1,1,1,3,3,3-六氟丙烷灭火剂的应用

蒋 琦，王 蕾

（浙江巨化技术中心有限公司，浙江衢州324004）

哈龙灭火剂自问世以来，由于具有灭火含量低、灭火效率高、不导电等优异特性，在世界消防行业得到广泛应用。从上世纪80 年代中期，科学家发现了哈龙灭火剂是臭氧层消耗物质（ODS），联合国规定开始淘汰哈龙灭火剂，并相继推出一些哈龙替代产品，其中气体灭火剂中有1,1,1,3,3,3-六氟丙烷（HFC-236fa）、七氟丙烷、三氟甲烷、惰性气体及二氧化碳等。经过消防行业的筛选和评价，很难找到全面合适的一种替代品，有些替代品灭火效率不高，有些价格昂贵，有些装置笨重，或者对环境和人体有害。因此，不同的气体灭火剂被选择采用不同的灭火技术，应用于不同场合及不同类型的火灾。

HFC-236fa是一种无色、无味、低毒的化学物质，CAS 号690-39-1，英文名称1,1,1,3,3,3-Hexafluoropropane， 商 品 名 称FE- 36TM， 分 子 式CF3CH2CF3，分子量152.04，凝固点-93.6 ℃，沸点-1.4 ℃，液体密度1 376 kg/m3（20 ℃），饱和蒸汽压229.6 kPa（20 ℃）[1]。

HFC-236fa 臭氧消耗指标（ODP）为0，沸点和蒸汽压与二氟一氯一溴甲烷（哈龙1211）相近，且具有毒性小、不导电、无残渣等优点，被认为是哈龙1211 的重要替代品，尤其适用于药剂喷后要求不留痕迹或清洗残留物有困难的场所。

商品名为FE-36(tm)的HFC-236fa 产品，首先由美国杜邦公司研发并推出，FE-36(tm)灭火器被美国环保局重要新替代物政策（SNAP）认可为非居家式灭火设备。杜邦产品首次投放中国时，价格非常昂贵，消防企业难以展开对其灭火性能和应用方面的研究。随着科研院所和国内企业不断投入自主研发和生产，终于在国内形成具有自己专有技术的规模化HFC-236fa生产装置，产品应用成本大幅度降低，吸引了越来越多的消防企业、消防研究机构与HFC-236fa产品生产企业，联合研究开发国产化HFC-236fa灭火器，加快了哈龙产品替代的步伐。

1 灭火机理和毒性研究

国内外对HFC-236fa的毒性试验表明，在90 d的吸入研究中没有明显的临床症状，所有的基因毒性测试均无反应，其未观察到损害作用剂量（Noael）/最低观察到损害作用剂量（Loael）为10%/15%，安全性优于七氟丙烷[2]。

关于氢氟烷烃灭火机理的研究，国内外学者都开展了很多研究。谈玲华等研究发现，HFC-236fa 高温热分解主要发生脱氟化氢的反应，生成五氟丙烯。HFC-236fa 在500 ℃下基本稳定，600 ℃开始分解，750 ℃强分解。在800 ℃下产生微量的1 个碳、2 个碳的氢氟烃和CF3C≡CCF3、(CF3)3CH等气体产物[3-4]。

周晓猛团队深入系统地研究HFC-236fa化学灭火机理，发现其灭火过程是自由基逐步转化为稳态物质的复杂链反应，反应历程十分复杂，总反应方程式可以表述为[5]：

CF3CH2CF3+2O2+2OH+2H →3CO2+6HF。

研究还发现在400～600 ℃，HFC-236fa 热分解活化能随着温度升高而降低，超过600 ℃以后，基本保持不变。活化能的降低意味着热解加快化学灭火效率提高。

HFC-236fa热分解产物有氟化氢，其腐蚀性毒害性强，这个问题在灭火剂实用性研究时，一直备受关注。陈涛等研究人员采用半导体激光吸收光谱法，实时测试HFC-236fa等洁净气体灭火剂与火焰作用过程中产生的氟化氢含量，对在灭火剂不同含量下产生的氟化氢量及其变化规律进行了研究，并考察了灭火速度对氟化氢产生的影响[6]。结果表明，氟化氢质量含量与灭火剂含量和灭火速度有关，低于临界灭火含量时，灭火剂的含量越高，氟化氢含量越大；远低于临界灭火剂含量时，氟化氢的质量浓度就超过了4 g/m3。灭火速度越慢,灭火过程产生的氟化氢就越多，当灭火时间高于10 s时，产生的氟化氢质量浓度均超过4 g/m3。

