中国气体消防技术发展20年

中国气体消防技术发展20年
公安部上海消防研究所研究员
中国消防协会专家委员会委员
中国工程建设标准化协会建筑给水排水委员会常委
中国工程建设标准化协会消防系统专业委员会委员中国土木工程学会建筑给水排水委员会气体消防分会理事长
唐祝华
摘要: 本文纵横概述了我国自1987年至2007年气体消防技术20年的发展历程，简明诠释了“气体消防”和“洁净气体”等气体消防技术领域的基础理念的由来与演变，扼要介绍了气体灭火设备的生产与应用情况，重点回顾了气体消防学术技术和气体消防规范标准的业绩和大事，以及作者和气体消防技术研究会（气体消防分会）部分相关人员的成果与贡献，初步提出了目前存在问题和今后具体设想，并对我国气体灭火设施及其规范标准的今后发展趋向进行了前瞻性眺望。

关键词: 气体消防洁净气体卤代烷/哈龙二氧化碳氢氟代烷IG系列气体气体灭火剂气体灭火器气体灭火系统必要场所非必要场所
卤代烷/哈龙气体替代物臭氧层臭氧耗减潜能值/ODP
温室效应潜能值/GWP 中国哈龙银行国家规范/标准
绪论
我国的气体消防技术的兴起及其发展历程，类同于世界各个发达国家，系自上个世纪60年代开始起步的，而且首先是从军用装备的应用领域开拓的。

1965年8月，经公安部批准，我国正式成立了4个公安部直属消防研究所，来自全国各地的几十所重点本科院校的200名大学毕业生，经公安部挑选，服从国家分配，分别在天津、上海、沈阳、都江堰创建了4个消防研究所。

从此时至今天，2007年11月，43年来，我国的消防科学技术工作，包括气体消防技术领域，从军用到民用，自城市至乡镇，快速发展，并逐步走向正规。

上个世纪60年代，1965年下半年及之后，首先由公安部上海消防研究所发起，承担了公安部重点科研项目，国产第一代卤代烷1211气体灭火剂的试制、鉴定及应用技术的研究工作，并通过了公安部主持的项目鉴定。

我记得，卤代烷1211灭火剂的第1个应用成果就是军用坦克的卤代烷1211自动气体灭火装置。

1968年及之后，上海所接着对国产第二代卤代烷1301气体灭火剂进行了鉴定试验，卤代烷1301灭火剂的第1个应用成果应当是飞机发动机机舱卤代烷1301自动气体灭火系统。

上个世纪70年代，公安部上海消防研究所在对卤代烷气体灭火剂的灭火效能、毒理特性、物化特性、热稳定性、化学稳定性、电绝缘性能、洁净程度、溶胀（橡胶、塑料）性能、腐蚀（金属）性能等进行多年研究、鉴定试验及应用实践的基础上，承担了上海市的国家重点项目——“运十飞机发动机机舱卤代烷1301自动气体灭火系统组件研制”，并成功地组织了飞机1301灭火系统的联动试验。

1979年，公安部组织了卤代烷1211灭火器的全国联合设计，这项技术工作对该类灭火器产品的长时期的质量稳定和推广应用均起了重要而有益的作用。

上个世纪80年代，二氧化碳灭火系统、卤代烷1301灭火系统和卤代烷1211灭火器在我国的舰艇和飞机等军用装备及交通工具上得到了广泛地应用，并开始在计算机房、通信机房、大型油罐等民用建筑的要害场所中逐步推广应用。

其中，1987年是我国气体消防技术明显起步和有力发展的关键一年。

1987年3月20～26日，中国土木工程学会建筑给水排水委员会，在西安市双龙饭店召开成立大会，经研究与商讨，学委会拟筹划、组建“卤代烷及其替代物消防”、“水消防”、“建筑给水”和“水景喷泉”等10个专题研讨会的长设分支机构。

之后经过近2年的筹组，1989-07-12，经上级学会批准，在上海市华侨饭店顺利召开了全国建筑给水排水委员会气体消防研讨会（筹备期间称为：卤代烷及其替代物消防研讨会）成立大会，与会全体委员、代表一致推选，并经上级学会批准、聘任，决定由唐祝华高工担任理事长，肖泉生、田如漪高工担任副理事长，并由上级学会主任委员和秘书长在大会上颁发了聘书。

