王馨，嚴(yán)震海，武紅梅

(中國艦船研究設(shè)計中心，武漢 430064)

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水成膜泡沫與超細(xì)干粉滅火劑聯(lián)合滅火試驗(yàn)

王馨，嚴(yán)震海，武紅梅

(中國艦船研究設(shè)計中心，武漢 430064)

進(jìn)行水成膜泡沫與超細(xì)干粉滅火劑聯(lián)合滅火的對比試驗(yàn)，分析滅火機(jī)理及滅火效能，總結(jié)出水成膜泡沫滅火系統(tǒng)中干粉最佳添加量，運(yùn)用典型的模擬水成膜泡沫滅火系統(tǒng)滅火試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，給出系統(tǒng)設(shè)計方法及注意事項。試驗(yàn)結(jié)果表明，融合超細(xì)干粉的水成膜泡沫能夠發(fā)揮2種滅火劑的功效，對火焰的抑制效果較好，與單一使用水成膜泡沫進(jìn)行滅火對比，滅火效果明顯好。

水成膜泡沫；超細(xì)干粉；滅火試驗(yàn)

船舶火災(zāi)具有特殊性，飛行甲板、機(jī)庫的火災(zāi)載荷密度較高，風(fēng)險較大，是主要的火災(zāi)高發(fā)區(qū)域，這些火災(zāi)高發(fā)區(qū)域的火災(zāi)特性決定了水成膜泡沫滅火系統(tǒng)在船舶領(lǐng)域有較為廣泛的應(yīng)用，是機(jī)庫重要的滅火系統(tǒng)，是飛行甲板重要且惟一的消防手段。因此，有效提升水成膜泡沫滅火系統(tǒng)的滅火效能對提高航母的消防安全具有重大意義。

超細(xì)干粉無毒無害，具有較強(qiáng)的斥水性和抑爆功能，可用于A，B，C，E類火災(zāi)[1-5]；水成膜泡沫對B類火具有較好的滅火效果和抗復(fù)燃性能[6]?？紤]將2種滅火劑聯(lián)合使用，使釋放的滅火劑與火焰面有更大的接觸面積，發(fā)揮2種滅火劑的功效，特進(jìn)行2種滅火劑聯(lián)合使用的試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)方案

1.1 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)

目前國內(nèi)外還沒有泡沫和超細(xì)干粉聯(lián)用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)要求。使用泡沫槍或泡沫炮進(jìn)行滅火時，操作角度，噴出的水成膜泡沫進(jìn)入火場的角度對滅火效果有較大影響，在驗(yàn)證泡沫和超細(xì)干粉聯(lián)用系統(tǒng)效能時具有一定的局限性。試驗(yàn)采用固定式泡沫噴頭來驗(yàn)證系統(tǒng)的滅火性能，火源模型根據(jù)泡沫滅火劑相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置。

超細(xì)干粉及水成膜泡沫聯(lián)合噴灑后的物理形態(tài)表明，干粉添加量應(yīng)與水成膜泡沫混合液展開面積相關(guān)而不是與其噴灑的體積相關(guān)。為了限制水成膜泡沫的展開面積，將泡沫噴頭放置于鋼制油盤的正中位置，試驗(yàn)前油盤內(nèi)加入250 mm深度的水，噴頭距離水面0.2 m處，見圖1。

當(dāng)僅施放泡沫進(jìn)行滅火時，首先啟動消防泵，打開手動控制閥1和手動控制閥2，泡沫混合液通過泡沫噴頭來撲滅油盤的火災(zāi)；當(dāng)泡沫和超細(xì)干粉聯(lián)用進(jìn)行滅火時，首先啟動消防泵，打開手動控制閥1和手動控制閥3，打開高壓氣瓶，高壓氮?dú)饨?jīng)過減壓器將干粉儲罐中的超細(xì)干粉壓入文丘里管，在此與泡沫混合液進(jìn)行混合，通過泡沫噴頭將泡沫和超細(xì)干粉噴灑到油盤中進(jìn)行滅火。系統(tǒng)電子稱以便計量每次試驗(yàn)的干粉添加量。

試驗(yàn)用火源燃料為90號汽油，油盤為圓形鋼制，直徑2.5 m,深度不小于280 mm，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)噴頭布置見圖2。

1.2 系統(tǒng)試驗(yàn)

