水成膜泡沫灭火剂标准比较_窦增培.pdf

61电力安全技术第24卷(2022年第12期)水成膜泡沫灭火剂标准比较窦增培1，陈卫平2，姜塍林1，何学昌1，葛 峰3(1.浙江睦田消防科技开发有限公司，浙江 杭州 311106；2.浙江省消防救援总队，浙江 杭州 314000；3.浙江清华长三角研究院杭州分院智慧消防研究应用中心，浙江 杭州 310019)Comparison of Aqueous Film-forming Foam StandardsDOU Zengpei1,CHEN Weiping2,JIANG Chenglin1,HE Xuechang1,GE Feng3(1.Zhejiang MuTian Fire Technology Development Co.,Ltd.,Hangzhou 311106;2.Fire Rescue Corps of Zhejiang,Hangzhou 314000;3.Intelligent fire research and Application Center,Hangzhou Branch of Yangtze Delta Region Research Institute of Tsinghua University,Hanzhou 310019)摘 要 通过对 GB 15308 2006，ISO 7203-1:2019，MIL-PRF-24385F(SH)三种水成膜泡沫灭火剂(AFFF)标准的比较，分析了标准之间的异同，提出相应的标准应用建议以进一步提高 AFFF 的质量、存储的有效性、检测的便利性和产品的环保合规性。关键词 水成膜泡沫灭火剂；标准比较；环保性能；质量提升Abstract:By comparing the three standards of aqueous film-forming foam extinguishing agent(AFFF)concerning GB 153082006,ISO 7203-1:2019,MIL-PRF-24385F(SH),the similarities and differences between the standards are analyzed,and the corresponding standard application suggestions are proposed so as to further improve the quality of AFFF,the effectiveness of storage,the convenience of detection,and the environmental compliance of products.Key words:aqueous film-forming foam extinguishing agent;standard comparison;performance of environmental protection;quality improvement中图分类号:TM08 文献标识码:A 文章编号:1008-6226(2022)12-0061-050引言水成膜泡沫灭火剂(aqueous film-forming foam，AFFF)通常由氟表面活性剂、碳氢表面活性剂和其他助剂组成。与蛋白泡沫灭火剂相比，AFFF 能在可燃液体表面自发扩散并形成水膜，有效隔离了空气和火焰，并强化窒息作用，提高了灭火效能。1960 年美国海军研究所以氟表面活性剂为原料，研制成功“轻水”灭火剂，可有效控制飞机等因可燃性液体泄漏而引发的大规模火灾，尤其是可快速控制火势以避免爆炸。该研究成果后被美国 3M 公司商业化，至今在机场、舰船、油库等领域仍具有不可替代的地位，是消防安全重要的物质保障。AFFF 在电力系统同样有重要应用，广泛使用于变压器设备、电缆隧道或廊道、电动车充电站、发电厂油系统等场所1-2。AFFF 在国内属于国家强制性检验产品，其上市销售必须符合 GB 153082006泡沫灭火剂的要求。因此，有必要将该标准与国外通行的相关标准进行对比，分析指标设定及指标值的异同，并基于此提出对标准运用的建议。