■ 许伟成 程 燕 赵 鑫

一、引言

根据国际海事组织《国际海上人命安全公约》（SOLAS）的要求，船舶在投入运营前，必须配备各种安全设备，并获得主管机关颁发的有效证书，才能被港口当局认可。船舶固定灭火系统，通常作为船舶的机器处所、燃油设备处所、液货船的货油泵舱、通讯设备机房、油漆库、应急发电机房等保护措施，保证该系统随时处于良好状态，对保障人命财产、船舶安全具有十分重要的意义。固定式CO2灭火系统是目前得到广泛使用的消防系统，但该系统在应用中的安全和环保问题，越来越受到各方的关注。固定式七氟丙烷（C3HF7）灭火系统，作为一种等效的气体灭火系统，在船舶消防系统的应用中，逐步发挥着重要作用。

MSC／Circ.848《经修正的1974 SOLAS公约所规定适用于机器处所和货油泵舱的固定式气体灭火系统的等效系统认可导则》和MSC.1／Circ.1267《经修订的1974 年SOLAS公约规定的适用于机器处所和货泵舱的等效固定式气体灭火系统认可指南》（修正案），是船舶固定式七氟丙烷灭火系统的认可导则。现对固定式七氟丙烷灭火系统在船舶消防中的应用设计及存在的问题，提出一些个人的观点。

二、船舶固定式七氟丙烷灭火系统的应用设计

（一）七氟丙烷灭火剂的基本性质。

七氟丙烷灭火剂灭火后无固体和液体的残留物，灭火效能高，设计灭火浓度低，喷射到防护区内能立即闪发成蒸气态，并在封闭空间内各向分布迅速均匀。作为全淹没灭火剂，属于可液化储存的气体，不导电、不击穿电子电器设备，具有无色、无味、热稳定性和化学性能良好等特性，是一种清洁气体灭火剂。

七氟丙烷的灭火机理主要为冷却灭火和化学灭火共同作用。七氟丙烷在气化过程中要吸收大量的热量；同时它由大分子组成，在火焰高温中一些化学键断裂,需要能量，导致冷却。

（二）七氟丙烷灭火系统设计。

船舶固定式七氟丙烷灭火系统主要由灭火报警联动控制箱、火灾探测器、声光报警器、手动控制按钮、灭火剂储瓶、瓶头阀、高压金属释放软管、释放控制箱、安全阀、选择阀、单向阀、泄放管背压阀、吹洗单向阀、压力开关、框架、喷嘴、管道系统等主要部件组成。根据使用要求，可组成单元独立系统和组合分配系统两种形式。喷嘴的布置应经济合理，能确保灭火剂在尽可能短的时间内喷放到保护区内，并迅速均匀分布，达到灭火浓度，迅速控制火灾；保护区应封闭良好，必须确保灭火剂在规定的时间内保持灭火浓度；要有充分的条件，使灭火后尽可能快地通风换气，以减少设备与灭火剂分解产物的接触时间。

1．灭火剂的设计浓度

七氟丙烷气体灭火系统设计时有灭火浓度、设计灭火浓度、实际使用浓度3个指标，具体的定义如下：

（1）灭火浓度：在101 kPa大气压和规定的温度条件下，扑灭某种火灾所需CO2在空气的最小体积百分比，根据MSC／Circ.848规定的标准试验模型，并按主管机关接受的燃烧杯试验来确定。此参数通常由七氟丙烷气体灭火设备制造商提供。

（2）设计灭火浓度：在灭火浓度的基础上考虑了一定安全系数后确定的设计灭火浓度。根据MSC.1／Circ.1267通函要求，设计灭火浓度为最低灭火浓度的130 %。

