哈龙替代灭火剂在密闭空间平台的应用探析

唐 耀，吴如坤，方善义

（海军潜艇学院防险救生系，山东 青岛 266042）

0 引言

哈龙（卤代烷）灭火剂优越于泡沫灭火剂等常用灭火剂，具有电绝缘性好、腐蚀性较小、释放后不留残渣痕迹（或者残渣很少）且化学性能稳定便于储存等优点［1］，可用于扑救密闭空间平台可燃固体火灾、可燃液体火灾、可燃气体火灾以及电气火灾等，在密闭空间平台上得到广泛和长期的应用，主要有1211，1301及2402等。但由于哈龙灭火剂使用之后，具有极大的副作用，会严重破坏臭氧层，使用渐渐受到限制，并逐步被禁止使用。从长远看，急需寻找一种替代品，以下简称哈龙替代灭火剂。

1 密闭空间平台灭火对哈龙替代灭火剂的技术要求

密闭空间平台由于空间资源宝贵、电气设备众多、火灾情况复杂，结合密闭空间平台灭火实际［2］，对哈龙替代品提出以下5个方面的灭火技术要求：

（1）环境效应良好。灭火器的反应物不会对设备造成影响以及损坏仪器。

（2）灭火剂的无毒性。包含两层含义：一是灭火剂本身无蒸汽毒性或蒸汽毒性低，灭火剂本身在灭火设计质量浓度范围内对人体无毒害；二是灭火剂无反应毒性或反应性毒性低，灭火剂在灭火过程中分解产物在一定范围内对人体无毒害。

（3）灭火系统占用空间小。密闭空间平台上的空间资源非常少，对体积和重量的限制条件多。

（4）灭火系统保障性好。主要体现在两个方面：一是对灭火剂而言，便于运输以及便于维护保养。

（5）灭火系统成本少。一套灭火系统的经济性通常从灭火剂成本、和日常维护成本3方面进行评价。

2 典型哈龙替代灭火剂的技术性能

目前国内外典型的哈龙替代灭火剂主要有：七氟丙烷、三氟甲烷、烟烙烬、二氧化碳、气溶胶、超细水雾、Novec 1230以及CFA等。其中七氟丙烷和三氟甲烷为典型的卤代烷烃类灭火剂；烟烙烬和二氧化碳为典型的惰性气体灭火剂；Novec 1230和CFA灭火剂均为新型灭火剂，Novec 1230是美国3M公司产品，而CFA灭火剂为国内最新自主研制。

2.1 卤代烷烃类灭火剂

常用的主要是七氟丙烷和三氟甲烷灭火剂［3］。

2.1.1 七氟丙烷

七氟丙烷是无色、无味、不导电、无二次污染的气体，具有清洁、低毒、电绝缘性好的特点，特别是它对臭氧层无破坏，环保性能明显优于哈龙，是研究开发比较成功的一种洁净气体灭火剂，被认为是替代哈龙1301，1211较理想产品之一。其优点：灭火效率高、速度较快；液相储存具有良好的稳定性，可长期贮存不泄漏；灭火剂质量分数（8%～10%）较低，灭火设计质量分数低于其对生理无不良反应的最大质量分数，能够用于有人的火灾区域；灭火剂挥发性能好，灭火后无残留，对保护对象基本无影响。其缺点：七氟丙烷灭火系统制造成本较高；灭火剂输送距离短；需定期充加氮气；在灭火过程中分解出的HF的质量分数达到一定值时，会对人体产生伤害；与空气中水蒸气结合形成氢氟酸，也会对精密仪器造成损害；具有温室效应和较长的大气存活寿命。

2.1.2 三氟甲烷

三氟甲烷是一种人工合成的无色、几乎无味、不导电气体，密度为空气的2.4倍，消耗臭氧潜能（Ozne Depleting Potential，ODP）值为零，符合环保要求。三氟甲烷的最大特点是对人员的安全系数较高，非常适合保护经常有人活动的场所。其优点：灭火速度快，灭火效率较高；灭火后无残留物，对设备无污染，电绝缘性能好；毒性低，对人体安全；成本在氟系列气体中最低；工作温度范围大；蒸气压高，不需要氮气加压。其缺点：输送距离不宜大于60 m；蒸气压随温度变化大，需要安装检漏装置；大气残留寿命长，环保性能差；灭火剂灌装困难，钢瓶充装率受限，需要的钢瓶数量较多；灭火浓度高，喷射时间短，管网要求相对粗大。