第24卷(2022年第12期)电力安全技术621国内外 AFFF 标准介绍及比较1.1标准介绍AFFF 在 国 内 执 行 标 准 为 GB 153082006泡沫灭火剂(简称 GB 15308)，国际上类似标准 有 国 际 标 准 化 组 织 的 ISO 7203-1:2019（Fire extinguishing media-Foam concentrates.Part 1:Specification for low-expansion foam concentrates for top application to water-immiscible liquids)(简称 ISO 7203-1)以及美军用标准 MIL-PRF-24385F(SH)Amendment 4（Fire extinguishing agent,aqueous film-forming foam(AFFF)liquid concentrate，for fresh and sea water）。因此，对三个标准相关内容进行对比分析。1.2比较的内容以 6%型非抗溶型低倍 AFFF 为例，其中灭火性能、抗烧性能以 GB 15308 中的 IA 级要求为准。各标准条款对 AFFF 的要求主要分为泡沫液基础性质(包含折射率、粘度、沉淀物、比流动性、凝固点、pH 值、抗冻融性能)、表面活性(包括泡沫溶液表面张力、界面张力、扩散系数)、泡沫性能(发泡倍数、25%析液时间)、环保性能(总氟含量、全氟辛基磺酰氟及其衍生物、全氟辛酸及其衍生物及 PFOA 含量、环境影响)、灭火性能(灭火时间、抗烧时间)、腐蚀性、成膜性和密封性等。2GB 15308 与 ISO 7203-1 比较GB 15308 和 ISO 7203-1 的比较详见表 1。GB 15308 和 ISO 7203-1 均未对 AFFF 的折射率、成膜性和密封性、环保性能和总含氟量指标进行规定，但在泡沫液凝固点、pH 值、腐蚀性的要求上有所区别；在与灭火密切相关的表面活性、泡沫性能、灭火性能方面，两者的要求完全一致。需注意的是，尽管 ISO 7203-1 未在环保性能方面提出明确要求，但 AFFF 仍需遵守各地区关于持久性有机污染物含量限值的规定，如满足关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约及其相关议定书的禁用、限用规定等。近期，国家对氟表面活性剂的环保性能提出新的要求，如应急管理部消防产品合格评定中心新发布的 非PFOS氟碳表面活性剂测试大纲(2021年)中要求 PFOS，PFOA 含量均低于 1 g/L。该大纲的要求意味着环保性能作为 AFFF 的核心组分(即氟表面活性剂)的评价指标之一已进入国家有关部门的考察范围之内，但该大纲并未成为 AFFF的强制性要求。3GB 15308 和 MIL-PRF-24385F(SH)比较3.1泡沫液基础性质比较泡沫液基础性质标志着泡沫液物化性能，与泡沫液的稳定性、使用条件(温度范围)密切相关。GB 15308 和 MIL-PRF-24385(SH)泡沫液基础性质间的比较详见表 2。MIL-PRF-24385(SH)对泡沫液折射率提出要求，而 GB 15308 未有相关要求。折射率与 AFFF 的灭火效能无直接关系，但折射率的测试速度快，可用于泡沫液质量的快速表 1GB 15308 与 ISO 7203-1 比较项目GB 15308ISO 7203-1泡沫液基础性质凝固点/与特征值的偏差-4 0 无要求抗冻融性无可见分层和非均相沉淀物/%能通过 180 m 筛，0.25(老化前)、1.0(老化后)比流动性要求接近pH 值6.0 9.56.0 8.5表面活性/(mNm-1)表面张力与特征值偏差不大于 10%界面张力与特征值偏差不大于1.0 mN/m或不大于特征值10%(取上述两个差值中较大者判定)扩散系数正值腐蚀性/mg/(天dm2)15(Q235A 钢片、3A21 铝片）无要求泡沫性能发泡倍数与特征值偏差不大于 1.0 或不大于特征值 20%，取上述两个差值中较大者判定25%析液时间/min与特征值偏差不大于 20%灭火性能灭火时间 IA 级/s 180抗烧时间 IA 级/min 1063第24卷(2022年第12期)电力安全技术检测。