（3）实际使用浓度：在保护区最高环境温度下，扣除被保护区内的设备体积后,实际可能形成的最大浓度。

2．影响保护区内灭火剂浓度的因素

灭火剂实际喷放到保护区内所形成的浓度,可能会出现比实际设计灭火浓度高或低的情况。这一浓度的变化对人员的安全、设备的影响及灭火效果的成败关系极大，应引起足够重视。

导致保护区内实际使用浓度比设计灭火浓度高的主要因素有：灭火剂用量计算时保守,没有考虑到封闭空间内非固定材料（或物体）的存在及对气体泄漏量估计过高。另外，如果计算环境温度低,而实际喷放时环境温度高,实际使用浓度也将升高。

导致保护区内实际灭火剂浓度比设计灭火浓度低的因素主要有：灭火剂喷放后在容器和管网内残留有部分灭火剂蒸气；实际喷放时有溶解氮气喷出；封闭空间内的障碍物影响气体混合；封闭空间的几何形状导致灭火剂分布不均匀等。这些都有可能使火源周围灭火剂的浓度低于实际灭火浓度,而影响灭火效果。因此在喷嘴的设计和施工安装时，一定要按规范避开影响灭火剂喷射的设备、构件，同时按所选喷嘴的特性,结合封闭空间的几何形状合理布置，使影响灭火剂浓度降低的因素减少到最小。

3．灭火剂用量计算

被保护处所的灭火剂用量应按预期的最低环境温度条件下，以包括天窗容积在内的保护处所的净容积为依据，通过设计浓度计算确定。

被保护处所的净容积系指保护处所总容积中自由状灭火剂介质气体能到达的那部分容积。计算被保护处所的净容积时，它应包括机舱舱底部分容积、天窗容积以及在火灾事故中能够释放到保护处所的空气瓶中自由空气的容积。被保护处所中物体所占容积应从总容积中扣除，这些物体包括（但不局限于）：辅机、锅炉、冷凝器、蒸发器、主机、减速齿轮箱、油柜和轴隧。

（1）被保护处所灭火设计用量应按公式1计算：

式中：W——设计灭火用量 （kg）；

C1——设计灭火浓度 （%）；

S——灭火剂过热蒸汽在101 KPa大气压和防护区最低环境温度下的比容（m3／kg）；

V——防护区的净容积（m3）；

（2）灭火剂过热蒸汽在101KPa大气压和防护区最低环境温度下的比容，应按公式2计算：

式中：T——防护区最低环境温度（℃）。

4．系统的管网设计

七氟丙烷喷放过程中，其压力迅速降低,在前面的流体呈现瞬时状态的二相流区，随后为液相流区（含密集小气泡）和二相流区（密度变化无规律），最后是尾气（氮气和七氟丙烷的蒸汽）。目前主要按液相流的计算方法，计算简便，能满足工程应用的需求，但应注意相关条件的控制，如喷嘴之前的压力等。

根据MSC／Circ.848规定，灭火系统应在10 s或更少时间内将95 %的设计浓度气体排放至起火处所。为了满足喷放时间和灭火浓度的要求，需对系统管网进行设计计算。可通过专业设计计算软件，计算确定灭火剂钢瓶的充装率、实际灭火浓度、喷放管路管径和喷嘴型号等。