2.2 惰性气体灭火剂

2.2.1 二氧化碳

二氧化碳灭火剂使用的广泛程度远胜于其他任何气体灭火剂。二氧化碳是成熟的传统灭火技术，是可用于局部灭火系统的气体灭火剂［4］。其优点：二氧化碳是一种无色、无味、干燥的惰性气体，无毒、无腐蚀、不导电，灭火后能很快散逸，不留痕迹；在高压或低温下被液化，喷放时吸收大量的热，可降低火灾现场或保护区内的温度；对大气臭氧层无破坏；对绝大多数物质没有破坏作用。其缺点：使用量大，会产生温室效应；最小灭火设计浓度高，能够使人丧失意识甚至死亡；灭火过程中会产生白雾，降低保护区的能见度，影响人员逃离；高压二氧化碳存储时容易泄漏，释放时易造成围护结构和被保护物的损害；低压系统日常维护较为复杂。

2.2.2 烟烙烬

美国安素公司生产的烟烙尽烬惰性气体灭火剂由52%的氮气、40%的氩气和8%的二氧化碳组成。三者均为无色、无味、不导电、无毒、无污染的气体，不支持燃烧也不与绝大部分物质发生反应。其优点：完全由大气中的惰性气体组成，来源丰富，对环境完全无害；在规定的灭火浓度下对人体完全无害，人员短时间停留不会造成生理影响；火灾高温下的化学分解物对精密设备和其他财物等无任何腐蚀作用；较其他气体灭火系统可以输送更长的距离，在系统采用组合分配方式下，可以连接更多的保护区域，节约系统的投资。其缺点：烟烙烬系统在所有的消防设备中价格最昂贵；灭火剂存储压力高，对环境要求严格；释放时产生较大的噪声和喷射气流，容易造成围护结构和被保护物的损害；系统属于窒息灭火，灭火剂质量分数高，灭火效率比其他灭火系统低。

2.3 超细水雾

超细水雾灭火技术在密闭空间平台火灾应用中需重点研究、解决以下几方面问题［5］：

（1）超细水雾具有弥散性。理论上水雾可以实现空间全方位覆盖，但密闭空间平台内电气元件多，阻挡障碍复杂，超细水雾对复杂障碍阻挡火源灭火效能需进一步研究验证。

（2）超细水雾的灭火效能在一定程度上与火源功率和水源用量相关。超细水雾灭火所用水量大，对应密闭空间平台舱室空间内相对湿度提高，必然会对空间内的电气设备形成威胁。超细水雾的灭火效能、用水量、空间湿度、水雾粒径和电气绝缘等临界参数的相互影响关系需进一步研究并进行试验验证。

（3）超细水雾灭火用水水源和高压源问题。水源选择主要考虑依赖艇用生活淡水和直接利用海水，二种水源对应超细水雾的灭火效能和对系统要求需进行比较研究。

（4）由于关键技术尚未得到解决，喷头的雾化效能达不到技术要求。由于喷头无法长期、稳定地制造超细水雾，常伴有水滴滴落，容易导致电气短路，因此，无法可靠应用于机电设备密集的舱室部位。

2.4 新型哈龙替代灭火剂

Novec 1230和CFA灭火剂为两型具有一定发展前景的新型哈龙替代灭火剂［4-5］，Novec 1230是国外产品，而CFA灭火剂为国内最新自主研制。

2.4.1 Novec 1230

2001年美国3M公司推出商品名为Novec 1230的新型清洁灭火剂，分子式为CF3CFC(O)CF(CF3)2，简称为全氟乙基异丙基酮或氟化己酮。灭火时，Novec1230气体与空气形成气态混合物，这种空气混合物的热容量比单独的空气大很多。在合适的系统设计浓度下，混合物会吸收充足的热量消耗火场环境中的热量值，从而降低燃烧区温度，达到熄灭火焰的目的。与其他哈龙替代灭火剂相比，Novec1230灭火剂具有更高的热容量，意味着这种气体混合物在温度上每变化1℃就会吸收更多的热量。因此，对于既定燃料，其灭火浓度也更低。

