泡沫混合比例的重要性

不論我們挑選何種消防泡沫，都必須按照特定的混合比例使用，它是決定泡沫能否有效成功撲滅火災的重要關鍵。

如果混合得太稀，則可能無法撲滅火災；如果混合得太濃，則泡沫原液可能在撲滅火災之前就已耗盡。

NFPA 11 – Standard for Low-, Medium-, and High-Expansion Foam 中針對泡沫混合比例規定：

1) 不低於建議濃度

2) 不超過建議濃度30%或不超過濃度 1 %（以較小者為準）

折射率量測法

泡沫液在不同濃度下，會有不同的折射率 (refractive index)。而市面上的糖度計便是以折射率的原理量測甜度，它所使用的單位為 Brix %。國內規定便是以此作為泡沫混合比例的測試儀器。

1) 光學式糖度計：

利用光學原理，直接以肉眼判讀 Brix %。由於不同種類的泡沫液濃度的 Brix % 變化會有差異，需挑選合適的測試範圍，否則可能無法判讀。

2) 數位型糖度計：

數位型的糖度計 (折射計) 的甜度 (折射率) 的精確度，Brix %一般都可達到 0.1%，折射率則可達到小數後 3~4 位，再加上它的測量值範圍較大，因此在使用上較光學式糖度計更為靈活方便。

OPTi Duo折射率與甜度Brix %雙顯示：

流速量測法

如果能分別量測泡沫原液 (Concentrate flow) 及消防水 (Water flow) 的流速，也可確認泡沫混和比例。

FireMiks 的 Dosing Return Valve (DRV) 的設計，在不浪費泡沫原液下，便可精準的測量到泡沫混合比例。

DRV 測試安裝方法

1 將較大的水流量計組裝到 FIREMIKS 一次測的管道中，確保流量計完全充滿水（無氣穴），並在前後預留合適的直管長

2 將原液測試線連接到 DRV 閥 – 使用潤滑劑防止螺紋磨損

3 將檢測線的排放軟管放回原液桶中，必要時將其固定

4 將泄壓閥的泄壓軟管放在合適的位置

5 將兩根流量計電源線插入 220V 插座（如有必要，請使用延長線）

6 將計量/迴流閥置於迴流位置（如圖所示）

7 檢查加藥/沖洗閥是否處於加藥位置（如圖所示）

8 檢查用於類比注射壓力的截止閥是否完全打開（閥桿） 伸出，刻度盤全程逆時針旋轉，並開啟主水流以啟動 FIREMIKS

9 一旦流量穩定，關閉截止閥（8），使注射壓力（9）為所需（根據水力計算或與 FIREMIKS 主水流二次測的壓力計相同）

10 從流量計中讀出水流量和原液添加流量

如果您對 Firemiks 水力驅動加藥泵浦 (泡沫比例混和) 有興趣，請聯絡我們。

ICAO

ICAO (International Civil Aviation Organization) 國際民航組織，屬於聯合國機構之一，總部設於加拿大蒙特婁，負責制定世界各國所共同遵循的飛航規範、標準，以確保全球民用航空的安全。

在它的 Airport Services Manual – Part I – Rescue and Firefighting (Doc 9137P1) 中，針對消防泡沫液有明確的試驗方法及等級分類標準 – Level A/B/C。

在無氟泡沫發展初期，Dynax (C6-telomer-based 表面活性劑製造商) 曾針對當時市場上的無氟泡沫 (F3) 進行 ICAO Level B 及 EN 1568 Part 3 的獨立測試與評估，所測試的五款泡沫的滅火性能皆無法達到 ICAO Level B 的要求。

不過這是多年前的事了!

