量灭火剂分解产物中的氟化氢为代表的酸性气体浓度及其变化规律，并且结合灭火演示试验，在模拟机舱内对304L不锈钢、B10铜镍合金、945钢、Q235钢等金属材料，典型控制箱，常规舰用电缆等样品进行分解产物的腐蚀性试验测试。

（4）参照国际通用做法，应将灭火系统硬件和流体计算（气、液两相流）软件一并提交给权威部门进行验证［5］。

（5）编制CFA船用灭火装置及船用灭火系统的技术条件和设计规范。

（6）完成CFA气体灭火系统的应用可行性分析研究及装船实试。建议选某型舰船为应用对象，重点分析计算哈龙1301和CFA两种灭火系统的装船应用方案，从系统布置，安装空间，灭火剂用量和价格以及维修保障等方面进行综合对比后，确定CFA新型气体灭火系统上舰应用的试验。

5 结 论

随着保护臭氧层物质国际公约的签订，哈龙灭火剂将被全面淘汰。虽然目前哈龙1301在军事领域的使用尚无限制，但我们必须要有前瞻意识，把哈龙替代项目提到保证我海军舰船安全和提高作战能力的高度上，切实做好每一个关键节点上的工作，努力赶超世界先进水平。本文仅就CFA与其他的哈龙1301替代品进行粗浅分析，期盼能对CFA新型灭火剂的推广和应用起到一定的借鉴和促进作用。

［1］ 吴晓伟，翁平，邹高万，等.舰船绿色环保灭火剂选型分析［J］.船舶，2011（6）：29-35.

［2］张国壁. 新一代哈龙替代剂［J］.消防科学与技术，2004（4）：69-72.

［3］经建生，谢德隆. 七氟丙烷灭火系统应用与优化［J］.消防科学与技术，2003（1）：40-42.

［4］邢鲁宁，马建琴，刘连喜，等.国内外气体灭火系统标准规范及研究动态分析［J］.消防科学与技术，2014（4）：91-94.

［5］华万仁，马振明.七氟丙烷灭火系统管路阻力损失试验研究与计算方法［J］.消防科学与技术，2003（1）：46-48.

信息 动态

MARIC携手尚和海工打造新型风电平台

日前，尚和（上海）海洋工程设备有限公司与中国船舶及海洋工程设计研究院（MARIC）签订了“1 200吨自航自升式海上风电安装及运维平台”设计合同，MARIC党委书记卢霖致欢迎辞，副院长李小平与尚和海工总经理郑文俊分别代表双方签约。MARIC市场总监韩明、副总工程师费龙、经营计划部主任吴伟俊以及海工部设计项目组相关成员参加了该仪式。

据介绍，该平台为目前国内最高端的海上风电安装平台，其作业能力强、施工效率高，设有1 200 t绕桩吊、连续升降液压起升装置，具有DP-2级动力定位能力。此次签约标志着尚和海工积极响应国家“绿色”发展、建设海洋强国的理念，向新型海上风电装备领域迈出了坚实的一步。MARIC获得该平台的设计合同，也是费龙大师工作室的又一力作，标志着MARIC在新型海洋平台系列化研发方面取得了重大进展。

尚和(上海)海洋工程设备有限公司是一家致力于海上风能的综合利用极其高端海工装备的开发、运营和销售为一体的大型海工企业。公司以国内海工专家为主导，聚集了一批行业内丰富经验的学科带头人和技术骨干。公司以坚定的技术为支撑，计划打造国内首创，独具一格的、适合深水海上风电安装基础施工，安装与维护的综合平台，该平台填补了国内海上风电综合平台施工技术的空白。公司面向国内及国际风电安装市场，力争在未来几年成为海上风电装备行业的领航者之一。

签约仪式上，双方均表示，今后将继续密切合作，精心设计，着力把该型风电平台打造成技术先进、操作灵活、经济可靠的海工精品。

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

孙建清（1980-），男，高级工程师。研究方向：舰船动力装置设计。邱 波（1983-），男，工程师。研究方向：舰船消防。田志定（1941-），男，研究员。研究方向：舰船动力装置设计。