5．安全要求

（1）人员应在系统施放前撤离；向有人工作或进入的任何处所施放时应能自动向这些处所发出听觉和视觉报警，报警时间应为撤离所必需时间，但不少于施放灭火介质前20 s。

（2）有人工作防护区的实际使用浓度，不应大于有毒性反应浓度（LOAEL 浓度），即不大于10.5 %。

（3）喷放七氟丙烷前，必须切断可燃、助燃气体的气源和供油设施，并关闭通风系统等一切影响灭火效果的设备。

（4）灭火剂释放后，抑制时间至少应保持15 min，以便使火完全扑灭。

（5）人员进入已释放的处所之前，应进行充分的通风，换气次数至少5次之后方可进入。

（三）操作与控制系统

1．系统应具备自动控制、手动遥控和手动应急操作3种启动方式。

2．自动控制应在接到两个独立火灾信号后才能启动，在有人工作或进入的保护区应设有不小于20 s的可控延时喷射，对于无人工作的保护区应设置为无延时喷射。

3．手动遥控应能在集中控制室和每一保护区逃生的门外进行遥控启动。

4．当自动和遥控操作失效时，应采用手动应急操作方式，手动打开分配阀和手动开启启动瓶以及可以直接手动开启灭火剂储存瓶。自动和遥控的失效不能影响手动应急操作。

5．无论何种控制，分配阀的开启不应迟于灭火剂储瓶的开启。

6．对实际的灭火浓度大于无毒性反应浓度9 %的保护区，应设有手动与自动控制的转换装置。当人员进入保护区时，将自动转换为手动，当人员离开时，将手动转换为自动。保护区内外应设有手动、自动控制状态显示器。

7．灭火系统的手动操作按钮应有防止误操作的措施。

三、存在问题的探讨

（一）目前七氟丙烷灭火系统的灭火浓度，是由各家设备制造商按主管机关接受的燃烧杯试验来确定的，最低灭火浓度值不尽相同。从MSC／Circ.848标准的角度去理解，这种确定灭火浓度的方式没有问题。但是，鉴于燃烧杯试验的条件和七氟丙烷灭火剂本身的一致性，最低灭火浓度值应该是明确的，且数据是可以由主管机关公布，并写入标准。这对于广大设计人员、船舶安全检验、审查人员和设备制造商来说，可操作性更强。

（二）MSC／Circ.848规定的燃烧杯试验，仅适用于机器处所和货油泵舱，针对船舶上需要采用七氟丙烷灭火系统保护的通讯设备机房、油漆库、应急发电机房等处所，采用机器处所和货油泵舱的最低灭火浓度值是不合理的。我国《海上移动平台入级规范》2012版第7篇《防火与防暴》第6章“控火与灭火”中提到，保护处所单位容积灭火剂用量应不小于0.633 8 kg／m3。这个灭火剂用量系数与我国《气体灭火系统设计规范》GB 50370—2005中规定的通讯机房灭火用量系数是一致的，相应的条件是：设计浓度8 %，设计环境温度20 ℃。因此，船舶上通讯设备机房类保护处所，选择8 %的设计浓度，是安全可靠的。对于油漆库、应急发电机房等B类火灾处所，个人认为可以参考我国《气体灭火系统设计规范》GB 50370—2005中的规定，选择9 %的设计浓度。

（三）七氟丙烷保护处所的净容积，应该扣除辅机、锅炉、冷凝器、蒸发器、主机、减速齿轮箱、油柜和轴隧等不燃、难燃物体的体积，在设计阶段，这些数据往往被忽视，而这对于校核实际喷放浓度和控制安全浓度，却是至关重要的。因此在七氟丙烷灭火系统设计前，应由船舶设计单位出具详细的不燃、难燃物体的体积计算结果，供七氟丙烷灭火系统设计人员和主管机关审批人员计算、校核用。

（四）目前现有的船舶规范，对七氟丙烷灭火系统安装后的管系试验要求是不明确的。通常的做法是套用二氧化碳系统的管路试验要求，即管道系统应在船上以压缩空气进行压力不小于0.69 MPa的气密性试验。个人认为，这样做是不科学的。根据我国《气体灭火系统施工及验收规范》GB 50263—2007附录E的要求，七氟丙烷灭火系统管系水压强度试验压力应取 1.5 倍系统最大工作压力。当水压强度试验条件不具备时，可采用气压强度试验代替，气压强度试验压力取1.15 倍最大工作压力。管系的气密性试验压力，应取水压强度试验压力的2／3。

总之，固定式七氟丙烷灭火系统是等效于传统固定式CO2灭火系统的船用灭火设备，正越来越多地应用于船舶的消防保护，实际应用过程中的问题也不断被提出。而对于广大设计、施工和检验人员来说，现行的《公约》和《规范》，其条文内容的可操作性还不强，需要主管机关对条文内容作进一步的修订和完善。这样，船舶固定式七氟丙烷灭火系统的工程应用技术，才能不断走向成熟。