張?zhí)炖? 華校生 柳玉春 王猛 張芳 斯一波

根據(jù)某公司近10年的統(tǒng)計(jì)，空調(diào)箱出現(xiàn)的火源，大多來(lái)自電氣元件和耗電功率大的部件，如：電控箱進(jìn)入導(dǎo)電粉塵導(dǎo)致相間短路、電控箱接線端子結(jié)露導(dǎo)致動(dòng)力線短路、電加熱無(wú)風(fēng)斷電和超溫?cái)嚯姳Ｗo(hù)失效等等。空調(diào)箱一旦發(fā)生火災(zāi)，將嚴(yán)重威脅設(shè)備、人員和建筑安全，甚至帶來(lái)不可估量的財(cái)產(chǎn)損失。因此，解決空調(diào)箱的防火安全問(wèn)題，不僅要遵守相關(guān)防火設(shè)計(jì)規(guī)范、電氣設(shè)計(jì)規(guī)范、空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范，合理設(shè)計(jì)空調(diào)機(jī)組的防火構(gòu)造并落實(shí)，還要從非金屬材料的源頭上進(jìn)行把關(guān)，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(jí)別[1]。

一、過(guò)分依賴防火構(gòu)造、弱化材料阻燃建立的火災(zāi)防線并不可靠

某公司分析了近10年空調(diào)箱自身發(fā)生火災(zāi)的案例（見(jiàn)表1）。由于空調(diào)箱面板芯材采用可燃材料，具有三明治夾芯板結(jié)構(gòu)的空調(diào)箱在真實(shí)火災(zāi)中并不能抵抗火焰和高溫，且不能阻止火災(zāi)的蔓延。

“機(jī)組箱體采用的絕熱、隔聲材料，應(yīng)無(wú)毒、無(wú)腐蝕、無(wú)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(duì)芯材防火等級(jí)沒(méi)做規(guī)定，僅要求防火構(gòu)造的不燃或難燃，并不能滿足防火安全需要。更應(yīng)該向以下條文看齊，“當(dāng)風(fēng)管內(nèi)設(shè)有電加熱器時(shí)，電加熱器前、后各800mm范圍內(nèi)的風(fēng)管和穿過(guò)設(shè)有火源等容易起火房間的風(fēng)管及其保溫材料均應(yīng)采用不燃材料[3]”。若干建筑的真實(shí)火災(zāi)也一再證實(shí)，夾心（復(fù)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(jī)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(huì)導(dǎo)致火災(zāi)轟燃

經(jīng)過(guò)多年研究總結(jié)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)不同燃燒性能的材料與實(shí)體火災(zāi)發(fā)生轟燃的對(duì)應(yīng)關(guān)系（見(jiàn)表2）。

由表2可知，B1級(jí)材料對(duì)火災(zāi)發(fā)展貢獻(xiàn)非常有限，對(duì)應(yīng)實(shí)體火災(zāi)不轟燃?？扇糂2級(jí)材料對(duì)火災(zāi)有貢獻(xiàn)，B2（E）級(jí)在100kW火源下2min內(nèi)會(huì)發(fā)生轟燃，易燃B3級(jí)更是連小火焰都無(wú)法抵擋。由于B2級(jí)、B3級(jí)的保溫材料均是有嚴(yán)重火災(zāi)隱患的保溫材料，因此空調(diào)箱保溫材料至少應(yīng)是B1級(jí)難燃材料。

三、空調(diào)箱箱體保溫材料的現(xiàn)狀和需求

目前硬質(zhì)聚氨酯（PUR）泡沫是空調(diào)箱箱體保溫中應(yīng)用最廣泛的材料。2015年底，某公司在調(diào)研B1級(jí)聚氨酯時(shí)，收集了4家主流空調(diào)廠的50mm厚空調(diào)箱聚氨酯保溫面板并委托權(quán)威第3方對(duì)其芯材進(jìn)行了性能檢測(cè)。結(jié)果顯示，聚氨酯添加阻燃劑后，氧指數(shù)以外的檢測(cè)參數(shù)與阻燃劑添加量呈負(fù)相關(guān)，不僅抗壓強(qiáng)度變小，吸水率和開(kāi)孔率增加，芯材氧指數(shù)也未達(dá)到B2級(jí)的OI≥26%指標(biāo)，屬于易燃級(jí)別（見(jiàn)表3）。

大家在重點(diǎn)關(guān)注硬質(zhì)聚氨酯泡沫的絕熱性能時(shí)，卻忽視了它的燃燒特性。硬質(zhì)聚氨酯泡沫在沒(méi)有經(jīng)過(guò)分子結(jié)構(gòu)改性時(shí)屬于易燃B3級(jí)，市場(chǎng)上技術(shù)水平較高的企業(yè)也只能生產(chǎn)可燃B2級(jí)，它們均存在嚴(yán)重的火災(zāi)隱患。市場(chǎng)上號(hào)稱達(dá)到B1級(jí)的聚氨酯泡沫鋪天蓋地，但是真正純泡沫達(dá)到難燃B1級(jí)的聚氨酯沒(méi)有供應(yīng)。