選擇模擬甲板泡沫噴灑系統(tǒng)進(jìn)行滅火試驗(yàn)，噴頭數(shù)量為4個，系統(tǒng)水成膜泡沫混合液流量為3.4 L/(m2·min)，噴頭均勻分布在油盤各邊正中位置且距油盤邊2 m，見圖3。

選擇試驗(yàn)用火源為RP-5航空煤油油池火。為了保證足夠的燃燒時間，試驗(yàn)前，將油盤中先注人25 mm深的水，再加人10 mm深(37.5 L)的RP-5航空煤油。

試驗(yàn)時，引燃燃料后應(yīng)保證預(yù)燃30 s，待燃油充分燃燒后，啟動系統(tǒng)噴灑泡沫或泡沫與超細(xì)干粉的混合液，保證系統(tǒng)能夠連續(xù)噴灑5 min，同時還應(yīng)滿足以下條件。

1)噴射的泡沫層必須完全覆蓋燃料表面；

2)泡沫噴射結(jié)束前火應(yīng)完全熄滅；

3)滅火后泡沫覆蓋的燃料不得復(fù)燃、燭燒或閃然。

RP-5航空煤油燃點(diǎn)較高，在油盤中應(yīng)入適量的汽油作為引燃劑。

試驗(yàn)系統(tǒng)組成見圖4。

當(dāng)泡沫混合液進(jìn)入管網(wǎng)，控制箱采集到壓力傳感器信號后，開啟干粉輸入系統(tǒng)，將干粉注入到干粉比例混合器中，實(shí)現(xiàn)干粉與水成膜泡沫混合液的混合釋放。

1.3 試驗(yàn)方法

超細(xì)干粉初始數(shù)值粗定為0.2 kg(標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)值，系統(tǒng)試驗(yàn)為2 kg)，然后按0.1 kg(標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)值，系統(tǒng)試驗(yàn)為1 kg)的超細(xì)干粉量遞增，當(dāng)滅火時間不再減少或有增加現(xiàn)象時，即確定出最接近超細(xì)干粉滅火用量粗選的范圍；然后以選定的范圍為最低點(diǎn)為參照點(diǎn)，按每次100 g(標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)值，系統(tǒng)試驗(yàn)為200 g)精選超細(xì)干粉的量遞增；并在精選的范圍之內(nèi)，選定一合理的超細(xì)干粉用量，經(jīng)換算后即為設(shè)計值。

2 試驗(yàn)結(jié)論及分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)

2.1.1 超細(xì)干粉、水成膜泡沫聯(lián)合滅火優(yōu)化設(shè)計試驗(yàn)

不同超細(xì)干粉用量的試驗(yàn)記錄見表1。水成膜泡沫流量在每次試驗(yàn)中基本穩(wěn)定在3.5 L/s，超細(xì)干粉添加量從0～0.43 kg的滅火時間最短為5.9 s，最長時間為8.5 s。隨著干粉用量的增加，滅火時間逐漸減少，但是，滅火時間并沒有隨著超細(xì)干粉用量的增加而無限制減少，當(dāng)干粉添加量達(dá)到0.40 kg范圍時，滅火時間基本穩(wěn)定，之后進(jìn)行泡沫和超細(xì)干粉聯(lián)用滅火在超細(xì)干粉添加量為0.41～0.43 kg的范圍試驗(yàn)，滅火時間最大相差在0.3 s以內(nèi)，因精選量提高的滅火效率較小，因此選定0.4 kg為合理超細(xì)干粉用量。經(jīng)過換算得到水成膜泡沫平面面積的干粉最佳添加量為80 g/m2。添加較多超細(xì)干粉不會對滅火效果做出更多貢獻(xiàn)，超細(xì)干粉的粘滯作用將阻礙了泡沫的流動性，水成膜泡沫無法包裹過多的超細(xì)干粉導(dǎo)致其在立體空間中的彌撒，對于敞開露天環(huán)境中的二維油池火或者流淌火，可能導(dǎo)致超細(xì)干粉浪費(fèi)。

表1 不同超細(xì)干粉用量的試驗(yàn)記錄

注：噴頭壓力0.6 MPa；管道壓力1.0 MPa。

2.1.2 水成膜泡沫滅火與超細(xì)干粉、水成膜泡沫聯(lián)合滅火的對比試驗(yàn)