当年，大约是上个世纪70年代中期及之后，关于气体消防的基本术语，经张永胜高工和唐祝华工程师多次地认真讨论、仔细商议，初步提出、确定了“卤代烷-Halon”和“全淹没系统-Total flooding system”等术语的命名及定义。

这些术语的命名及定义，得到了我国许多消防专家的赞同与认可，并于上个世纪80年代中期，经国家主管部委批准、发布，在国家标准GB 5907-1886《消防基本术语第一部分》（4个直属公安部的消防研究所参编）得到应用，详见该标准中的5条（4.5 卤代烷灭火剂，5.1.1 卤代烷灭火器，5.2.6 卤代烷灭火系统，5.2.8 全淹没，5.2.9 全淹没灭火系统）术语。

之后，这些术语成功地纳入到我国的几本国家消防工程技术规范和国家消防产品质量标准之中。

1987年8月，国家级消防产品天津检测中心（具体负责气体灭火剂和气体灭火系统等产品检测）、国家级消防产品上海检测中心（具体负责气体灭火器等产品检测）先后经国家严格验收、正式认可，开始执行国家新产品定型检验、认证检验、进出口产品检验和国家监督抽查检验等第三方公正监督检验任务。

1987年9月16日，公安部天津消防研究所主编的我国第一本气体灭火系统国家规范GBJ 110-1987《卤代烷1211灭火系统设计规范》，经公安部消防局审定，由国家计划委员会批准、发布，自1988-05-01起在全国各地实施。

1987年9月、10月，公安部上海消防研究所为了制订我国第一本有关气体灭火器配置的国家规范GBJ 140-1990《建筑灭火器配置设计规范》，在杭州、天津组织了我国部分省、自治区、直辖市消防总队和8家部直属、部直供灭火器生产厂，根据该规范首次制订编制管理组拟定的“各类标准系列规格灭火器灭火级别换算与定级验证试验大纲”，进行了大型灭火试验，共计进行了15项52次灭火器灭火定级验证试验，确认了同类灭火级别等效换算与相加原理，并为卤代烷1301、1211灭火器扑灭A类标准木垛实验模型火灾的灭火级别，成功地予以合理、正确定级，致使卤代
烷灭火器根据国家规范的规定，能够参与建筑灭火器配置的设计和计算。

事实上，1211灭火器肯定是能够扑灭A类火灾的，但是，当时（1987），1984年版的灭火器产品质量标准（GB 4351、GB 4397等）尚无此项规定。

10年后，1997年，GB 4351-1997修订版本，增补了1211灭火器的A类灭火级别。

12年后，1999年，国际标准ISO 7165-1999的首次制订版本，也正式规定了1211灭火器的A类灭火级别。

实践证明：当年（1985~1990），国家标准《建筑灭火器配置设计规范》首次制订编制组的试验是成功的，思路是领先的，定级、定额是正确、合理的。

上个世纪90年代及之后，鉴于国际环境保护的要求，按照联合国环境规划署的规定，世界各国的气体灭火剂都在逐步地向HFC227ea、HFC23、HFC236fa和IG100、IG541、IG55、IG01等洁净气体的方向发展与过渡。

2007年，10月下旬，27~29日，两委会（中国工程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会和中国土木工程学会水工业分会建筑给水排水委员会）隆重召开了成立20周年（1987-2007）庆典大会。

总之，气体消防技术在世界各国和我国的军用与民用消防技术领域中，地位重要，并为及时、有效地扑灭初起火灾，减少火灾损失，保护人身和财产的安全，发挥了重大作用。

一、技术概述
1、基础理念
气体消防并非系指专门扑灭气体物质的火灾，而是指用气体灭火剂去灭火，扑灭各类可燃物质的火灾。

所谓气体灭火剂系指平时以液体、液化气体或气体状态存贮于压力容器内，而灭火时则都是以充分汽化的气体（包括蒸气、气雾等）状态喷射，喷入防护区，并能在防护区空间内形成各向浓度均一的灭火气体氛围，而且至少能保持该气体灭火浓度，达到国家规范规定的浸渍时间，完全淹没、快速抑制并且彻底熄灭该防护区的空间、立体火灾，其灭火机理和系统设计计算主要系以气体灭火浓度为主体。