調(diào)研還發(fā)現(xiàn)，一些廠家為了促成聚氨酯銷(xiāo)售，只強(qiáng)調(diào)氧指數(shù)而刻意回避熱釋放速率，這種誤導(dǎo)很有代表性。為了氧指數(shù)可以過(guò)關(guān)，有的企業(yè)在原有的聚氨酯中簡(jiǎn)單添加無(wú)機(jī)固體粉末（如石墨），有的企業(yè)在受試面即外表面復(fù)合無(wú)機(jī)材料（如砂漿），無(wú)機(jī)復(fù)合物及阻燃劑雖能增加氧指數(shù)，但對(duì)燃燒熱值影響不大，檢驗(yàn)時(shí)熱釋放速率仍然無(wú)法達(dá)標(biāo)。

核電站由于存在放射源，任何規(guī)模的火災(zāi)均可能引發(fā)極大負(fù)面影響。最新第3代核電站華龍一號(hào)1針對(duì)核電空調(diào)保溫材料的防火性能提出了更高的要求，其核島空調(diào)技術(shù)規(guī)格書(shū)要求絕熱材料的性能在最高III類(lèi)[5]的前提下，防火性能不低于B1級(jí)[6]?？照{(diào)箱發(fā)生火災(zāi)雖是小概率事件，屬于平均工業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，但是遠(yuǎn)高于核安全可接受的概率，應(yīng)高度關(guān)注并致力于降低此風(fēng)險(xiǎn)。只有芯材真正達(dá)到難燃B1級(jí)，面板自身能阻截火災(zāi)的擴(kuò)散和蔓延才能滿足核電空調(diào)箱的安全性要求?！霸诖_保安全的基礎(chǔ)上高效發(fā)展核電”是當(dāng)前我國(guó)核工業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)重要政策，必須保證核電站在安全生產(chǎn)上做到“萬(wàn)無(wú)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(wú)機(jī)纖維類(lèi)如玻璃棉、礦棉與巖棉等，泡沫塑料類(lèi)如聚乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、泡沫酚醛塑料、硬質(zhì)聚氨酯泡沫等。

玻璃棉和巖棉等無(wú)機(jī)保溫材料具有良好的阻燃性能且價(jià)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(diǎn)是密度大、吸濕性高、抗震性能和環(huán)保性能較差。同時(shí)，材料本身含有大量有害物質(zhì)，無(wú)法滿足環(huán)保及健康要求。

聚苯乙烯泡沫（簡(jiǎn)稱聚苯板）和擠塑聚苯乙烯泡沫（簡(jiǎn)稱擠塑板）均是熱塑性有機(jī)保溫材料。熱塑性材料在燃燒性能檢測(cè)初期會(huì)高速吸收熱量，致使檢測(cè)到的熱量很少，從而制造一個(gè)難燃B1級(jí)的假象。以聚苯板為例，它沒(méi)有碳化功能，在真實(shí)火災(zāi)中超過(guò)75℃就開(kāi)始融化、滴落，溫度再高即被引燃。另外，聚苯板粘結(jié)性差，難與鋼板結(jié)合。

酚醛泡沫也是絕熱工程常用的材料，它遇高溫時(shí)表面會(huì)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(qiáng)，易粉化和吸水，粘結(jié)性也不好，易導(dǎo)致泡沫與鋼板分離。此外，酚醛泡沫是酸性材料，會(huì)對(duì)結(jié)合的鋼材產(chǎn)生腐蝕。酚醛泡沫不穩(wěn)定會(huì)釋放對(duì)人體有害的甲醛，因此不合適做空調(diào)箱的保溫材料。

聚氨酯硬質(zhì)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(guò)專(zhuān)用設(shè)備混合后發(fā)泡而成的高分子聚合物。硬質(zhì)聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)異，大量應(yīng)用于冷庫(kù)和空調(diào)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(dǎo)熱系數(shù)絕佳。在燃燒性能上，新型B1級(jí)改性聚氨酯泡沫遇高溫火攻擊時(shí)，能迅速在表面形成焦碳皮結(jié)構(gòu)，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(chǎn)生的煙氣達(dá)到了準(zhǔn)安全的毒性指標(biāo)，即使溫度高達(dá)400℃，仍幾乎無(wú)揮發(fā)物逸出[7，8]。

以上常用保溫材料綜合性能對(duì)比見(jiàn)表4。綜上，改性聚氨酯無(wú)疑是核電空調(diào)箱保溫的最佳選擇。

五、新型B1級(jí)改性聚氨酯泡沫技術(shù)方案

B1級(jí)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(zhuān)家團(tuán)隊(duì)自主創(chuàng)新的無(wú)鹵化、結(jié)碳膨脹型難燃化PIR技術(shù)路線在國(guó)內(nèi)居于領(lǐng)先地位。該項(xiàng)科研成果已成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，并以企業(yè)署名送樣至國(guó)家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，燃燒性能達(dá)到GB 8624-2006的C-s3，d0，t2級(jí)相當(dāng)于GB8624-2012的B1級(jí)。