試驗(yàn)中，將對水成膜泡沫平面面積的干粉添加量為80 g/m2的工況和單純使用水成膜泡沫進(jìn)行滅火的工況進(jìn)行對比。

1)水成膜泡沫滅火試驗(yàn)。水成膜泡沫滅火試驗(yàn)共計3次，滅火時間分別為9.8，9.1，9.4 s，平均滅火時間約為9.4 s。

圖5為使用水成膜泡沫滅火工況火源上方熱電偶測得的溫度隨時間變化曲線。

由圖5可見，距離油盤0.5 m處溫度達(dá)到最高，約為800 ℃，隨著高度的升高，溫度逐漸成下降趨勢。滅火系統(tǒng)啟動以后，隨著滅火劑的投入，火源上方溫度驟減。滅火時間約為9 s。

2)添加超細(xì)干粉(最優(yōu)添加量0.4 kg)的水成膜泡沫滅火試驗(yàn)。試驗(yàn)共計3次，滅火時間分別為：5.9，5.9，6.0 s，平均滅火時間為5.9 s。

圖6為最佳超細(xì)干粉添加量的水成膜泡沫滅火試驗(yàn)滅火工況火源上方熱電偶測得的溫度隨時間變化曲線。

由圖6可見，火源預(yù)燃30 s，距離油盤0.5 m處溫度達(dá)到最高，約為800 ℃，隨著高度的升高，溫度逐漸成下降趨勢，滅火系統(tǒng)啟動以后，隨著滅火劑的投入，火源上方溫度驟減。滅火時間約為6 s。

圖7為泡沫與超細(xì)干粉聯(lián)用攝像。由圖7可見，泡沫及干粉能夠有效的噴灑在油盤內(nèi)部，基本沒有滅火劑溢出油盤的現(xiàn)象。31 s，超細(xì)干粉迅速壓制火焰，35 s時，超細(xì)干粉抑制火焰燃燒泡沫覆蓋油面，37 s滅火完畢表面覆蓋一層泡沫防止復(fù)燃。

2.1.3 小結(jié)

1)泡沫與超細(xì)干粉聯(lián)用的滅火效果比單純泡沫滅火的效果更佳，滅火時間提高了37.2%。

2)綜合滅火試驗(yàn)結(jié)果換算出水成膜泡沫平面面積的干粉最佳添加量為80 g/m2。

2.2 系統(tǒng)試驗(yàn)

不同超細(xì)干粉量的系統(tǒng)試驗(yàn)記錄見表2。試驗(yàn)噴頭壓力接近原船系統(tǒng)工作壓力0.6 MPa，每次泡沫混合液流量約3.4 L/(min·m2)，干粉添加量為0～9 kg時，滅火時間最短36 s，最長47 s。前8次粗選超細(xì)干粉滅火時間中可以看出，滅火時間呈現(xiàn)是先減小后增加的趨勢，滅火時間最低點(diǎn)是在第3次和第4次處，即確定出粗選超細(xì)干粉應(yīng)在4～5 kg范圍內(nèi)；然后按照超細(xì)干粉精選200 g的增量試驗(yàn)3次，滅火時間在超細(xì)干粉為4.4 kg時為最低點(diǎn)，3次滅火時間相差約1 s，由此確定超細(xì)干粉合理用量為4.5 kg。換算出水成膜泡沫平面面積的干粉最佳添加量約為80 g/m2，與標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)論基本一致。

在超細(xì)干粉添加為4.5 kg的條件下進(jìn)行試驗(yàn)3次，其平均滅火時間為36.6 s；單純使用水成膜泡沫滅火系統(tǒng)滅火試驗(yàn)共計3次，平均滅火時間為46.7 s，滅火時間提高了21.6%。

系統(tǒng)試驗(yàn)滅火時間和干粉量對照見圖8。分析圖8得到與標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)基本相似的結(jié)論，即隨著干粉用量的增加，滅火時間逐漸減少，但是，滅火時間并沒有隨著超細(xì)干粉用量的增加而無限減少，當(dāng)超細(xì)干粉用量達(dá)到4.5 kg左右時，滅火時間基本穩(wěn)定，之后隨著超細(xì)干粉添加量的增加，滅火時間呈遞增趨勢。