在低倍泡沫灭火系统功能验收中，采用手持式折射仪或手持式电导率仪测定泡沫液的混合比，其结果用于评价泡沫灭火系统的有效性。粘度和比流动性的测试目的类似，即要求泡沫液的流动性在一定范围之内，以保证在规定条件下可通过泡沫液泵输送使用。GB 15308 要求受测 AFFF 提供凝固点参数，明确 AFFF 的使用温度范围，同时要求受测 AFFF 通过抗冻融性实验，明确了 AFFF 的稳定性要求。MIL-PRF-24385F(SH)提出的 pH值范围更窄且更接近中性，有利于泡沫液储存的稳定性。表 2GB 15308 和 MIL-PRF-24385(SH)泡沫液基础性质比较项目GB 15308MIL-PRF-24385F(SH)折射率无要求 1.358 0粘度/(mm2s-1)无要求 10(5)、2(25)凝固点/与特征值的偏差-4 0 无要求沉淀物/%能通过 180 m 筛，0.25(老化前)、1.0(老化后)无要求比流动性泡沫液流量不小于标准参比液的流量获泡沫液的粘度值,不大于标准参比液的粘度值无要求抗冻融性无可见分层和非均相无要求pH 值6.0 9.57.0 8.5 3.2表面活性比较表面活性是 AFFF 能否在油面自发铺展、能否形成水膜抑制油气挥发的重要指标，直接关系 到 AFFF 的 灭 火 效 能。GB 15308 和 MIL-PRF-24385(SH)表面活性间的比较详见表 3。表 3GB 15308 和 MIL-PRF-24385(SH)表面活性间的比较单位：mN/m项目GB 15308MIL-PRF-24385F(SH)表面张力与特征值的偏差不大于 10%无要求界面张力与 特 征 值 的 偏 差 不 大 于1.0 mNm-1或不大于特征值的10%(按上述差值中较大者判定)无要求扩散系数正值 3扩散系数计算公式为S=c-f-i，其中：c为环己烷表面张力(20 下为 24 mN/m)；f为泡沫溶液表面张力；i为泡沫溶液与环己烷之间的界面张力，通常为 2 4 mN/m。扩散系数为正值的泡沫溶液满足在油面铺展的热力学条件，可在油面实现自发铺展。MIL-PRF-24385(SH)未要求提供泡沫溶液的表面张力和界面张力特征值，但对扩散系数有下限要求(S不低于 3 mN/m)，实际上该值对表面张力和界面张力也提出了限制。根据扩散系统计算公式，在c=24 mN/m(20 下)、i选择为24 mN/m 时，f最高可为 19 mN/m，这一指标符合国内外 AFFF 的实践。AFFF 在储存过程中不可避免的会出现组分分解情况，进而可能引发表面活性劣化。MIL-PRF-24385(SH)限定了扩散系数下限，在一定程度上为 AFFF 的储存应用提供了裕量，保证了长期储存后的灭火效能。3.3腐蚀率比较腐蚀率对 AFFF 存储方式与使用方式有影响。GB 15308 和 MIL-PRF-24385F(SH)腐蚀率的比较详见表 4。二者均对碳钢(Q235A 钢)提出腐蚀率要求，MIL-PRF-24385F(SH)相对严格；GB 15308 对铝腐蚀率提出要求，未对铜、铜镍合金作出要求，而 MIL-PRF-24385F(SH)反之。表 4GB 15308 和 MIL-PRF-24385(SH)腐蚀率比较单位：m/dGB 15308MIL-PRF-24385F(SH)Q235A 钢片 0.193A21 铝片 0.58低碳钢 0.1091 铜镍合金 0.07073 镍铜合金 0.070铜 0.0673.4成膜性和密封性比较成膜性和密封性是 AFFF 起效的基础之一，其检测较灭火实验更快捷、方便。理论上，未通过成膜性和密封性实验的泡沫液不能实现有效灭火。MIL-PRF-24385F(SH)对此有通过性要求，而GB 15308 在该方面无相关要求。成膜性和密封性实验具有便捷性和快速性，可应用于 AFFF 有效性检测。3.5泡沫性能比较发泡倍数是泡沫体积与构成该泡沫的泡沫溶液体积的比值，GB 15308 要求提供泡沫溶液的发泡倍数特征值。