■ 許偉成 程 燕 趙 鑫

一、引言

根據(jù)國際海事組織《國際海上人命安全公約》（SOLAS）的要求，船舶在投入運營前，必須配備各種安全設(shè)備，并獲得主管機關(guān)頒發(fā)的有效證書，才能被港口當(dāng)局認可。船舶固定滅火系統(tǒng)，通常作為船舶的機器處所、燃油設(shè)備處所、液貨船的貨油泵艙、通訊設(shè)備機房、油漆庫、應(yīng)急發(fā)電機房等保護措施，保證該系統(tǒng)隨時處于良好狀態(tài)，對保障人命財產(chǎn)、船舶安全具有十分重要的意義。固定式CO2滅火系統(tǒng)是目前得到廣泛使用的消防系統(tǒng)，但該系統(tǒng)在應(yīng)用中的安全和環(huán)保問題，越來越受到各方的關(guān)注。固定式七氟丙烷（C3HF7）滅火系統(tǒng)，作為一種等效的氣體滅火系統(tǒng)，在船舶消防系統(tǒng)的應(yīng)用中，逐步發(fā)揮著重要作用。

MSC／Circ.848《經(jīng)修正的1974 SOLAS公約所規(guī)定適用于機器處所和貨油泵艙的固定式氣體滅火系統(tǒng)的等效系統(tǒng)認可導(dǎo)則》和MSC.1／Circ.1267《經(jīng)修訂的1974 年SOLAS公約規(guī)定的適用于機器處所和貨泵艙的等效固定式氣體滅火系統(tǒng)認可指南》（修正案），是船舶固定式七氟丙烷滅火系統(tǒng)的認可導(dǎo)則。現(xiàn)對固定式七氟丙烷滅火系統(tǒng)在船舶消防中的應(yīng)用設(shè)計及存在的問題，提出一些個人的觀點。

二、船舶固定式七氟丙烷滅火系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計

（一）七氟丙烷滅火劑的基本性質(zhì)。

七氟丙烷滅火劑滅火后無固體和液體的殘留物，滅火效能高，設(shè)計滅火濃度低，噴射到防護區(qū)內(nèi)能立即閃發(fā)成蒸氣態(tài)，并在封閉空間內(nèi)各向分布迅速均勻。作為全淹沒滅火劑，屬于可液化儲存的氣體，不導(dǎo)電、不擊穿電子電器設(shè)備，具有無色、無味、熱穩(wěn)定性和化學(xué)性能良好等特性，是一種清潔氣體滅火劑。

七氟丙烷的滅火機理主要為冷卻滅火和化學(xué)滅火共同作用。七氟丙烷在氣化過程中要吸收大量的熱量；同時它由大分子組成，在火焰高溫中一些化學(xué)鍵斷裂,需要能量，導(dǎo)致冷卻。

（二）七氟丙烷滅火系統(tǒng)設(shè)計。

船舶固定式七氟丙烷滅火系統(tǒng)主要由滅火報警聯(lián)動控制箱、火災(zāi)探測器、聲光報警器、手動控制按鈕、滅火劑儲瓶、瓶頭閥、高壓金屬釋放軟管、釋放控制箱、安全閥、選擇閥、單向閥、泄放管背壓閥、吹洗單向閥、壓力開關(guān)、框架、噴嘴、管道系統(tǒng)等主要部件組成。根據(jù)使用要求，可組成單元獨立系統(tǒng)和組合分配系統(tǒng)兩種形式。噴嘴的布置應(yīng)經(jīng)濟合理，能確保滅火劑在盡可能短的時間內(nèi)噴放到保護區(qū)內(nèi)，并迅速均勻分布，達到滅火濃度，迅速控制火災(zāi)；保護區(qū)應(yīng)封閉良好，必須確保滅火劑在規(guī)定的時間內(nèi)保持滅火濃度；要有充分的條件，使滅火后盡可能快地通風(fēng)換氣，以減少設(shè)備與滅火劑分解產(chǎn)物的接觸時間。

