水成膜泡沫灭火剂标准比较

窦增培，陈卫平，姜塍林，何学昌，葛 峰

(1.浙江睦田消防科技开发有限公司，浙江 杭州 311106；2.浙江省消防救援总队，浙江 杭州 314000；3.浙江清华长三角研究院杭州分院智慧消防研究应用中心，浙江 杭州 310019)

0 引言

水成膜泡沫灭火剂(aqueous film-forming foam，AFFF)通常由氟表面活性剂、碳氢表面活性剂和其他助剂组成。与蛋白泡沫灭火剂相比，AFFF能在可燃液体表面自发扩散并形成水膜，有效隔离了空气和火焰，并强化窒息作用，提高了灭火效能。1960年美国海军研究所以氟表面活性剂为原料，研制成功“轻水”灭火剂，可有效控制飞机等因可燃性液体泄漏而引发的大规模火灾，尤其是可快速控制火势以避免爆炸。该研究成果后被美国3M公司商业化，至今在机场、舰船、油库等领域仍具有不可替代的地位，是消防安全重要的物质保障。

AFFF在电力系统同样有重要应用，广泛使用于变压器设备、电缆隧道或廊道、电动车充电站、发电厂油系统等场所[1-2]。

AFFF在国内属于国家强制性检验产品，其上市销售必须符合GB 15308—2006《泡沫灭火剂》的要求。因此，有必要将该标准与国外通行的相关标准进行对比，分析指标设定及指标值的异同，并基于此提出对标准运用的建议。

1 国内外AFFF标准介绍及比较

1.1 标准介绍

AFFF在国内执行标准为GB 15308—2006《泡沫灭火剂》(简称GB 15308)，国际上类似标准有国际标准化组织的ISO 7203-1：2019 （Fire extinguishing media-Foam concentrates.Part 1：Specification for low-expansion foam concentrates for top application to water-immiscible liquids)(简称ISO 7203-1)以及美军用标准MIL-PRF-24385F (SH) Amendment 4 （Fire extinguishing agent， aqueous film-forming foam (AFFF) liquid concentrate，for fresh and sea water）。因此，对三个标准相关内容进行对比分析。

1.2 比较的内容

以6 %型非抗溶型低倍AFFF为例，其中灭火性能、抗烧性能以GB 15308中的IA级要求为准。各标准条款对AFFF的要求主要分为泡沫液基础性质(包含折射率、粘度、沉淀物、比流动性、凝固点、pH值、抗冻融性能)、表面活性(包括泡沫溶液表面张力、界面张力、扩散系数)、泡沫性能(发泡倍数、25 %析液时间)、环保性能(总氟含量、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、环境影响)、灭火性能(灭火时间、抗烧时间)、腐蚀性、成膜性和密封性等。

2 GB 15308与ISO 7203-1比较

GB 15308和ISO 7203-1的比较详见表1。

表1 GB 15308与ISO 7203-1比较

GB 15308和ISO 7203-1均未对AFFF的折射率、成膜性和密封性、环保性能和总含氟量指标进行规定，但在泡沫液凝固点、pH值、腐蚀性的要求上有所区别；在与灭火密切相关的表面活性、泡沫性能、灭火性能方面，两者的要求完全一致。需注意的是，尽管ISO 7203-1未在环保性能方面提出明确要求，但AFFF仍需遵守各地区关于持久性有机污染物含量限值的规定，如满足《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》及其相关议定书的禁用、限用规定等。

近期，国家对氟表面活性剂的环保性能提出新的要求，如应急管理部消防产品合格评定中心新发布的《非PFOS氟碳表面活性剂测试大纲(2021年)》中要求PFOS，PFOA含量均低于1 μg/L。该大纲的要求意味着环保性能作为AFFF的核心组分(即氟表面活性剂)的评价指标之一已进入国家有关部门的考察范围之内，但该大纲并未成为AFFF的强制性要求。