目前市场上AFFF发泡倍数均大于5，在实践中与 MIL-PRF-24385F(SH)要求是一致的，见表 5。第24卷(2022年第12期)电力安全技术64表 5GB 15308 和 MIL-PRF-24385F(SH)泡沫性能比较项目GB 15308MIL-PRF-24385F(SH)发泡倍数与特征值的偏差不大于 1.0 或不大于特征值的 20%(按上述二个差值中较大者判定)525%析液时间/min与特征值的偏差不大于 20%2.525%析液时间指泡沫中析出其质量 25%的液体所需要的时间，该值过小或过大均会影响灭火效果：太小会导致泡沫迅速失水变成干泡，影响流动性能；太大则表明析水缓慢，导致油面温度下降变慢。GB 15308 要求提供 25%析液时间特征值，而MIL-PRF-24385F(SH)有明确的下限要求。值得关注的是，被 GB 15308 替代的原泡沫灭火剂标准GB 174271998水成膜泡沫灭火剂中，对泡沫溶液的发泡倍数要求大于等于 5，25%析液时间大于等于 2.5 min，与 MIL-PRF-24385F(SH)一致。3.6环境影响比较环境影响中，毒性测试用于评价 AFFF 对动物的危害性，化学需氧量 COD 和 20 日生化需氧量 BOD20 测试用于评价 AFFF 的降解速度，GB 15308 对上述项目均无要求；总含氟量是 AFFF的重要指标之一，也是判定市售 AFFF 产品与送检产品一致性的重要指标，GB 15308 对此项目无要求；含氟持久性有机污染物具有生物累积性和生物毒性，其生产和应用均受到越来越严格的限制，GB 15308 对两种代表性化合物(PFOS，PFOA)均未作要求。具体比较详见表 6。虽 GB 15308 在环境影响方面无明确要求，但新提出的非 PFOS 氟碳表面活性剂测试大纲(2021 年)将有助于规范AFFF 中持久性有机污染物的含量。表 6GB 15308 和 MIL-PRF-24385F(SH)环境影响比较项目GB 15308MIL-PRF-24385F(SH)环境影响无要求毒性：LC50 1 000 mg/L(刺鱼)化学需氧量：COD 5105 mg/LBOD20/COD：0.65总氟含量无要求与特征值的偏差不大于 15%PFOS 含量/(mgkg-1)无要求 0.8PFOA 含量/(mgkg-1)无要求 0.83.7灭火性能对比GB 15308 灭火实验如下：4.52 m2钢制圆盘，采用浅水层保护钢制圆盘底部；泡沫枪用水标定时，0.63 MPa 下水流量为 11.4 L/min；泡沫枪水平放置高出燃料面 1.0 m，使泡沫的中心射流在距远端盘壁 1.0 m 的燃料表面上；144 L 橡胶工业用溶剂油加入钢制圆盘，5 min 内点燃，预燃 60 s 后施放泡沫溶液，并在 180 s 后停止，记录灭火时间；停止施放后 300 s 内，将装有 2 L 橡胶工业用溶剂油的抗烧罐置于油盘中心并点燃，计时，复燃时间为总面积被火焰覆盖了 25%的时间。MIL-PRF-24385F(SH)中，50 ft2(50 ft2约为4.645 m2)钢制圆盘灭火实验与 GB 15308 灭火实验规模相近，其实验流程如下：浅水层保护圆盘底部，喷嘴施放速率为 7.57 L/min，压力 0.69 MPa；56.8 L 无铅汽油在 60 s 内倒入圆盘，30 s 内点燃，预燃 10 s 后施加灭火剂，灭火时间计算到所有火焰熄灭为止，泡沫供应时间持续 90 s；停止供泡后60 s 内，将装有 3.78 L 无铅汽油的抗烧罐置于钢制圆盘中间，计时，复燃时间为总面积被火焰覆盖了 25%的时间。GB 15308 和 MIL-PRF-24385F(SH)灭火性能比较详见表 7。前者的抗复燃性要求严格，后者的灭火时间要求严格。表 7GB 15308-2006 和 MIL-PRF-24385F(SH)灭火性能比较项目GB 15308MIL-PRF-24385F(SH)燃料类型橡胶工业用溶剂油无铅汽油燃料用量/L14456.8泡沫枪流量/(Lmin-1)11.47.57预燃时间/s6010泡沫持续供应时间/s18090灭火性能灭火时间/s 180 50(限用海水)抗复燃时间/min 10 6GB 15308 灭火实验使用的燃料更多、预燃更充分、泡沫枪流量更大，同时灭火时间要求较低、抗烧时间要求较高，这体现出一般火灾救援的特点：非快速响应条件下的稳定灭火。