HFC-236fa 化学灭火机理研究为深入认识HFC-236fa的微观灭火过程提供了理论基础。掌握HFC-236fa毒性数据以及灭火过程产生氟化氢量与灭火剂体积、灭火速度的基础性数据，为HFC-236fa灭火剂安全使用提供了依据。

2 灭火器材设计与开发

目前已经开发成功的HFC-236fa灭火装置类型很多，按照启动方式分为定温式和电磁式，按照喷头雾化方式分为直流式与离心式。潘孝礼等研究了HFC-236fa灭火的技术原理和性能指标，并开发了手提式HFC-236fa洁净气体灭火器。南京某消防器材公司开发了自动灭火系统。

在悬挂式气体灭火装置产品标准中，提出了HFC-236fa局部灭火理论，这个灭火思路具有创新性和开拓性，但是HFC-236fa局部灭火装置的喷头是装置的关键部件。为了指导厂家对此项技术的掌握，高云升等他们着重研究了HFC-236fa局部应用喷头的灭火特性、局部应用灭火的完整过程及优缺点、喷头雾化的影响参数及对灭火的影响[7-8]。研究者还研究了根据不同级别燃烧油盘热释放量及电火花机、凹版印刷机、超声波清洗机等3种设备的HFC-236fa灭火装置的局部应用实例，为同类设备的灭火装置设计提供参考。

HFC-236fa灭火剂具有空气泡沫覆盖隔离和自身的化学抑制的双重灭火功效，可短时间内扑灭轻烃等低沸点可燃气体等优点，目前在车辆消防工程中应用较为广泛。陆诚等研究者采用数值模拟方法对HFC-236fa灭火剂在试验舱体内灭火过程进行分析，揭示HFC-236fa 灭火剂在舱体内的施放、流动及扩散规律[9]。HFC-236fa气体灭火剂不仅是局部应用性能的气体灭火剂，还兼具有全淹没灭火性能。针对有些企业在产品定型设计中，没有围绕HFC-236fa灭火剂的基本特性来考虑，严洪等分别对于HFC-236fa悬挂自动灭火装置全淹没灭火和局部灭火的压力选取，进行了详细的研究[10]。

近年来电动汽车火灾时有发生，杨魏恺等研究者开始研究适用于电动汽车的小型化、简单化和专用化消防装置，利用火探管原理设计一套内置于电池箱的无电源感温自启动HFC-236fa灭火管系统，结果证明，HFC-236fa灭火管系统灭火剂的实际使用率为100%，HFC-236fa灭火管系统在20 s内实现灭火[7]。

业界围绕着HFC-236fa空气泡沫覆盖隔离和自身的化学抑制的双重灭火功效，对HFC-236fa灭火器材进行创造性的设计与开发，既有局部灭火的理论创新，又采用数值模拟方法、设计应用实例示范、关键部件开发等方式，指导业内厂家掌握HFC-236fa灭火装备技术。

3 HFC-236fa产品应用的局限性

HFC-236fa 对臭氧层无破坏，作为哈龙产品的重要替代品之一，可以扑灭A 类B 类C 类和电气火灾，具有清洁、低毒等优点。缺点是灭火性能比哈龙相对低；高温条件会裂解产生氟化氢，质量分数高于10%时，只能在无人区使用；HFC-236fa以液态方式储存，喷放时因吸收热量使保护区的温度急剧降低，容易引起结露而损害保护物，如对计算机房、通信机房内的集成芯片造成损害；且HFC-236fa 的全球变暖潜能（GWP）为6 300，HFC-236fa可能只能作为一个过渡性的灭火剂使用。

4 结 论

HFC-236fa灭火机理复杂，是自由基逐步转化为稳态物质的复杂链反应。HFC-236fa毒性相对较低，但易在高温下发生热分解，产生氟化氢和小分子氟碳化合物，氟化氢质量浓度与灭火剂含量和灭火速度有关。

HFC-236fa灭火剂具有空气泡沫覆盖隔离和自身的化学抑制的双重灭火功效，并且具有局部灭火的特点，围绕这些特点，消防行业研究人员开展了很多创新性研究，已经开发了很多灭火器材，在局部应用喷头设计和应用实例、淹没灭火和局部灭火的压力选取、数值模拟车辆消防工程、无电源感温自启动灭火管系统等方面，取得了多项有实用价值的研究成果。

基于HFC-236fa高温裂解产生氟化氢、喷放时引起结露损害设备、灭火效率低于哈龙等原因，它的推广应用有一定局限性，特别是HFC-236fa的GWP高，可能只能作为一个过渡性的灭火剂使用。