不添加超細(xì)干粉條件下的水成膜泡沫滅火系統(tǒng)滅火試驗(yàn)工況，油池高度方向0.5，1，1.5，2，2.5 m位置溫度測點(diǎn)的溫度隨時間變化見圖9?；饒鲎罡邷囟仍诰嚯x油面約0.5～1.0 m處達(dá)到了500 ℃。隨著距離油池高度的增加，溫度逐漸下降。水成膜泡沫滅火系統(tǒng)啟動后，溫度顯著升高，分析這是由于水成膜泡沫噴出后卷吸周圍新鮮空氣反而使火勢出現(xiàn)了有短暫的增大現(xiàn)象，隨著水成膜泡沫滅火劑投入的逐漸增多，火勢得到了有效控制，溫度逐漸降低，火源逐漸熄滅。

表2 系統(tǒng)試驗(yàn)不同超細(xì)干粉量的試驗(yàn)記錄表

注：噴頭壓力0.6 MPa；管道壓力1.0 MPa。

添加超細(xì)干粉條件下的水成膜泡沫滅火系統(tǒng)滅火試驗(yàn)工況(干粉添加量約為5 kg)，油池高度方向0.5，1，1.5，2，2.5 m位置溫度測點(diǎn)的溫度隨時間變化見圖10。由圖10可見，受室外環(huán)境風(fēng)速、風(fēng)向的影響，火場最高溫度達(dá)到了800 ℃。隨著滅火系統(tǒng)的啟動，火場溫度驟減，火勢得到有效抑制。60 s時，火源基本熄滅。與圖9對比，隨著滅火系統(tǒng)的啟動，并沒有出現(xiàn)溫度升高火勢短時增大的現(xiàn)象，這是由于干粉對火源有效的化學(xué)抑制作用的結(jié)果。

圖11為試驗(yàn)攝像，當(dāng)滅火劑釋放后，火焰能夠得到有效壓制，沒有出現(xiàn)火焰突然增大的現(xiàn)象；水成膜泡沫與超細(xì)干粉混合較好，沒有出現(xiàn)超細(xì)干粉的彌散現(xiàn)象，超細(xì)干粉的添加量合理。滅火后觀察火場情況，超細(xì)干粉基本漂浮在水成膜泡沫滅火劑表面，沒有影響水成膜泡沫的流動性。

3 結(jié)論

1)泡沫與超細(xì)干粉聯(lián)用的滅火效果比單純泡沫滅火的效果更佳，滅火時間提高了21.6%。

2)泡沫與超細(xì)干粉聯(lián)用比泡沫滅火對火焰的抑制效果好，即控火效果好。

3)干粉的量添加過多并沒有對滅火更有利。

4)綜合根據(jù)滅火試驗(yàn)計算出干粉最佳添加量約為80 g/m2，與標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)論基本一致。

5)實(shí)際火焰形態(tài)、溫度分布和滅火時間會受風(fēng)場環(huán)境的影響。滅火的效果與噴頭的樣式和噴灑形式有關(guān)。

6)對于固定式水成膜泡沫與超細(xì)干粉聯(lián)和滅火系統(tǒng)的設(shè)計需要注意：應(yīng)按照系統(tǒng)噴灑水成膜泡沫后的展開面積來計算超細(xì)干粉的添加量；對于應(yīng)用于露天敞開空間的固定式系統(tǒng)，末端噴頭的設(shè)計形式應(yīng)能保證水成膜泡沫與超細(xì)干粉的混合性能，即噴出的水成膜泡沫混合液能夠?qū)⒊?xì)干粉充分包裹和壓制，不能出現(xiàn)超細(xì)干粉彌撒的現(xiàn)象，這將導(dǎo)致失去超細(xì)干粉的滅火效果。

[1] 周文英，介燕妮，羅永樂，等.超細(xì)干粉滅火劑[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2004(10)：71-72.

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Research on Fire-fighting Experiments of AFFF Extinguishing Agent Combined with Superfine Powder

WANG Xin, YAN Zhen-hai, WU Hong-mei

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Through the experiments of AFFF extinguishing agent combined with superfine powder, the fire extinguishing mechanism and efficiency were analyzed. The specific parameters for the design of the combined use of AFFF and superfine power were studied, as well as the matters should be paid attention. The experimental results showed that AFFF extinguishing system superfine power can play the effect of flame, so the fire suppression effect is better. Compared with the single use of AFFF, the efficiency is significantly improved.

AFFF; superfine powder; fire-fighting experiment

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.03.009

2017-01-18

王馨(1982—)，女，碩士，工程師

研究方向：船舶消防

U664.88

A

1671-7953(2017)03-0041-05

修回日期：2017-03-27