Angus Fire 在 2016 年以 JetFoam 無氟消防泡沫獲得 ICAO B 級性能標準認證，並獲得 Green Apple Awards Gold 獎的肯定。

JetFoam 成功克服一般無氟泡沫黏度過高的問題，以 2 cP 的黏度遠優於 ICAO 標準 200 mm²/s ( 1 mm²/s 約等於 1 cP @ 比重 = 1)，便於吸取，並與水混合成泡沫液。

ICAO 的測試標準

我們可以發現 ICAO 滅火試驗的準則 (Protocol)，Level B 所使用的油盤大小及應用率與 EN 1568、UL 162 雷同；相較之下 Level C 油盤的面積則更大，應用率也更低，擁有更佳的滅火性能 (可參考 Angus Fire JetFoam Level C)。

美軍已發佈最新的無氟泡沫規範 MIL-PRF-32725 (FIRE EXTINGUISHING AGENT, FLUORINE-FREE FOAM (F3) LIQUID CONCENTRATE, FOR LAND-BASED, FRESH WATER APPLICATIONS) 並將無氟泡沫列入國防部合格產品清單 (Department of Defense Qualified Products List (QPL) 及著手進行無氟泡沫的轉換。

等時機成熟，我們也會跟上腳步的!

UL 162 Foam Equipment and Liquid Concentrates

泡沫原液在美國販售，UL listed 幾乎是必備的認證，世界其他國家的泡沫製造商也會針對不同市場的需求，將主力產品進行 UL listed 的認證，以行銷全世界。

有別於上一篇 EN 1568 Part 3 的認證，UL 162 不只是泡沫原液的認證，它需要與相關泡沫設備包含泡沫比例混合設備、泡沫產生器如撒水頭、水霧噴頭、泡沫放出口 、泡沫瞄子、炮塔等，一同進行測試認證。

UL 162

4.23 特殊消防設備（小尺寸設備）－係指泡沫噴嘴或泡沫產生器用於 B 類火災滅火試驗，產生泡沫符合：

a) B 類火災火試驗所需之流量；
b) 產生泡沫品質近似於使用全尺寸設備產生的泡沫。 製造廠商可提供特殊消防設備以產生高品質之泡沫。

無法實施全尺寸的滅火測試，例如儲槽頂部注入泡沫放出口、砲塔等則以特殊的瞄子盡可能模擬相同的泡沫性質以進行小型滅火測試。


B 類火災滅火試驗－頂部注入裝置 (Type 2, Type 3)

Type 2: A ?xed (固定式) device that delivers foam onto the burning liquid and partially submerges the foam and produces restricted agitation (有限度的擾動) of the surface. Examples of a Type II discharge outlet include foam chambers and foam makers.

Type 3: A ?xed or portable device that delivers foam in a manner that causes the foam to fall directly onto the surface of the burning liquid (直接撲蓋在燃燒液體表面) and does so in a manner that causes general agitation (一般擾動). Examples of a Type III discharge outlet include hose stream nozzles and monitors.

無氟泡沫 UL 162 的最小設計應用率
(Minimum design application density, gpm/ft²)


目前無氟泡沫 (SFFF) 歸類為 S, Synthetic，最小設計應用率 (Minimum design application density, gpm/ft²) 如下：

1) Type 3 碳氫類 (Hydrocarbon): 0.16 gpm/ft²

2) Type 2 碳氫類 (Hydrocarbon): 0.10 gpm/ft²；極性溶劑 (Polar): 依製造商指定


轉換無氟泡沫時，我們必須針對不同防護對象 (化學品)，進行應用率的檢討。

相較 AR-AFFF (C6) UL 162 listed 的數據，我們可以注意到：

1) Type 3 碳氫類 (Hydrocarbon) 由 0.10 增加為 0.16 gpm/ft²；有些製造商會增加 0.10 gpm/ft² 的測試並建議使用的時機；

2) Type 2 極性溶劑 (Polar)：使用不同極性溶劑，範圍從 0.10 ~ 0.30 gpm/ft² 都有，尤其 IPA (Alcohol) 的應用率普遍較高，相較傳統 AR-AFFF (C6) 泡沫對 IPA (Alcohol) 的 0.1 ~ 0.16 gpm/ft²，可以多達 2~ 3 倍 。




以臺灣目前泡沫原液的使用情況，UL listed 是最常被指定的認證標準之一，它具有完整的泡沫設備與原液性能的綜合評估及品質稽核。

然而，實際運作上，我們大都沒有要求泡沫設備須與泡沫原液共同 UL listed 匹配使用，若將應用率視為泡沫滅火性能的指標或是建置成本的考量，這部份則需更為詳細的測試資料，以進行審慎的評估與設計。

