第二节　哈龙替代灭火剂

加快削减哈龙灭火剂的步伐，同时研制开发生产清洁、无毒、高效和经济的灭火剂势在必行。哈龙灭火剂的替代研究可分为两大方向：一是哈龙灭火剂替代品的研制和选择；二是在哈龙灭火剂应用范围内替代技术的研究。目前，国际上已用于实际的哈龙替代品主要有IG-541(烟络尽)灭火剂、细水雾灭火剂、气溶胶灭火剂、氟碘烃灭火剂和三氟甲烷、七氟丙烷等卤代烃灭火剂。与此同时，科学家正在进一步研究更高效更环保的哈龙替代灭火剂。

一、理想哈龙替代物的基本要求

① 对环境(大气)无危害，不破坏臭氧层，要求：ODP≤0.05，最好ODP=0。不产生或温室效应较小，要求：GWP≤0.1。

② 对人体无毒性危害，或仅有轻微影响，最好是相当于哈龙1301的微毒级，能应用于有人场所。要求：替代哈龙用的洁净气体灭火介质的设计灭火浓度小于或等于其NOAFEL值，不得大于其LOAEL值。其他略。

③ 不可燃，灭火效能高，设计灭火浓度低。要求：应接近于哈龙1301，即设计灭火浓度等于5%，且在10s内能灭火。

④ 喷射后能全部汽化，在封闭空间内各向分布迅速、均匀，无固、液相残留物，不导电，不击穿电子电器设备，不污损、腐蚀、破坏被保护的现场设备。

⑤ 应属可液化的气体或具有与液化气体相类似的物化特性，平时可以液态存储，充装密度(充装比)较大，亦即其有管网的固定灭火系统瓶组、瓶站的占地面积较小。这一点很重要，因为某些特种场合，诸如广播电视发射塔楼等处是没有太多的面积或空间可供选用以便设置数量很多的高压瓶组的，而且还需留出便于操作、维修系统的足够位置。另一方面，替代物到战时(灭火时)喷射到防护区内应能立即闪蒸成气态，以便其在防护区的空间内的各个方向迅速形成大于或等于设计灭火浓度的均匀、有效的灭火气氛。为此，其沸点和临界温度应低，临界压力和蒸气压宜适中。

⑥ 存储稳定性(包括其耐热稳定性和化学稳定性)良好。

⑦ 与弹性密封元件的相容性良好。

⑧ 成本低。

因此，只有能完全达到上述8个要求的气体灭火介质才能称为“全代用”或“可直接使用(dropin)”的哈龙替代物。也就是说，一点不改动原哈龙灭火设备(包括储存容器、管道、阀门等的规格、数量)，仅仅更换灭火剂。

二、几种重要的哈龙替代气体灭火剂

1.氟碘烃灭火剂

(1)氟碘烃灭火剂的灭火机理

氟碘烃灭火剂是一种以化学灭火方式为主的气体灭火剂，分子式为CF3I，英文缩写为FICS。FICS的灭火机理为：

① 化学灭火作用，即捕捉自由基，终止引起火焰传播的链反应，从而阻止火势的发展；

② 物理灭火作用，即通过分子强烈的热运动带走大量的热，从而达到冷却的作用，同时还有降低含氧量的作用。

因此，FICS的灭火性能很强，它具有低毒、易挥发、对环境无害等特点，既可单独使用也可混合使用，混合使用效果更好。

(2)氟碘烃灭火剂的特点

① 氟碘烃的灭火效率。灭火剂的灭火效率主要是通过灭火浓度来衡量的。氟碘烃在所有灭火剂中属于灭火效率较高的一种，表2-3显示了氟碘烃扑灭多种燃料所需的气体浓度。

根据对哈龙1301灭火设计浓度的确定方法，可得出氟碘烃的灭火设计浓度为5%，较哈龙1301灭火剂的灭火设计浓度(5%～7%)低。

另外，由于氟碘烃的沸点较高，在气体管道内的液态方式存在的时间较哈龙1301更长，因此，所需的流动阻力更小，使气体在较短时间内到达灭火位置，从而以更快的速率实施灭火。

② 氟碘烃的安全性。

a.酸性值低。任何一种灭火剂在灭火时都会在空气中产生一些物质。氟碘烃在灭火时，反应形成的物质有：HF、HI、I2，由于HF为弱酸，且氟碘烃灭火剂的灭火浓度又低，故表现出的酸性值是最低的，对被保护物体基本没有腐蚀作用，并且在灭火后不会有任何残余物，是一种清洁干净的灭火剂。

b.毒性低。CF3I分子中，由于与碘相连的碳原子同时连有氟原子，从而使其稳定性大大加强，毒性减弱，与哈龙1301相当。测试表明，让两个人在短时间内完全裸露在50%浓度的氟碘烃空间对人体的健康不会造成任何损害。

c.挥发性好。氟碘烃具有在汽化后极易挥发消失的特点，又由于它本身的密度较大，因此，即使是有泄漏，此气体也只能以流动形态存在于人的呼吸高度之下，而且很快挥发消失，不易被吸入。

