張?zhí)炖? 華校生 柳玉春 王猛 張芳 斯一波

根據某公司近10年的統(tǒng)計，空調箱出現的火源，大多來自電氣元件和耗電功率大的部件，如：電控箱進入導電粉塵導致相間短路、電控箱接線端子結露導致動力線短路、電加熱無風斷電和超溫斷電保護失效等等?？照{箱一旦發(fā)生火災，將嚴重威脅設備、人員和建筑安全，甚至帶來不可估量的財產損失。因此，解決空調箱的防火安全問題，不僅要遵守相關防火設計規(guī)范、電氣設計規(guī)范、空調設計規(guī)范，合理設計空調機組的防火構造并落實，還要從非金屬材料的源頭上進行把關，重中之重是有效確保大量使用的箱體面板保溫材料的防火級別[1]。

一、過分依賴防火構造、弱化材料阻燃建立的火災防線并不可靠

某公司分析了近10年空調箱自身發(fā)生火災的案例（見表1）。由于空調箱面板芯材采用可燃材料，具有三明治夾芯板結構的空調箱在真實火災中并不能抵抗火焰和高溫，且不能阻止火災的蔓延。

“機組箱體采用的絕熱、隔聲材料，應無毒、無腐蝕、無異味和不易吸水，其材料外露部分和箱體具有不燃或難燃特性[2]”。該條文對芯材防火等級沒做規(guī)定，僅要求防火構造的不燃或難燃，并不能滿足防火安全需要。更應該向以下條文看齊，“當風管內設有電加熱器時，電加熱器前、后各800mm范圍內的風管和穿過設有火源等容易起火房間的風管及其保溫材料均應采用不燃材料[3]”。若干建筑的真實火災也一再證實，夾心（復合）保溫材料具有不燃或難燃特性，并不能阻止高溫傳熱使中間所夾易燃、可燃泡沫燃燒。有機保溫材料自身的特有燃燒性能是造成保溫系統(tǒng)整體防火安全性能差的主要根源[1]。

二、易燃、可燃保溫材料會導致火災轟燃

經過多年研究總結，現已發(fā)現不同燃燒性能的材料與實體火災發(fā)生轟燃的對應關系（見表2）。

由表2可知，B1級材料對火災發(fā)展貢獻非常有限，對應實體火災不轟燃?？扇糂2級材料對火災有貢獻，B2（E）級在100kW火源下2min內會發(fā)生轟燃，易燃B3級更是連小火焰都無法抵擋。由于B2級、B3級的保溫材料均是有嚴重火災隱患的保溫材料，因此空調箱保溫材料至少應是B1級難燃材料。

三、空調箱箱體保溫材料的現狀和需求

目前硬質聚氨酯（PUR）泡沫是空調箱箱體保溫中應用最廣泛的材料。2015年底，某公司在調研B1級聚氨酯時，收集了4家主流空調廠的50mm厚空調箱聚氨酯保溫面板并委托權威第3方對其芯材進行了性能檢測。結果顯示，聚氨酯添加阻燃劑后，氧指數以外的檢測參數與阻燃劑添加量呈負相關，不僅抗壓強度變小，吸水率和開孔率增加，芯材氧指數也未達到B2級的OI≥26%指標，屬于易燃級別（見表3）。

大家在重點關注硬質聚氨酯泡沫的絕熱性能時，卻忽視了它的燃燒特性。硬質聚氨酯泡沫在沒有經過分子結構改性時屬于易燃B3級，市場上技術水平較高的企業(yè)也只能生產可燃B2級，它們均存在嚴重的火災隱患。市場上號稱達到B1級的聚氨酯泡沫鋪天蓋地，但是真正純泡沫達到難燃B1級的聚氨酯沒有供應。

調研還發(fā)現，一些廠家為了促成聚氨酯銷售，只強調氧指數而刻意回避熱釋放速率，這種誤導很有代表性。為了氧指數可以過關，有的企業(yè)在原有的聚氨酯中簡單添加無機固體粉末（如石墨），有的企業(yè)在受試面即外表面復合無機材料（如砂漿），無機復合物及阻燃劑雖能增加氧指數，但對燃燒熱值影響不大，檢驗時熱釋放速率仍然無法達標。