無(wú)鹵化、結(jié)碳膨脹型難燃化PIR技術(shù)路線的核心是通過(guò)聚氨酯材料分子結(jié)構(gòu)的改性，高倍提升碳化功能，使易燃的有機(jī)聚氨酯變?yōu)殡y燃、甚至接近不燃材料。該P(yáng)IR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(chǎn)工藝是實(shí)現(xiàn)B1級(jí)改性聚氨酯泡沫的3要素。PIR生產(chǎn)工藝苛刻但容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，核心聚醚價(jià)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(chǎn)時(shí)僅比市面通行的B2級(jí)聚氨酯價(jià)格稍高，很有應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

六、如何判別燃燒性能合格的聚氨酯保溫材料

國(guó)家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心根據(jù)GB8624提供的檢驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容最具權(quán)威性，是正確判別保溫材料的燃燒性能的指導(dǎo)性文件。

1.是否有9個(gè)完整的檢驗(yàn)項(xiàng)目

除了檢驗(yàn)項(xiàng)目必須完整，B1級(jí)材料燃燒性能測(cè)試的重點(diǎn)應(yīng)是燃燒增長(zhǎng)速率指數(shù)（FIGRA0.4MJ）。FIGRA0.4MJ引用自歐標(biāo)，是材料燃燒性能的必檢項(xiàng)，燃燒增長(zhǎng)速率合格值是FIGRA0.4MJ≤250W/s，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)送檢試樣實(shí)測(cè)值一般在300～900W/s之間。因?yàn)檠踔笖?shù)較容易檢測(cè)，通過(guò)氧指數(shù)檢測(cè)便于快速判斷產(chǎn)品是否容易被引燃，它只是附加檢驗(yàn)指標(biāo)，不能只以氧指數(shù)來(lái)認(rèn)定難燃B1級(jí)。

2.查閱檢驗(yàn)報(bào)告?zhèn)渥⒅惺欠裼小霸嚇邮芑鹈鏋槿我庖幻妗钡恼f(shuō)明

若注明的是“采用硅酸鈣板（或砂槳等無(wú)機(jī)材料）為所送試樣的背板”等字樣，說(shuō)明該試樣是有機(jī)材料與無(wú)機(jī)材料復(fù)合的夾芯材料。即使它通過(guò)難燃B1級(jí)的檢測(cè)，也不能輕易認(rèn)同燃燒性能合格，因?yàn)樗乇芰诵静牡臋z測(cè)。

3.查驗(yàn)保溫材料的密度

保溫材料的密度直接決定其導(dǎo)熱系數(shù)、強(qiáng)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(shù)，大量添加無(wú)機(jī)物導(dǎo)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(qiáng)度下降等質(zhì)量問(wèn)題。

七、結(jié)語(yǔ)

隨著華龍一號(hào)核電站示范工程相繼在福清和防城港開(kāi)工建設(shè)，回望國(guó)務(wù)院發(fā)布《中國(guó)制造2025》，特別是核電走出去國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施，華龍一號(hào)和CAP14002必將以“雙龍?zhí)胶！钡淖藨B(tài)競(jìng)逐歐美這樣的核電強(qiáng)國(guó)和成熟市場(chǎng)，帶領(lǐng)中國(guó)核電裝備制造業(yè)馳騁國(guó)際舞臺(tái)。英國(guó)布拉德韋爾B項(xiàng)目擬采用中國(guó)自主第3代核電技術(shù)華龍一號(hào)，這無(wú)疑向國(guó)內(nèi)核電裝備制造企業(yè)吹響了技術(shù)升級(jí)的號(hào)角。

核島通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)對(duì)確保核安全、限制放射性物質(zhì)釋放和環(huán)境保護(hù)都起著至關(guān)重要的作用，是反應(yīng)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(shè)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，安全必須落實(shí)到每一個(gè)細(xì)節(jié)，“以安全鑄就安全”。華龍一號(hào)的核島空調(diào)箱保溫材料等同采用了歐標(biāo)B1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，研制難燃B1級(jí)硬質(zhì)改性聚氨酯泡沫作為核島空調(diào)的保溫材料就是核電空調(diào)借船出海的契機(jī)，將倒逼國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)不斷提高技術(shù)水平。若不思進(jìn)取，不僅沒(méi)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(guó)核電在走向國(guó)際市場(chǎng)的過(guò)程中，只有各級(jí)裝備制造商應(yīng)加快推進(jìn)核電設(shè)備技術(shù)升級(jí)，并積極參與到廣泛的國(guó)內(nèi)和國(guó)際合作中，掌握世界先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)持續(xù)創(chuàng)新，才能在更高的起點(diǎn)上參與世界核電的競(jìng)爭(zhēng)。

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