Novec1230灭火剂不导电、洁净、高效，对人、财产、环境不造成二次损害，同时，常温下呈液态，故而存储气压低、运输性能好，具有良好的市场应用前景。

2.4.2 CFA

CFA灭火剂为九江中船消防设备有限公司研制的一种环保、高效、清洁、低毒的新型灭火剂。该灭火剂是可降解含溴烯烃与其他物质复配所形成的新一代灭火剂，其主要成分为一溴三氟丙烯，质量分数约为90%，其化学分子式为C3H2BrF3。CFA属卤代不饱和烯烃灭火剂，当其挥发到空气中时，在光子的作用下灭火剂迅速分解为对环境无害的物质，而非类似于1301在大气中长期稳定存在，破坏臭氧层，破坏大气环境。

依据实验测试数据以及最新研究成果：CFA灭火效果很好，其熄灭丙烷火的临界灭火浓度仅为2.6%，优于哈龙1301灭火能力，即在灭火系统设计中，对于相同剂量的CFA和哈龙1301灭火剂，CFA能够对更大面积提供火灾防护；在环境友好性方面，因CFA分子结构中含碳-碳双键，很容易被大气中的自由基氧化而发生光解反应，造成其在大气中的存活寿命非常短，仅为0.011～0.019年，故CFA的全球变暖潜能值（GWP）约为二氧化碳的1/400，对全球变暖的影响微乎其微，ODP值为零，不会对臭氧层造成破坏；在化学毒性方面，CFA的急性吸入性毒性的半数致死质量浓度LC50（4 h）＞7.54 mg/L，基本无毒，在正常灭火过程中对现场人员的伤害较小；洁净灭火剂，对大部分金属基本无腐蚀、与密封材料相容性好、绝缘性强，在释放后不遗留残留物；不属于危险品，常温下为无色液体，储存稳定性好，运输方便。通过上述有关CFA灭火效能、环境友好性和毒性特征等方面分析可知，CFA符合新一代哈龙替代灭火剂的基本要求，是一种非常优良且应用前景广阔的哈龙替代品。

3 哈龙替代灭火剂在密闭空间平台的应用建议

通过上述分析，基本结论如下：

（1）七氟丙烷和三氟丙烷大气存活时间长，温室效应明显，且灭火后产生的HF气体，具有一定的毒性和腐蚀性。只能是一种过渡性的哈龙替代品，不能作为理想的哈龙替代灭火剂。

（2）二氧化碳和烟烙烬由于其较高的灭火浓度、较低的灭火能力并不能作为理想的哈龙替代灭火剂。

（3）Novec 1230是一种较为理想的哈龙替代产品，有诸多优点，但目前还没有实现国产化，这是其不足之处，同时Novec 1230也存在高温反应毒性的缺点，灭火剂接触到火焰或者其他高于570℃的热的表面时，会产生HF，产生HF的质量浓度要比1301灭火剂高10倍，且其单位防护区域灭火成本最高，建议充分消化吸收并开展深入研究论证。

（4）CFA灭火剂符合新一代哈龙替代灭火剂的基本要求，综合性能优于1211，1301和2402，是一种非常优良且应用前景广阔的哈龙替代品。建议开展以CFA灭火技术替换密闭空间平台2402和1301固定式灭火系统，以CFA灭火技术替换密闭空间平台1211和1301便携式灭火器材的深入研究工作和装备研制工作。

4 结语

经过多年的研究和发展，哈龙替代灭火技术已有大量的研究成果，然而新型灭火技术若要在密闭空间平台上推广运用，必须经过全面的技术论证和严格的实验测试。本文依据密闭空间平台灭火要求，尝试给出典型哈龙替代灭火剂在密闭空间平台的应用建议，旨在为密闭空间平台哈龙替代灭火剂的选型和灭火装备发展提供理论参考。