③ 环保指标。氟碘烃的化学结构中的碳—碘键对紫外线光谱的最强吸收峰在260mm附近，其光解活性大，光解寿命短，在未达到平流层前已分解。因此，该灭火气体没有达到臭氧层的可能，其臭氧耗损潜能值ODP=0。又据测定，碳—碘键在大气中的停留时间不超过一天，没有造成“温室效应”的机会，地球变暖潜能值GWP<5。

④ 经济效用。氟碘烃灭火剂的体积密度较其他替代物高，而其灭火浓度又比其他灭火剂低，因此，在达到同样灭火效果的情况下，氟碘烃所需的灭火气体体积比其他灭火剂要小得多，这可以大大节省气瓶占有的建筑空间，从而节约投资。同时，氟碘烃具有和哈龙1301相同的工作压力，系统所用的设备、管道及配置方式均可沿用原有的哈龙灭火系统，节约了替代过程中的投资。

(3)氟碘烃与化合物的混合

选择合适的化合物与氟碘烃混合，可使它们的许多性质，如沸点、蒸气压、毒性、灭火效果得以改善。如果两种混合物选择恰当，便会产生协同效应，使之具有更好的灭火性能。这种灭火性能的出现，往往是一种主要起物理作用的化合物同另一种主要起化学作用的化合物的协同效应。

2.七氟丙烷灭火剂

七氟丙烷(HFC227ea)是近几年发展的洁净气体灭火剂的一种，也是我国公安部推荐采用的。它是一种无色无味的气体，不含溴元素和氯元素，其化学分子式为CF3CHFCF3，分子量为170，密度大约是空气的6倍，采用高压液化储存，其灭火机理是抑制化学链式反应，灭火效能与卤代烷1301相类似，对A类和B类火灾均能起到良好的灭火作用，是由美国大湖公司开发的，商品名称是FM-200。

(1)七氟丙烷的特点

七氟丙烷的臭氧潜能耗损值ODP=0，温室效应潜能值GWP=0.6，但其在大气中存留的时间很短，符合联合国环境规划署对洁净气体灭火剂的要求。

七氟丙烷是不导电介质，不含水性物质，不会对电气设备、磁带资料等造成损害。

七氟丙烷是新型高效低毒的灭火剂，它的灭火浓度低(8%～10%)。

七氟丙烷的LOAEL(可观察到有害作用的最低浓度)为10.5%；NOAEL值(未观察到不良反应的最低浓度)为9%。表2-4为HFC227ea灭火剂的技术性能。

(2)七氟丙烷灭火剂的灭火机理

七氟丙烷灭火过程要通过物相的改变，由液相到气相再经分解来完成，其灭火是物理作用化学作用参半。

物理作用主要是冷却作用。就卤代烷来说，大凡分子量大的，汽化潜热就大，故七氟丙烷的冷却效果好；同时，七氟丙烷蒸气在火场中，受热进行分解也要吸收能量(热能)，在卤元素中氟的稳定性最高，七氟丙烷的氟原子数为7，且分解发生在碳—氟键上，消耗的能量大，冷却效果就好。

就化学作用而言，卤素原子活性基中以氟的自由基半径最小，捕捉燃烧中活性基H·、OH·的能力低；加之，产生的HF稳定(这正是HF生成量大的原因之一)，不像HBr和HI有再次捕捉OH·活性基的作用，所起到的燃烧断链作用就小。故七氟丙烷的化学灭火作用低于哈龙1301、1211。

七氟丙烷灭正庚烷和A级危险物表面火灾需要的灭火浓度和设计浓度见表2-5。灭其他火灾的浓度见表2-6，惰性浓度见表2-7。

(3)七氟丙烷灭火剂的毒性

七氟丙烷化学灭火作用产生的分解产物HF是其主要的负面作用。HF有一定的毒性，在潮湿条件下有腐蚀性，达到一定浓度对人体及设备会造成损害，并且七氟丙烷在灭火过程中所产生的HF高过了哈龙1301、1211。据美国FM的检测，七氟丙烷产生的HF是1301的8～10倍；英国LPC的检测是1301的4～10倍。经实验研究得出，HF的生成和生成量，与火场温度、七氟丙烷蒸气所接触的火焰表面积、喷放灭火作用时间及七氟丙烷蒸气浓度等条件有密切关系。

① HF与温度的关系。七氟丙烷闪蒸率低(为28%)，大部分七氟丙烷要靠受热汽化；断键分解也是靠吸热完成的，温度越高就越加速、加大分解。

② 与火焰表面积的关系。据美国Robin的实验报告，七氟丙烷蒸气接触的燃烧表面积增加，分解物HF的生成量增加，表面积增加1倍，生成量会增加2倍。美国大湖公司的实验得出同样的结果，B类火油盘面积增加1.2倍，HF生成量增加2.2倍。