泡沫原液的認證

現在市場上的泡沫液通常會依據不同的要求，通過相關的泡沫測試標準並取得認證，才會被消費者所接受；在美國為 UL 162 / FM 5130，在歐洲則需 EN 1568；其他如航空站專用的 ICAO，海事的 IMO MSC.1/Circ.1312，LASTFIRE (LARGE ATMOSPHERIC STORAGE TANKS FIRES) 則是由多家著名油公司組成，針對大型儲槽，開發出一套泡沫原液的性能評估標準。


EN 1568 Part 3 滅火測試

我們這裡將針對 Angus Fire 發佈在 Youtube 上無氟泡沫 Respondol ATF 3/3 的 EN 1568 Part 3 滅火性能測試的完整影片，進一步的討論。
　　　

Q & A

1) 油盤多大？使用什麼燃料? 泡沫是使用淡水還是海水?

這是我們常被問到的問題，不同標準的油盤形狀有方的、圓的，但在面積方面，基本上不會差太多。
　　

碳氫類火災燃料則以庚烷代表。

泡沫可以使用淡水或是海水分別進行測試及認證

2) 測試時的泡沫應用率 (Application rate) 為多少？

EN 1568 Part 3 所使用的泡沫瞄子流量 11.4 lpm，油盤面積約為 4.52 m² ，以此經過計算後：

11.4 / 4.52 = 2.52 lpm/m² = 0.06 gpm/ft²

大約 0.06 gpm/ft² (2.52 lpm/m²)

3) 如何進行回火測試?

在覆蓋在燃料表面的泡沫置放 5 min 後，測試人員會將裝有燃料的容器點燃 (如下圖所示)，並估計油盤的 25% 何時被火焰覆蓋或何時液體表面出現 > 1m 高度的火焰持續超過 30 秒，此時間即為 25% burn-back time
　　　

4) 如何判斷泡沫原液是否合格?

有別於 UL 162 規定，EN 1568 有針對不同的泡沫液的滅火性能進行等級劃分 (Rating)；以上面影片來說，使用 Forceful application test (直接將泡沫覆蓋在油料表面)，滅火時間不超過 3 min (2:40)，25% 回火時間不小於 10 min (> 20 min)，Respondol ATF 3/3 的滅火性能等級可判定為 1A；

針對不同泡沫液的滅火性能，EN 1568 Part 3 有提供一般的等級作為參考；2018 版本也已將 F3 (not AR) 及 F3 (AR) 納入標準內：

有別於 UL 162，EN 1568 認證上即有標註泡沫原液明確的滅火性能等級，可便於一般消費者針對不同的滅火需求作選用。

什麼是黏度 (Viscosity) ?

the quality or state of being viscous (= thick and sticky and not flowing easily)

它是一個量化流體黏稠度的物理性質，下方右邊的物質明顯具有較高的黏度；

Synapticrelay 作品, CC BY-SA 4.0

黏度的單位

大部分的泡沫原液比重多為 1，不論黏度是以 dynamic viscosity (常用 cP) 或是 kinematic viscosity (常用 cSt)，相關單位的換算大致如下：

1 cP = 1 mPa.s = 1 cSt = 1 mm² second^-1 = 1 mm² / second

什麼是牛頓流體、非牛頓流體 (Non-Newtonian fluid) ?

簡單來講符合「牛頓流體定律」的稱為牛頓流體 (Newtonain fluild)，反之，不符合牛頓流體定律的稱為非牛頓流體 (Non-Newtonian fluid)。在上面的影片中，提到兩種常見的非牛頓流體：

剪切稀化 (shear thinning)，又稱為假塑性 (pseudoplastic)，是指流體的黏度隨剪應變率的增加而減小，如影片中的番茄醬，當你擠壓瓶子，讓蕃茄醬的流速變快後，黏度變小，它的流動開始也變得順暢；

反之，將玉米粉溶於水中成為玉米漿，則有完全不同的特性，緩慢搖晃流動順暢，激烈搖晃玉米漿反而變得更黏稠，稱之為剪切增稠 (shear thickening)。

這些非牛頓流體的性質，會增加液體流動的複雜性，其中也有一些特殊的應用，例如 Bulletproof Custard 防彈衣等。

泡沫原液的流體性質

泡沫原液若以黏度的性質也可以分為牛頓流體及非牛頓流體：

牛頓流體 (低黏度)：SD、AFFF、FP、FFFP…

非牛頓流體 (黏稠)：AR-AFFF、AR-FFFP… (抗醇型，添加高分子 polymer)