或者是说，气体灭火剂也能以液体、液化气体或气体状态存贮于气体灭火器的耐压筒体内，而灭火时则以带有大量细小液滴的气体状态喷射，能够穿透团团燃烧的火焰，可以快速、有效、及时地扑灭局部空间、平面火灾，其灭火机理和配置设计计算系以气体灭火器的灭火级别为主体。

⑴内涵（主体）：
气体消防的常用气体灭火剂，通常是指以气态喷射、灭火的，诸如二氧化碳、卤代烷/哈龙（1211、1301、2402等，详见本节之⑶）、IG系列灭火气体（IG01、IG55、IG100、IG541等）和卤代烷的HFC系列同类气体替代物（HFC227ea、HFC23、HFC236fa、FIC13I1等），安全（带电灭火）、洁净（不污损被保护对象）的气体灭火介质。

⑵外延（辅体）：
凡是自灭火剂喷射装置的出口能喷出洁净的气态介质，并用于灭火的，除了上
述的常用气体灭火剂之外，还有诸如水蒸气、净化燃烧废气、液化氮气等灭火气体，以及专门用于预淹没式的注氮（气）控氧（气）防火系统的氮气（主要来自注氮机），均可归属为安全、洁净的气体消防范畴。

⑶卤代烷与“哈龙”
卤代烷灭火剂，是气体灭火剂这一大类灭火剂中的一种，也有人称之为“哈龙”。

①什么是“哈龙”
“哈龙”是英文Halon（halon，简称），或Halogenated （卤代、卤化、加卤、卤合）hydrocarbon（碳氢化合物、烃）、halogenated hydrocarbon（详称）的常用的中文译名，也有的翻译者将其翻译成为“海仑”、“海龙”等等。

所谓“哈龙”，其实是外国产品的注册商标。

在我国，国家消防工程技术规范和国家消防产品质量标准，诸如：国家标准GB 5907-1886《消防基本术语第一部分》（四个直属公安部的消防研究所均参编）、GB 50163-1992《卤代烷1301灭火系统设计规范》、GB14103-1993《卤代烷灭火系统——选择阀性能要求与试验方法》、GB 50140-2005《建筑灭火器配置设计规范》等和行业标准GA400-2002《气体灭火系统及零部件性能要求和试验方法》等规范、标准之中，均统一将其命名为“卤代烷”。

例如，卤代烷1301灭火系统、卤代烷1211灭火器、卤代烷2402灭火剂等等。

②为什么中国的国家规范、标准要称之为“卤代烷”
上个世纪70年代中期，关于气体消防的基本术语，经张永胜高工和唐祝华高工多次地认真讨论、仔细商议，初步提出、确定了“卤代烷-Halon”和“全淹没系统-Total flooding system”等术语的命名及定义。

很荣幸，这些术语的命名及定义，得到了我国许多消防专家的赞同与认可，并于上个世纪80年代中期，经国家主管部委批准、发布，在国家标准GB 5907-1886《消防基本术语第一部分》（四个直属公安部的消防研究所参编）得到应用，详见该标准中的5条（4.5卤代烷灭火剂，5.1.1卤代烷灭火器，5.2.6卤代烷灭火系统，5.2.8全淹没，5.2.9全淹没灭火系统）术语。

之后，这些术语成功地纳入到我国的几本国家消防工程技术规范和国家消防产品质量标准之中。

命名为“卤代烷”，那完全是根据国际应用和我国国情。

世界各国（包括中国）公认的、法定的、常用的卤代烃类气体灭火剂，诸如卤代烷1301、1211、2402等，都是饱和键的烷烃的卤素替代物，没有不饱和键的烯烃、炔烃的卤素替代物。

③卤代烷/“哈龙”的命名法则
该法则由字母H（或Halon）和数字（多为4位数）组成，命名科学，书写简便，易于记忆。

法则及示例如下表所示。

表注：l
2、编号中不计氢原子数。

3、氢原子数等于第一个数字（即碳原子数）乘2加2，再减其它原子数的总和。

⑷《气体消防》的由来与演变
《气体消防》这个术语在我国正式启用，起码已有20多年的历史了。

这是对消防行业的一大类灭火设备技术领域的一个约定俗成的称呼。

其由来和依据也确实是较为充足的，如下所述。

1987年3月，在中国土木工程学会建筑给水排水学委会的西安年会上，经过学委会的研究商讨，具体筹划，拟在全国组建、成立10个专业技术研究会的长设分支机构时，其中之一即为“气体消防（原名曾称为：卤代烷及其替代物消防）”技术研究会。