③ 与喷放灭火作用时间的关系。美国Fesseisa等人的实验测得，喷放灭火作用时间由5s延长到10s，HF生成量增加30%～50%。

④ 与七氟丙烷浓度的关系。据Fesseisa的实验测得，提高七氟丙烷浓度可抑制HF的生成量，提高20%就可减少约50%的生成量。在这方面大湖公司也进行了相应的实验。表2-8为HFC227ea的毒性指标。

(4)七氟丙烷适用场所

七氟丙烷，已在全世界范围内开始推广使用。主要适用于保护数据中心、电信通讯设施、过程控制室、高价值的工业设备区、图书馆、博物馆、美术馆、消声室、易燃液体储存区等场所，但不适用于扑救自身带有氧气补给的烟火类化学物质，活泼金属——钠、钾、镁、钛、锆、铀和钚，以及金属氧化物火灾。

(5)七氟丙烷灭火系统的优化

由上述情况可以看到减少七氟丙烷灭火系统在灭火过程中HF生成量的方法和途径，只要在控制火场温度和火势、缩短喷放灭火作用时间、提高七氟丙烷蒸气浓度三个方面去做好必要的工作，把分解物HF降到安全应用条件是可以争取到的。

① 降低火场温度和减小火势，主要在于提高对火灾火情信息的捕捉与响应(力求在火灾初起状态)，就设备来说，取决于探测器的灵敏度。为此，可考虑选择高灵敏度的感烟探测器。灵敏度提高会带来误报的概率加大，这可考虑用双响应与门控制来解决。

② 缩短喷放、灭火作用时间的具体方法，一是缩短喷放持续的实际时间，二是要改进喷头的喷放效果。

③ 以提高七氟丙烷灭火浓度来减少分解物HF生成量的措施效果显著，且易行可靠。另就七氟丙烷灭火机理来说，与哈龙1301、1211有较大的差别，七氟丙烷以物理灭火作用为基本条件，适当地加大灭火设计体积分数安全系数，会更趋灭火安全。

3.三氟甲烷灭火剂

三氟甲烷(HFC-23)的化学分子式为CHF3，是一种较为理想的哈龙替代物，对大气的臭氧层没有破坏作用，消耗大气臭氧层的潜能值ODP为零，三氟甲烷具有良好的灭火效率，灭火速率快、效果好，灭火浓度比哈龙1301高一倍。

(1)三氟甲烷灭火剂的性质

三氟甲烷是一种人工合成的无色、几乎无味、不导电的气体，密度大约是空气密度的2.4倍。其物理性质见表2-9。

注：1bar=105Pa，下同。

(2)灭火机理

三氟甲烷是以物理和化学方式灭火的，它主要是降低空气中的氧气含量，使空气不能支持燃烧，从而达到灭火的目的。在实际灭火中，灭火所需的三氟甲烷药剂量并未使空气中的氧气达到助燃点以下，这一点可认为在灭火过程中伴有化学反应，即灭火剂有可能破坏燃烧链反应的自由基。

(3)毒性

当三氟甲烷暴露于明焰下，会分解并产生氢氟酸(HF)。在狗体上进行实验，测定心脏对三氟甲烷的敏感度，狗分别暴露于30%、50%的三氟甲烷药剂(其余为空气)下5min，均无严重的心律不齐发生。其他实验表明，当三氟甲烷浓度达到80%时，动物体内未发现心律不齐现象。

三、哈龙替代物的发展趋向

1.国外哈龙替代物的演化过程

国外哈龙替代物的演化过程见表2-10。

2.我国哈龙替代物的发展方向

近年来，我国各地的少数重点工程分别引进了国外的惰性气体灭火系统或七氟丙烷灭火系统，用以替代哈龙1301灭火系统；也有少数厂商已自行研制并生产了七氟丙烷等替代系统的组件。哈龙1211灭火器大多是采用干粉、泡沫、二氧化碳等灭火器来替代的。这是因为自1994年起，我国已明令禁止在非必要场所再配置哈龙灭火器。

3.发展趋向

就卤代烷族的系列候选哈龙替代物而言，含一个氢原子的氟代烷的综合特性较为理想，比含多个氢原子的氟代烷及其他的气体候选哈龙替代物的性能均较佳，具有一定的开发价值；当然，尚未达到“全代用”哈龙替代物的全部要求，因其亦有不足之处。但是，含一个氢原子的氟代甲烷(如三氟甲烷)的蒸气压相当高，对存储容器和管网的耐压强度的要求亦相当高。当然，非哈龙族的惰性气体和二氧化碳等也可作为气体哈龙替代物使用。