1．滅火劑的設(shè)計濃度

七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計時有滅火濃度、設(shè)計滅火濃度、實際使用濃度3個指標(biāo)，具體的定義如下：

（1）滅火濃度：在101 kPa大氣壓和規(guī)定的溫度條件下，撲滅某種火災(zāi)所需CO2在空氣的最小體積百分比，根據(jù)MSC／Circ.848規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗?zāi)Ｐ?，并按主管機關(guān)接受的燃燒杯試驗來確定。此參數(shù)通常由七氟丙烷氣體滅火設(shè)備制造商提供。

（2）設(shè)計滅火濃度：在滅火濃度的基礎(chǔ)上考慮了一定安全系數(shù)后確定的設(shè)計滅火濃度。根據(jù)MSC.1／Circ.1267通函要求，設(shè)計滅火濃度為最低滅火濃度的130 %。

（3）實際使用濃度：在保護區(qū)最高環(huán)境溫度下，扣除被保護區(qū)內(nèi)的設(shè)備體積后,實際可能形成的最大濃度。

2．影響保護區(qū)內(nèi)滅火劑濃度的因素

滅火劑實際噴放到保護區(qū)內(nèi)所形成的濃度,可能會出現(xiàn)比實際設(shè)計滅火濃度高或低的情況。這一濃度的變化對人員的安全、設(shè)備的影響及滅火效果的成敗關(guān)系極大，應(yīng)引起足夠重視。

導(dǎo)致保護區(qū)內(nèi)實際使用濃度比設(shè)計滅火濃度高的主要因素有：滅火劑用量計算時保守,沒有考慮到封閉空間內(nèi)非固定材料（或物體）的存在及對氣體泄漏量估計過高。另外，如果計算環(huán)境溫度低,而實際噴放時環(huán)境溫度高,實際使用濃度也將升高。

導(dǎo)致保護區(qū)內(nèi)實際滅火劑濃度比設(shè)計滅火濃度低的因素主要有：滅火劑噴放后在容器和管網(wǎng)內(nèi)殘留有部分滅火劑蒸氣；實際噴放時有溶解氮氣噴出；封閉空間內(nèi)的障礙物影響氣體混合；封閉空間的幾何形狀導(dǎo)致滅火劑分布不均勻等。這些都有可能使火源周圍滅火劑的濃度低于實際滅火濃度,而影響滅火效果。因此在噴嘴的設(shè)計和施工安裝時，一定要按規(guī)范避開影響滅火劑噴射的設(shè)備、構(gòu)件，同時按所選噴嘴的特性,結(jié)合封閉空間的幾何形狀合理布置，使影響滅火劑濃度降低的因素減少到最小。

3．滅火劑用量計算

被保護處所的滅火劑用量應(yīng)按預(yù)期的最低環(huán)境溫度條件下，以包括天窗容積在內(nèi)的保護處所的凈容積為依據(jù)，通過設(shè)計濃度計算確定。

被保護處所的凈容積系指保護處所總?cè)莘e中自由狀滅火劑介質(zhì)氣體能到達的那部分容積。計算被保護處所的凈容積時，它應(yīng)包括機艙艙底部分容積、天窗容積以及在火災(zāi)事故中能夠釋放到保護處所的空氣瓶中自由空氣的容積。被保護處所中物體所占容積應(yīng)從總?cè)莘e中扣除，這些物體包括（但不局限于）：輔機、鍋爐、冷凝器、蒸發(fā)器、主機、減速齒輪箱、油柜和軸隧。