核電站由于存在放射源，任何規(guī)模的火災均可能引發(fā)極大負面影響。最新第3代核電站華龍一號1針對核電空調保溫材料的防火性能提出了更高的要求，其核島空調技術規(guī)格書要求絕熱材料的性能在最高III類[5]的前提下，防火性能不低于B1級[6]?？照{箱發(fā)生火災雖是小概率事件，屬于平均工業(yè)風險，但是遠高于核安全可接受的概率，應高度關注并致力于降低此風險。只有芯材真正達到難燃B1級，面板自身能阻截火災的擴散和蔓延才能滿足核電空調箱的安全性要求?！霸诖_保安全的基礎上高效發(fā)展核電”是當前我國核工業(yè)發(fā)展的一項重要政策，必須保證核電站在安全生產上做到“萬無一失”。

四、常用保溫材料小析和選擇

工業(yè)常用的保溫材料主要有無機纖維類如玻璃棉、礦棉與巖棉等，泡沫塑料類如聚乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、泡沫酚醛塑料、硬質聚氨酯泡沫等。

玻璃棉和巖棉等無機保溫材料具有良好的阻燃性能且價格便宜，適用于作輸送高溫流體管道的隔熱層和建筑保溫。材料缺點是密度大、吸濕性高、抗震性能和環(huán)保性能較差。同時，材料本身含有大量有害物質，無法滿足環(huán)保及健康要求。

聚苯乙烯泡沫（簡稱聚苯板）和擠塑聚苯乙烯泡沫（簡稱擠塑板）均是熱塑性有機保溫材料。熱塑性材料在燃燒性能檢測初期會高速吸收熱量，致使檢測到的熱量很少，從而制造一個難燃B1級的假象。以聚苯板為例，它沒有碳化功能，在真實火災中超過75℃就開始融化、滴落，溫度再高即被引燃。另外，聚苯板粘結性差，難與鋼板結合。

酚醛泡沫也是絕熱工程常用的材料，它遇高溫時表面會生成碳化層，燃燒性能非常理想。但是，它抗壓、抗彎曲性能差，材料脆性強，易粉化和吸水，粘結性也不好，易導致泡沫與鋼板分離。此外，酚醛泡沫是酸性材料，會對結合的鋼材產生腐蝕。酚醛泡沫不穩(wěn)定會釋放對人體有害的甲醛，因此不合適做空調箱的保溫材料。

聚氨酯硬質泡沫是以異氰酸酯和聚醚為主要原料，在發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設備混合后發(fā)泡而成的高分子聚合物。硬質聚氨酯泡沫導熱系數優(yōu)異，大量應用于冷庫和空調箱保溫中。

聚異氰脲酸脂（PIR）泡沫又稱為改性聚氨酯泡沫，其尺寸穩(wěn)定性優(yōu)良、耐溫范圍廣、導熱系數絕佳。在燃燒性能上，新型B1級改性聚氨酯泡沫遇高溫火攻擊時，能迅速在表面形成焦碳皮結構，阻隔碳化層里面的泡沫免受火焰攻擊、能抵抗火焰的穿透蔓延。燃燒產生的煙氣達到了準安全的毒性指標，即使溫度高達400℃，仍幾乎無揮發(fā)物逸出[7，8]。

以上常用保溫材料綜合性能對比見表4。綜上，改性聚氨酯無疑是核電空調箱保溫的最佳選擇。

五、新型B1級改性聚氨酯泡沫技術方案

B1級PIR由于原料特殊、發(fā)泡工藝苛刻，一般工廠未能掌握。目前楊宗焜專家團隊自主創(chuàng)新的無鹵化、結碳膨脹型難燃化PIR技術路線在國內居于領先地位。該項科研成果已成功實現了產業(yè)轉化，并以企業(yè)署名送樣至國家防火建筑材料質量監(jiān)督檢驗中心檢測，燃燒性能達到GB 8624-2006的C-s3，d0，t2級相當于GB8624-2012的B1級。

無鹵化、結碳膨脹型難燃化PIR技術路線的核心是通過聚氨酯材料分子結構的改性，高倍提升碳化功能，使易燃的有機聚氨酯變?yōu)殡y燃、甚至接近不燃材料。該PIR泡沫不僅耐高溫，遇高溫火碳化后還兼具抗火、隔火的功能。核心聚醚、各組分的配比和生產工藝是實現B1級改性聚氨酯泡沫的3要素。PIR生產工藝苛刻但容易實現規(guī)?；a，核心聚醚價格較高，但在組合料中占比僅為20%左右，如圖1所示。PIR大批量生產時僅比市面通行的B2級聚氨酯價格稍高，很有應用前景和推廣價值。