MIL-PRF-24385F(SH)灭火实验，预燃时间短、灭火时间要求高、抗复燃要求较低，体现了军事设施设备火灾救援的特点：快速响应条件下的迅速灭火。两标准灭火实验及 AFFF 灭火性能的要求，对各自关注的火灾救援特点均有较强的针对性，提出的指标要求各有侧重。65第24卷(2022年第12期)电力安全技术4结束语根据上述对比分析，结论和相关建议如下。(1)GB 15308 和 ISO 7203-1 对 AFFF 的要求基本一致。(2)GB 15308 和 MIL-PRF-24385F(SH)对AFFF 要求有一定区别，各有侧重：GB 15308 对应用于社会面常见油类火灾的 AFFF 设定了最低要求；MIF-PRF-24385F(SH)对应用于军事设施设备火灾的 AFFF 提出了一些特殊和增强型指标要求。(3)MIL-PRF-24385F(SH)中部分指标要求或规范意图可在实践中借鉴，用以解决当前 AFFF产品与送检样品的一致性问题以及 AFFF 在储存过程中的有效性问题。(4)根据特殊环境场合(电力、核电、军事设施、重要军民用仓库等)的灭火要求，建立特殊 AFFF专用的标准规范。(5)优化建议：新订、改订 AFFF 标准中可根据实际情况增加相应的指标。提高扩散系数要求，从现有要求(正值)提高至某一确定值，确保泡沫液长期有效性。增加成膜性和密封性测试，提供快速初筛泡沫液有效性的方法。增加总含氟量测试，保证 AFFF 产品与送检样品一致性。增加持久性有机污染物含量限制，提高AFFF 环保性和合规性要求。参考文献：1 余 斌，吕洪坤，张晓龙电器设备火灾特点及消防灭 火系统探讨 J电力安全技术，2020，22(8):33-37.2 邹本禹，刘凤刚，边孝春锅炉燃油储罐消防系统的改 造 J电力安全技术，2007，9(12)：39-41.3 向硕凌水成膜泡沫灭火剂性能的影响因素分析 J 2018，18(23)：343-347.4 王宝宁，王怡文水成膜泡沫灭火剂灭火效果研究 J 山东工业技术，2021(5)：116-122.5 郑宗强，郭王勇，鞠振福，等泡沫稳定性影响水成膜 泡沫灭火效率的研究 J西安科技大学学报，2021，41 (5)：779-786.6 贾井运，邹晓龙，孟亚伟，等APPP 对航空煤油油池 火的抑灭有效性研究 J消防科学与技术，2020，39 (10)：1409-1412.收稿日期：2022-07-06；收稿日期：2022-09-15。作者简介：窦增培(1983)，男，博士，主要从事氟表面活性剂和灭火剂研究工作，email：。陈卫平(1987)，男，硕士，主要从事消防产品和火灾防控工作。姜塍林(1986)，男，硕士，主要从事表面活性剂研究、灭火剂配方研究及灭火应用工作。何学昌(1993)，男，学士，主要从事表面活性剂研究、灭火剂配方研究及灭火应用工作。葛 峰(1975)，男，学士，主要从事消防产品研发推广工作。止漏进一步引发恶性事故。在排查与处理期间，应加强疑似漏氢区域的作业管理，若确认了漏氢部位，应及时做好防止氢气聚集措施，以避免发生氢气爆炸事故。为预防发生发电机漏氢引发的各类事故，应提高对发电机机内氢气压力变化、氢气品质变化的监测；同时加强发电机氢气系统(氢气除湿装置、密封油系统油压及压差阀自动调节系统设备等)的维护保养，以提高其运行的可靠性与安全性，从而提升机组安全稳定运行能力。参考文献：1 焦晓霞，管春伟，李伟力，等汽轮发电机不同冷却介 质对定子传热特性的影响 J电机与控制学报，2011，15(2)：54-62，70.2 孔令军，岳啸鸣氢冷发电机漏氢分析及防范措施 J 河北电力技术，2011(6)：35-37.收稿日期：2022-06-22。作者简介：宁效伟(1979)，男，高级工程师，主要从事发电厂电气设备的技术管理与技术研究工作，email：。关锦良(1979)，男，工程师，主要从事发电厂的设备运行、集控管理与技术改造工作。(上接第 60 页)