（1）被保護處所滅火設(shè)計用量應(yīng)按公式1計算：

式中：W——設(shè)計滅火用量 （kg）；

C1——設(shè)計滅火濃度 （%）；

S——滅火劑過熱蒸汽在101 KPa大氣壓和防護區(qū)最低環(huán)境溫度下的比容（m3／kg）；

V——防護區(qū)的凈容積（m3）；

（2）滅火劑過熱蒸汽在101KPa大氣壓和防護區(qū)最低環(huán)境溫度下的比容，應(yīng)按公式2計算：

式中：T——防護區(qū)最低環(huán)境溫度（℃）。

4．系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計

七氟丙烷噴放過程中，其壓力迅速降低,在前面的流體呈現(xiàn)瞬時狀態(tài)的二相流區(qū)，隨后為液相流區(qū)（含密集小氣泡）和二相流區(qū)（密度變化無規(guī)律），最后是尾氣（氮氣和七氟丙烷的蒸汽）。目前主要按液相流的計算方法，計算簡便，能滿足工程應(yīng)用的需求，但應(yīng)注意相關(guān)條件的控制，如噴嘴之前的壓力等。

根據(jù)MSC／Circ.848規(guī)定，滅火系統(tǒng)應(yīng)在10 s或更少時間內(nèi)將95 %的設(shè)計濃度氣體排放至起火處所。為了滿足噴放時間和滅火濃度的要求，需對系統(tǒng)管網(wǎng)進行設(shè)計計算?？赏ㄟ^專業(yè)設(shè)計計算軟件，計算確定滅火劑鋼瓶的充裝率、實際滅火濃度、噴放管路管徑和噴嘴型號等。

5．安全要求

（1）人員應(yīng)在系統(tǒng)施放前撤離；向有人工作或進入的任何處所施放時應(yīng)能自動向這些處所發(fā)出聽覺和視覺報警，報警時間應(yīng)為撤離所必需時間，但不少于施放滅火介質(zhì)前20 s。

（2）有人工作防護區(qū)的實際使用濃度，不應(yīng)大于有毒性反應(yīng)濃度（LOAEL 濃度），即不大于10.5 %。

（3）噴放七氟丙烷前，必須切斷可燃、助燃氣體的氣源和供油設(shè)施，并關(guān)閉通風(fēng)系統(tǒng)等一切影響滅火效果的設(shè)備。

（4）滅火劑釋放后，抑制時間至少應(yīng)保持15 min，以便使火完全撲滅。

（5）人員進入已釋放的處所之前，應(yīng)進行充分的通風(fēng)，換氣次數(shù)至少5次之后方可進入。

（三）操作與控制系統(tǒng)

1．系統(tǒng)應(yīng)具備自動控制、手動遙控和手動應(yīng)急操作3種啟動方式。

2．自動控制應(yīng)在接到兩個獨立火災(zāi)信號后才能啟動，在有人工作或進入的保護區(qū)應(yīng)設(shè)有不小于20 s的可控延時噴射，對于無人工作的保護區(qū)應(yīng)設(shè)置為無延時噴射。

3．手動遙控應(yīng)能在集中控制室和每一保護區(qū)逃生的門外進行遙控啟動。

4．當(dāng)自動和遙控操作失效時，應(yīng)采用手動應(yīng)急操作方式，手動打開分配閥和手動開啟啟動瓶以及可以直接手動開啟滅火劑儲存瓶。自動和遙控的失效不能影響手動應(yīng)急操作。

5．無論何種控制，分配閥的開啟不應(yīng)遲于滅火劑儲瓶的開啟。

6．對實際的滅火濃度大于無毒性反應(yīng)濃度9 %的保護區(qū)，應(yīng)設(shè)有手動與自動控制的轉(zhuǎn)換裝置。當(dāng)人員進入保護區(qū)時，將自動轉(zhuǎn)換為手動，當(dāng)人員離開時，將手動轉(zhuǎn)換為自動。保護區(qū)內(nèi)外應(yīng)設(shè)有手動、自動控制狀態(tài)顯示器。