此后，鉴于“卤代烷及其替代物消防”的涵盖范围过于狭窄，其名称的字数太多，定义与理念也并不确切，根据筹委会肖泉生、田如漪和唐祝华高工等若干气体消防专家的建议和上级学会同意，将之更改和简化为“气体消防”，此项建议得到气体消防技术研究会大部分委员的赞同。

1989年7月，经上级学会批准，在上海成立了全国建筑给水排水委员会气体消防技术研究会。

该研究会是以全国各地的部分省、部级设计院，诸如建设部设计院、机械部设计院、中国建筑西南设计院、北京市建筑设计院等为主体的，部分省、自治区、直辖市消防局、重点工矿企业、公安部直属消防研究所和中国人民武装警察部队技术学院等有关专家参与的全国性的学术社团组织，隶属于中国土木工程学会建筑给水排水学委会和中国工程建设标准化协会建筑给水排水标委会，具有学习、理解、执行国家气体消防工程标准、规范和积极参与制修订、会审国家气体消防工程标准、规范的双重机能。

该学会的不定期学术刊物即为《气体消防技术》1996年8月，根据上级学会关于出版建筑给水排水系列丛书的总体部署，全国气体消防技术研究会组织、主持、编写的技术专著《气体消防技术》，由中国建筑工业出版社出版。

气体消防的词序正如同水消防，逻辑类同，均具有主谓关系的征兆，即：若将消防看作有动作、行为特征的动名词的话，则，此时的气体和水是主体——主语，限定语，并非被动体的宾语。

1999年10月中国土木工程学会建筑给水排水学委会（保定年会）拟对其下属的10个研究会进行改组，决定重新组建5个分会，其中就有2个有关消防的分会：一为2000年5月在河北保定改组成立的水消防分会，第2个就是已经于2000年12月在上海市浦东新区由由大酒店成功召开改组成立会的气体消防分会。

气体消防的重心即为气体灭火，而气体灭火的主角应当是气体灭火系统。

虽然气体灭火器在气体消防中尚为配角，但其生产和应用确实是量大面广，亦属不可或缺的扑灭建筑初起火灾的第一线的群众性的常用灭火装备。

2、《洁净气体》的由来与分类
保护人类生态环境，包括保护人类赖以补水生存的饮水源的水质和保护人类赖以吸气生存的空气质量等，都是很重要的、很关键的环保工作。

⑴宗旨
保护大气臭氧层不被氟里昂致冷剂和卤代烷灭火剂破坏，是使人类免于感染皮肤癌等致命病症的关键的预防措施之一，也是为了子孙万代的健康成长和幸福生活而必须及时办理的重要事务之一。

⑵由来
鉴于已在世界各国广泛应用长达半个世纪多的卤代烷灭火剂，诸如卤代烷1301、1211、2402等，被发现对大气臭氧层具有明显的破坏作用，因而联合国环境署（UNEP）和世界银行（WB）自1990年以来组织世界各国的环保部门和消防部门的工程技术人员与政府官员极力探索和研制：不破坏大气臭氧层，温室效应较小，在大气中的存活期限较短，能够替代卤代烷的，气体灭火介质——洁净气体。

⑶概念的扩展
自1990年以来，气体灭火剂的洁净含义，从早年的干净（不含水分，喷射之后不留残液、残迹、残渣，不污损贵重仪器、设备等被保护对象和洁净室、厂房，即不会残留在被保护对象的表面或内部，也就不会在灭火的同时对被保护对象造成水渍等污损）、安全（有良好的绝缘性，绝缘电阻和击穿电压均达标，喷射、灭火时不会导电，不会造成电击伤人或设备的事故，即带电灭火安全）、微毒（对人体无毒性危害，或仅有轻微影响，最好是相当于卤代烷1301的微毒级，能够应用于有人场所），发展到当今，扩展、增加了三个环境保护特性，要求对环境（大气）无危害，不破坏人类生态环境：
①不破坏大气臭氧层，要求臭氧耗减潜能值：ODP≤0.05，最好ODP＝0。