3 GB 15308和MIL-PRF-24385F(SH)比较

3.1 泡沫液基础性质比较

泡沫液基础性质标志着泡沫液物化性能，与泡沫液的稳定性、使用条件(温度范围)密切相关。

GB 15308和MIL-PRF-24385 (SH)泡沫液基础性质间的比较详见表2。MIL-PRF-24385 (SH)对泡沫液折射率提出要求，而GB 15308未有相关要求。折射率与AFFF的灭火效能无直接关系，但折射率的测试速度快，可用于泡沫液质量的快速检测。在低倍泡沫灭火系统功能验收中，采用手持式折射仪或手持式电导率仪测定泡沫液的混合比，其结果用于评价泡沫灭火系统的有效性。粘度和比流动性的测试目的类似，即要求泡沫液的流动性在一定范围之内，以保证在规定条件下可通过泡沫液泵输送使用。GB 15308要求受测AFFF提供凝固点参数，明确AFFF的使用温度范围，同时要求受测AFFF通过抗冻融性实验，明确了AFFF的稳定性要求。MIL-PRF-24385F (SH)提出的pH值范围更窄且更接近中性，有利于泡沫液储存的稳定性。

3.2 表面活性比较

表面活性是AFFF能否在油面自发铺展、能否形成水膜抑制油气挥发的重要指标，直接关系到AFFF的灭火效能。GB 15308和MILPRF-24385 (SH)表面活性间的比较详见表3。

表3 GB 15308和MIL-PRF-24385 (SH)表面活性间的比较单位：mN/m

扩散系数计算公式为S=γc-γf-γi，其中：γc为环己烷表面张力(20 ℃下为24 mN/m)；γf为泡沫溶液表面张力；γi为泡沫溶液与环己烷之间的界面张力，通常为2～4 mN/m。扩散系数为正值的泡沫溶液满足在油面铺展的热力学条件，可在油面实现自发铺展。

MIL-PRF-24385 (SH)未要求提供泡沫溶液的表面张力和界面张力特征值，但对扩散系数有下限要求(S不低于3 mN/m)，实际上该值对表面张力和界面张力也提出了限制。根据扩散系统计算公式，在γc=24 mN/m (20 ℃下)、γi选择为2～4 mN/m时，γf最高可为19 mN/m，这一指标符合国内外AFFF的实践。

AFFF在储存过程中不可避免的会出现组分分解情况，进而可能引发表面活性劣化。MILPRF-24385 (SH)限定了扩散系数下限，在一定程度上为AFFF的储存应用提供了裕量，保证了长期储存后的灭火效能。

3.3 腐蚀率比较

腐蚀率对AFFF存储方式与使用方式有影响。GB 15308和MIL-PRF-24385F (SH)腐蚀率的比较详见表4。二者均对碳钢(Q235A钢)提出腐蚀率要求，MIL-PRF-24385F (SH)相对严格；GB 15308对铝腐蚀率提出要求，未对铜、铜镍合金作出要求，而MIL-PRF-24385F (SH)反之。

表4 GB 15308和MIL-PRF-24385 (SH)腐蚀率比较单位：μm/d

3.4 成膜性和密封性比较

成膜性和密封性是AFFF起效的基础之一，其检测较灭火实验更快捷、方便。理论上，未通过成膜性和密封性实验的泡沫液不能实现有效灭火。MIL-PRF-24385F (SH)对此有通过性要求，而GB 15308在该方面无相关要求。成膜性和密封性实验具有便捷性和快速性，可应用于AFFF有效性检测。

3.5 泡沫性能比较

发泡倍数是泡沫体积与构成该泡沫的泡沫溶液体积的比值，GB 15308要求提供泡沫溶液的发泡倍数特征值。目前市场上AFFF发泡倍数均大于5，在实践中与MIL-PRF-24385F (SH)要求是一致的，见表5。

表5 GB 15308和MIL-PRF-24385F (SH)泡沫性能比较

25 %析液时间指泡沫中析出其质量25 %的液体所需要的时间，该值过小或过大均会影响灭火效果：太小会导致泡沫迅速失水变成干泡，影响流动性能；太大则表明析水缓慢，导致油面温度下降变慢。GB 15308要求提供25 %析液时间特征值，而MIL-PRF-24385F (SH)有明确的下限要求。值得关注的是，被GB 15308替代的原泡沫灭火剂标准GB 17427—1998《水成膜泡沫灭火剂》中，对泡沫溶液的发泡倍数要求大于等于5，25 %析液时间大于等于2.5 min，与MIL-PRF-24385F (SH)一致。