7．滅火系統(tǒng)的手動操作按鈕應(yīng)有防止誤操作的措施。

三、存在問題的探討

（一）目前七氟丙烷滅火系統(tǒng)的滅火濃度，是由各家設(shè)備制造商按主管機關(guān)接受的燃燒杯試驗來確定的，最低滅火濃度值不盡相同。從MSC／Circ.848標(biāo)準(zhǔn)的角度去理解，這種確定滅火濃度的方式?jīng)]有問題。但是，鑒于燃燒杯試驗的條件和七氟丙烷滅火劑本身的一致性，最低滅火濃度值應(yīng)該是明確的，且數(shù)據(jù)是可以由主管機關(guān)公布，并寫入標(biāo)準(zhǔn)。這對于廣大設(shè)計人員、船舶安全檢驗、審查人員和設(shè)備制造商來說，可操作性更強。

（二）MSC／Circ.848規(guī)定的燃燒杯試驗，僅適用于機器處所和貨油泵艙，針對船舶上需要采用七氟丙烷滅火系統(tǒng)保護的通訊設(shè)備機房、油漆庫、應(yīng)急發(fā)電機房等處所，采用機器處所和貨油泵艙的最低滅火濃度值是不合理的。我國《海上移動平臺入級規(guī)范》2012版第7篇《防火與防暴》第6章“控火與滅火”中提到，保護處所單位容積滅火劑用量應(yīng)不小于0.633?8 kg／m3。這個滅火劑用量系數(shù)與我國《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50370—2005中規(guī)定的通訊機房滅火用量系數(shù)是一致的，相應(yīng)的條件是：設(shè)計濃度8 %，設(shè)計環(huán)境溫度20 ℃。因此，船舶上通訊設(shè)備機房類保護處所，選擇8 %的設(shè)計濃度，是安全可靠的。對于油漆庫、應(yīng)急發(fā)電機房等B類火災(zāi)處所，個人認為可以參考我國《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50370—2005中的規(guī)定，選擇9 %的設(shè)計濃度。

（三）七氟丙烷保護處所的凈容積，應(yīng)該扣除輔機、鍋爐、冷凝器、蒸發(fā)器、主機、減速齒輪箱、油柜和軸隧等不燃、難燃物體的體積，在設(shè)計階段，這些數(shù)據(jù)往往被忽視，而這對于校核實際噴放濃度和控制安全濃度，卻是至關(guān)重要的。因此在七氟丙烷滅火系統(tǒng)設(shè)計前，應(yīng)由船舶設(shè)計單位出具詳細的不燃、難燃物體的體積計算結(jié)果，供七氟丙烷滅火系統(tǒng)設(shè)計人員和主管機關(guān)審批人員計算、校核用。

（四）目前現(xiàn)有的船舶規(guī)范，對七氟丙烷滅火系統(tǒng)安裝后的管系試驗要求是不明確的。通常的做法是套用二氧化碳系統(tǒng)的管路試驗要求，即管道系統(tǒng)應(yīng)在船上以壓縮空氣進行壓力不小于0.69 MPa的氣密性試驗。個人認為，這樣做是不科學(xué)的。根據(jù)我國《氣體滅火系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》GB 50263—2007附錄E的要求，七氟丙烷滅火系統(tǒng)管系水壓強度試驗壓力應(yīng)取 1.5 倍系統(tǒng)最大工作壓力。當(dāng)水壓強度試驗條件不具備時，可采用氣壓強度試驗代替，氣壓強度試驗壓力取1.15 倍最大工作壓力。管系的氣密性試驗壓力，應(yīng)取水壓強度試驗壓力的2／3。

總之，固定式七氟丙烷滅火系統(tǒng)是等效于傳統(tǒng)固定式CO2滅火系統(tǒng)的船用滅火設(shè)備，正越來越多地應(yīng)用于船舶的消防保護，實際應(yīng)用過程中的問題也不斷被提出。而對于廣大設(shè)計、施工和檢驗人員來說，現(xiàn)行的《公約》和《規(guī)范》，其條文內(nèi)容的可操作性還不強，需要主管機關(guān)對條文內(nèi)容作進一步的修訂和完善。這樣，船舶固定式七氟丙烷滅火系統(tǒng)的工程應(yīng)用技術(shù)，才能不斷走向成熟。