六、如何判別燃燒性能合格的聚氨酯保溫材料

國家防火建筑材料質量監(jiān)督檢驗中心根據GB8624提供的檢驗項目和內容最具權威性，是正確判別保溫材料的燃燒性能的指導性文件。

1.是否有9個完整的檢驗項目

除了檢驗項目必須完整，B1級材料燃燒性能測試的重點應是燃燒增長速率指數（FIGRA0.4MJ）。FIGRA0.4MJ引用自歐標，是材料燃燒性能的必檢項，燃燒增長速率合格值是FIGRA0.4MJ≤250W/s，目前國內企業(yè)送檢試樣實測值一般在300～900W/s之間。因為氧指數較容易檢測，通過氧指數檢測便于快速判斷產品是否容易被引燃，它只是附加檢驗指標，不能只以氧指數來認定難燃B1級。

2.查閱檢驗報告?zhèn)渥⒅惺欠裼小霸嚇邮芑鹈鏋槿我庖幻妗钡恼f明

若注明的是“采用硅酸鈣板（或砂槳等無機材料）為所送試樣的背板”等字樣，說明該試樣是有機材料與無機材料復合的夾芯材料。即使它通過難燃B1級的檢測，也不能輕易認同燃燒性能合格，因為它回避了芯材的檢測。

3.查驗保溫材料的密度

保溫材料的密度直接決定其導熱系數、強度、尺寸穩(wěn)定性。一般聚氨酯密度在45～60kg/m3之間，有的企業(yè)為抬高氧指數，大量添加無機物導致密度大幅增加，這些取巧手段不僅犧牲了絕熱性能，還平添吸水率提高、抗拉拔強度下降等質量問題。

七、結語

隨著華龍一號核電站示范工程相繼在福清和防城港開工建設，回望國務院發(fā)布《中國制造2025》，特別是核電走出去國家戰(zhàn)略的實施，華龍一號和CAP14002必將以“雙龍?zhí)胶！钡淖藨B(tài)競逐歐美這樣的核電強國和成熟市場，帶領中國核電裝備制造業(yè)馳騁國際舞臺。英國布拉德韋爾B項目擬采用中國自主第3代核電技術華龍一號，這無疑向國內核電裝備制造企業(yè)吹響了技術升級的號角。

核島通風空調系統(tǒng)對確保核安全、限制放射性物質釋放和環(huán)境保護都起著至關重要的作用，是反應堆重要的輔助屏障系統(tǒng)，也是核電站的縱深防御3措施之一。核電建設是一個龐大的系統(tǒng)工程，安全必須落實到每一個細節(jié)，“以安全鑄就安全”。華龍一號的核島空調箱保溫材料等同采用了歐標B1級標準，研制難燃B1級硬質改性聚氨酯泡沫作為核島空調的保溫材料就是核電空調借船出海的契機，將倒逼國內相關企業(yè)不斷提高技術水平。若不思進取，不僅沒有做到真正的安全，反而把安全變成了一成不變的代名詞。我國核電在走向國際市場的過程中，只有各級裝備制造商應加快推進核電設備技術升級，并積極參與到廣泛的國內和國際合作中，掌握世界先進技術，實現持續(xù)創(chuàng)新，才能在更高的起點上參與世界核電的競爭。

參考文獻

[1] 楊宗焜，李宏君，楊玉楠，等.聚氨酯建筑材料重大科技突破帶來開發(fā)的最新機遇[J].建筑節(jié)能，2010（8）：55-58.

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[4] 曾緒斌，張紅.建筑材料燃燒性能分級體系與防火設計規(guī)范相協(xié)調的思考[J].消防科學與技術，2011，30（1）：13.

[5] 北京工商大學.GB/T 21558-2008建筑絕熱用硬質聚氨酯泡沫塑料[S].北京：中國標準出版社，2008.

[6] 深圳中廣核工程設計有限公司.核級空調機組技術規(guī)格書[M].2016.

[7] 中國工程建設標準化協(xié)會化工分會.GB 50264-2013工業(yè)設備及管道絕熱工程設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[8] 楊宗焜，楊玉楠，華校生.難燃B1級聚氨酯硬泡研發(fā)的最新成果及應用前景[J].建筑節(jié)能，2010（3）：1-4.