②不产生温室效应或温室效应较小，要求温室效应潜能值：GWP≤0.1 （CFC 11的GWP＝1.0）。

③在大气中的存活期限较短，达标。

⑷分类
过渡性的，或永久性地替代卤代烷灭火剂的，气体、液化气体类的候选卤代烷替代物——理想洁净气体或准洁净气体，在国际上通常可划分为如下几类：HBFC ——氢溴氟代烷
HCFC ——氢氯氟代烷
HFC ——氢氟代烷
CFC ——氯氟代烷
PFC ——全氟代烷
FIC ——氟碘代烷
IG ——氮气、氩气及其组合气体
⑸点评
①在上述所有的过渡性的，或永久性的候选卤代烷替代物——理想洁净气体或准洁净气体之中，仅就卤代烷的同类烃族系列候选替代物而言，含一个氢原子的氟代烷（HFC——氢氟代烷），例如：七氟丙烷、三氟甲烷（HFC227ea、HFC23）等，其综合特性较为理想，比含多个氢原子的氟代烷、氟碘代烷（三氟碘甲烷，FIC13I1）及其它的气体候选替代物的性能均较佳，具有一定的开发价值。

其中，三氟甲烷的蒸气压相对较高，对存贮容器和管网的耐压强度的要求亦相对较高。

三氟碘甲烷的成本较高，热稳定性和化学稳定性均较低。

②上述所有替代物的关键缺陷就是灭火效能相对卤代烷1301而言，均明显偏低，保护同样的建筑场所，则需要较比卤代烷1301更多的剂量、瓶组和空间，为此其应用的确是受到较大的限制。

因此，都尚未达到“全代用替代物”或“直接取代品”的全部要求。

最起码，当前在世界各国的航空机群、宇航器具、军用装备等的气体消防保护设施中，鉴于飞天装备对所有部件包括消防保护设施的剂量、瓶组和空间的要求、限制都很严格、苛刻，因而，当前，上述所有替代物均不能在航天航空领域替代卤代烷1301。

③在IG系列的气体灭火剂——氮气、氩气及其组合气体，例如IG01、IG55、IG100、IG541之中，如果说包含二氧化碳、氩气、氮气的IG541可以广泛地应用，甚至能够用于有人场所，那么作为纯氮气的IG100，应当是对于人体健康没有损害。

这是因为人类每天、每时都在呼吸着富氮（约79 %）的空气中的氧气（约21 %）。

只要严格控制延迟喷射时间，严格限制人员在富氮的气氛之中的停留时间，则IG100气体灭火系统应当是可以使用的，对于人体则应当是安全的。

⑹许用
公安部消防局于2001年8月1日向全国各省、自治区、直辖市消防局发出了公消[2001]217号文《关于进一步加强哈龙替代品及其替代技术管理的通知》，对几种洁净气体灭火剂在我国的政策允许应用情况，做出了明确的具体规定，经归类整理之后，详见下表。

⑺责任
因此，探寻理想的洁净气体，替代卤代烷，保护大气臭氧层，保护人类生态环境，既是我国目前的基本国策，也是当今世界各国的共同责任。

⑻尺度
在逐步替代、逐步淘汰卤代烷的国际行动中，我国似应做到：既不超前，也不落后。

即：既要履行我国政府以缔约国的身份所应承担的国际责任：2005年停止生产卤代烷1211灭火剂，2010年停止生产卤代烷1301灭火剂，但也不能过于超前，不能一下子就因此而大大地降低我国的重点、要害场所，特别是军方的灭火力量（或称消防战斗力）。

应当正确地理解和执行国家规范，依据国家规范逐步行动，准确把握替代、淘汰卤代烷的尺度。

⑼文件
①公安部消防局和国家环保总局1994年11月11日联合发布的公通字【1994】094号文【关于在非必要场所停止再配置哈龙灭火器的通知】
②公安部消防局1999年02月01日发布的公消字【1999】031号文【关于逐步淘汰哈龙固定灭火系统和哈龙灭火器有关问题的通知】
③公安部消防局2001年08月01日发布的公消【2001】217号文，【关于进一步加强哈龙替代品及其替代技术管理的通知】
3、卤代烷/“哈龙”替代物的合理命名
⑴论文参考
关于卤代烷/哈龙的各种气体替代物的命名法则及举例说明，详见唐祝华的论文：“洁净气体——卤代烷的同类气体替代物的命名法则与举例说明”。