3.6 环境影响比较

环境影响中，毒性测试用于评价AFFF对动物的危害性，化学需氧量COD和20日生化需氧量BOD20测试用于评价AFFF的降解速度，GB 15308对上述项目均无要求；总含氟量是AFFF的重要指标之一，也是判定市售AFFF产品与送检产品一致性的重要指标，GB 15308对此项目无要求；含氟持久性有机污染物具有生物累积性和生物毒性，其生产和应用均受到越来越严格的限制，GB 15308对两种代表性化合物(PFOS，PFOA)均未作要求。具体比较详见表6。虽GB 15308在环境影响方面无明确要求，但新提出的《非PFOS氟碳表面活性剂测试大纲(2021年)》将有助于规范AFFF中持久性有机污染物的含量。

表6 GB 15308和MIL-PRF-24385F (SH)环境影响比较

3.7 灭火性能对比

GB 15308灭火实验如下：4.52 m2钢制圆盘，采用浅水层保护钢制圆盘底部；泡沫枪用水标定时，0.63 MPa下水流量为11.4 L/min；泡沫枪水平放置高出燃料面1.0 m，使泡沫的中心射流在距远端盘壁1.0 m的燃料表面上；144 L橡胶工业用溶剂油加入钢制圆盘，5 min内点燃，预燃60 s后施放泡沫溶液，并在180 s后停止，记录灭火时间；停止施放后300 s内，将装有2 L橡胶工业用溶剂油的抗烧罐置于油盘中心并点燃，计时，复燃时间为总面积被火焰覆盖了25 %的时间。

MIL-PRF-24385F (SH)中，50 ft2(50 ft2约为4.645 m2)钢制圆盘灭火实验与GB 15308灭火实验规模相近，其实验流程如下：浅水层保护圆盘底部，喷嘴施放速率为7.57 L/min，压力0.69 MPa；56.8 L无铅汽油在60 s内倒入圆盘，30 s内点燃，预燃10 s后施加灭火剂，灭火时间计算到所有火焰熄灭为止，泡沫供应时间持续90 s；停止供泡后60 s内，将装有3.78 L无铅汽油的抗烧罐置于钢制圆盘中间，计时，复燃时间为总面积被火焰覆盖了25 %的时间。

GB 15308和MIL-PRF-24385F (SH)灭火性能比较详见表7。前者的抗复燃性要求严格，后者的灭火时间要求严格。

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

GB 15308灭火实验使用的燃料更多、预燃更充分、泡沫枪流量更大，同时灭火时间要求较低、抗烧时间要求较高，这体现出一般火灾救援的特点：非快速响应条件下的稳定灭火。MIL-PRF-24385F (SH)灭火实验，预燃时间短、灭火时间要求高、抗复燃要求较低，体现了军事设施设备火灾救援的特点：快速响应条件下的迅速灭火。两标准灭火实验及AFFF灭火性能的要求，对各自关注的火灾救援特点均有较强的针对性，提出的指标要求各有侧重。

4 结束语

根据上述对比分析，结论和相关建议如下。

(1) GB 15308和ISO 7203-1对AFFF的要求基本一致。

(2) GB 15308和MIL-PRF-24385F (SH)对AFFF要求有一定区别，各有侧重：GB 15308对应用于社会面常见油类火灾的AFFF设定了最低要求；MIF-PRF-24385F (SH)对应用于军事设施设备火灾的AFFF提出了一些特殊和增强型指标要求。

(3) MIL-PRF-24385F (SH)中部分指标要求或规范意图可在实践中借鉴，用以解决当前AFFF产品与送检样品的一致性问题以及AFFF在储存过程中的有效性问题。

(4) 根据特殊环境场合(电力、核电、军事设施、重要军民用仓库等)的灭火要求，建立特殊AFFF专用的标准规范。

(5) 优化建议：新订、改订AFFF标准中可根据实际情况增加相应的指标。

① 提高扩散系数要求，从现有要求(正值)提高至某一确定值，确保泡沫液长期有效性。

② 增加成膜性和密封性测试，提供快速初筛泡沫液有效性的方法。

③ 增加总含氟量测试，保证AFFF产品与送检样品一致性。

④ 增加持久性有机污染物含量限制，提高AFFF环保性和合规性要求。