能否以正確比例將泡沫原液與水混合，對於泡沫系統的滅火效能與設計相當重要；混合比例過低，無法達到預期的效能，而比例過高，則原液將提前使用殆盡，滅火時間不足。

黏度的改變會影響泡沫比例系統的準確度，因此一旦使用不同泡沫原液，就需要重新檢討原設計是否符合需求。其他如溫度的改變，或是使用劣質的高分子都可能讓泡沫混合比例與品質發生問題。

無氟泡沫的黏度

無氟泡沫的黏度尤其是抗醇型一般有添加無氟高分子，屬於非牛頓流體 (pseudoplastic)，黏度較高。因此，在進行無氟泡沫轉換時，尤其是替換 AFFF 使用，黏度的問題需要重新檢討。一般 AR-AFFF 的黏度在使用 Brookfield Viscometer # 4 spindle 60 rpm 的黏度在 1000 ~ 2000 cP，如果在轉換無氟泡沫時，應優先選擇黏度範圍接近的泡沫，可降低泡沫比例系統變更設計的費用。

市面上常見的無氟泡沫 (AR-SFFF)：

PFHxA (Perfluorohexanoic acid) 全氟己酸 (C6) 與 PFOA (C8) 有類似的結構，皆具有 -COOH 官能基，而屬 PFAS – PFCA 族群；

PFHxA 的化學結構式如下：

就在 2024 年 2 月 29 日歐盟成員國在 REACH 委員會會議上投票支持限制全氟己酸(PFHxA)、其鹽類和相關物質，將其列入 REACH Annex XVII 中 (德國提案)；

在「全氟己酸 (PFHxA)、其鹽類和 PFHxA 相關化合物」定義中提及：

「PFHxA 相關化合物是指根據其分子結構被認為具有降解或轉化為 PFHxA 可能性的化合物」

目前 C6 AFFF 泡沫，不僅本身可能含有微量的 PFHxA，Fluorotelomer-based 的表面活性劑也被發現在自然中有可能經過降解產生 Fluorotelomer sulfonates 及 PFCAs，因此將大受此限制影響；

全氟己酸 (PFHxA)、其鹽類和 PFHxA 相關化合物 – 消防泡沫液限制

尋找 AFFF (PFAS foam) 泡沫液替代品已是世界先進國家的共識，除了環保議題外，無氟泡沫在滅火性能上的提升及成本的降低，也會增加消費者轉換成無氟泡沫的意願。


參考資料

ITRC_PFAS

歐盟 – 預計將全氟己酸(PFHxA)列入REACH Annex XVII中

PFAS (Per- and Polyfluoroalkyl Substances)，全氟 (Per-) / 多氟 (Poly-) 烷基物質族群的化學品種類繁多，其中研究最多的 PFAS 有全氟辛烷磺酸 (PFOS)、全氟辛酸 (PFOA) 和全氟己烷磺酸 (PFHxS) 等。

《斯德哥爾摩公約》中列出的 PFAS：

> 2009 全氟辛烷磺酸 (PFOS)、其鹽類和全氟辛基磺酰氟 (PFOSF) 列入附件B

> 2019 將PFOA、其鹽類以及PFOA相關化合物列入附件A

> 2022 將全氟己烷磺酸 (PFHxS)、其鹽類和全氟己烷磺酸相關化合物列入附件 A



Legacy PFOS AFFF ( ~ 2000)

2000 年 3M 由於 PFOS 的環保問題，全面停止生產 Legacy PFOS AFFF 泡沫液 ，而其他泡沫液廠商繼而成功以 Telomerization 技術取代 3M 公司的ElectroChemical Fluorination (ECF)，生產以 telomer-based 不含有 PFOS 或是可能衍生出 PFOS 的泡沫液。

Legacy Fluorotelomer AFFF, C8 foams (2000 ~ 2015)