⑵HCFC命名法则（类同于氟里昂Freon命名法则）
这种命名法则，包括HBFC（氢溴氟代烷）、HCFC（氢氯氟代烷）、HFC（氢氟代烷）、CFC（氯氟代烷）、FC（全氟代烷）和FIC（氟碘代烷）等，其特点是替代物的类名称、种名称和缩写字母均标出了该物质分子中的所有原子，不仅适用于卤代烷/哈龙灭火剂气体替代物的命名，亦广泛应用于致冷剂、发泡剂、气雾剂、清洗剂、熏蒸剂等ODS（耗损臭氧）物质及其替代物的命名。

⑶HCFC命名法则的各个字母表征
H——氢原子
B——溴原子（但不写作Br）
C——（左起第二位）氯原子（但不写作CI）
C——（末位）碳原子
F——氟原子
I——碘原子
该法则除前面的字母较多之外，其他规定，包括缩写字母后的数字的确定等，均等同于氟里昂命名法则。

⑷HCFC命名法则的举例说明
如HFC23即F23，CFC12即F12等。

其举例与说明，详见下表。

表注：ea和fa的具体含义
HFC-227ea和HFC-236fa中的ea 与fa 都是二个字母。

①第一个字母代表中间碳的结构，用a、b 、c的顺序表示中间碳所连各原子量之和从大到小降低的序号：
-CCl2- -CClF- -CF2- -CClH- -CFH- -CH2-
a b c d e f
②第二个字母代表两边碳的对称性，用a、b、c的顺序表示两边碳所连各原子量之和的差值从小到大升高的序号，即表示对称性从大到小的趋势。

例1：
HFC-227ea的分子结构为：CF3—CFH—CF3
其中间碳为-CFH- ，按照①的命名原则，该分子结构的HFC-227的后缀的第一个字母应为e，而其两边碳均为-CF3- ，两边碳的各原子量之和相等，即其差值等于零，最为对称，其实该分子结构的HFC-227并没有第二种排列方式，按照②的命名原则，该分子结构的HFC-227的后缀的第二个字母应为a。

因此，分子结构为CF3—CFH—CF3 的卤代烷替代物应写为HFC-227ea。

例2：
HFC-236 fa的分子结构为：CF3—CH2—CF3
其中间碳为-CH2- ，按照①的命名原则，应当用 f 代表分子结构为CF3—CH2—CF3的替代物HFC-236的后缀的第一个字母；同第一例的道理，按照②的命名原则，可以认定其后缀的第二个字母亦应当写作a。

因此，分子结构为CF3—CH2—CF3 的卤代烷替代物应写为HFC-236 fa。

⑸当前常用的IG系列气体替代品的合理命名
近2年，在有关的会议、杂志上和论文中，我听到、见到有关专家对于气体灭火系统命名中的“惰性”、“混合”的称呼存有异议、疑义。

经过仔细思考、比对，并查阅相关的文献、标准、规范，现提出我个人的看法及依据，供各位读者参阅。

①“惰性”
在我国的辞海、化工词典之中，惰性气体并不包括氮气、二氧化碳。

惰性气体是一类不和其它物质发生化学反应，以“懒惰”闻名的气体，包括氦、氖、氩、氪、氙、氡6种元素，它们都是无色、无味的气体。

它们的名字都是根据希腊文取的。

“氦”希腊文的原意是“太阳”，因为它最早是从太阳光谱中发现的。

“氖”希腊文的原意是“新的”，因为它是在发现氩以后从空气中发现的新元素；“氪”希腊文的原意是“隐蔽的”，它和氖差不多同时被发现，但它非常稀少，隐蔽在空气中，不容易被发现；
“氙”希腊文的原意是“陌生的”，当时是人们感到非常陌生的一种新元素。

惰性气体也叫做稀有气体。

所以说，IG541（氮气+氩气+二氧化碳）并不属于，或者是说，不完全属于惰性气体。

同理，在以下4种（氩气——IG01，氮气+氩气——IG55，氮气——IG100，氮气+氩气+二氧化碳——IG541）气体灭火剂/系统之中，只有1种（氩气，IG01），。