由 telomer-based PFOS-free 的 AFFF 為 Legacy Fluorotelomer AFFF, C8 foams


Modern Fluorotelomer AFFF, C6 foams (2015 – 2024)

美國環境保護局指出有些 telomer-based 的氟化物可能在環境中，產生 PFOA 或是 PFCAs 而造成汙染，尤其是八碳 (C8) 以上的含氟 telomer，而有 EPA Stewardship Program，旨在消除八碳 (C8) 以上的含氟 telomer 的使用，泡沫的配方必須完全使用六碳 (C6) 氟化表面活性劑，而不可再使用八碳 (C8) 以上的氟化表面活性劑，因此稱之為 C6 foams (Modern Fluorotelomer AFFF)。


Fluorine Free Foam, F3 (2024 ~ )

目前 Modern Flurorotelomer AFFF (C6 foam) 並不含 PFHxS，也較少證據會大量降解成 PFHxS，受影響程度較小。不過後續有關從PFHxA 到 PFAS 全面禁用的方向已大致確定，C6 泡沫將漸漸走入歷史，而進入全新的無氟泡沫時代 (Fluorine Free Foam, F3)。

參考資料

PFASs listed under the Stockholm Convention_Overview

ITRC_PFAS

3M legacy PFOS AFFF

PFAS (Per- and Polyfluoroalkyl Substances)，全氟 (Per-) / 多氟 (Poly-) 烷基物質，自 1940s 以來，相關的化學品種類累積已超過 11,000 種，且常用於工業或一般消費用品上。

PFAS 因為具備表面活性劑、防水疏油等性質，被廣泛應用於防水衣料、食品包材 、鍋具塗層、消防泡沫等領域。由於 PFAS 的高強度碳-氟 (C-F) 鍵結，化學結構穩定且難被分解，具有生物蓄積性，是近十幾年來歐美非常關注的環境持久性物染物質 (POPs, Persistent Organic Pollutants)。

PFAS 族群中常見的有 Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) 全氟辛烷磺酸、Perfluorooctanoic acid (PFOA) 全氟辛酸等 。

消防泡沫液轉換

實際上消防泡沫液中具有成膜作用如 AFFF 泡沫液等，都需添加含氟表面活性劑 (Fluorosurfactant)。由於成膜的特性，能有效隔絕可燃性液體的揮發蒸氣與空氣接觸，進而大大提升泡沫液的滅火性能。

PFOS-free

1960年初，3M 公司正式推出 AFFF 輕水泡沫，而深受消費者的喜愛，長年以來佔據廣大的泡沫市場。2002年，3M 公司因 PFOS 的環保問題，全面停止生產泡沫液。之後，各家泡沫液廠商繼而成功以 Telomerization 技術取代 3M 公司的 ElectroChemical Fluorination (ECF) ，提供 telomer-based PFOS-free 的泡沫液。

隨後美國環境保護局又指出有些 telomer-based 的氟化物可能在環境中，產生 PFOA 或是 PFCAs 而造成汙染，尤其是八碳 (C8) 以上的含氟 telomer。


C6 泡沫

EPA PFOA Stewardship Program

為了降低 PFOA 對環境與人體健康的衝擊，8 家主要的氟化物製造商，承諾在 2010 年底減少 95%，並在 2015 年底完全達到工廠 PFOA 零排放，並停止生產任何包含 PFOA、PFOA 前驅物等產品。由於 EPA Stewardship Program 旨在消除八碳 (C8) 以上的含氟 telomer 的使用，泡沫的配方必須完全使用六碳 (C6) 氟化表面活性劑，而不可再使用八碳 (C8) 以上的氟化表面活性劑，因此稱之為 C6 泡沫。


PFAS-free 泡沫

由於 PFAS 對環境的汙染以及對人體的危害陸續被證實，因此多個國家及司法管轄機關針對 PFAS 產品的使用實施了更多限制和法規。泡沫液製造商如 Angus Fire、 Ansul 等已在 2024 年全面停止任何含氟泡沫液的生產，只提供無氟泡沫 (Fluorine Free Foam)。

面對全新泡沫液的轉換，在設計應用上，面臨著諸多挑戰，滅火特性的改變、應用率的檢討、在泡沫混合比例上黏度的差異等，都有待我們仔細去評估並完成工作。