談龍妹，焦金慶，郎需慶，吳京峰，尚祖政，王俊楊，楊 勇

(1.中國石化青島安全工程研究院化學(xué)品安全控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 2660712.浙江舟山西云凈業(yè)應(yīng)急產(chǎn)業(yè)有限公司，浙江杭州 311100)

0 前言

目前，石化煉化裝置、加油站、油庫等場所使用的滅火器材常采用負(fù)壓式泡沫滅火器。負(fù)壓式泡沫滅火器是泡沫混合液的高速流體在泡沫產(chǎn)生器內(nèi)形成負(fù)壓，依靠文丘里效應(yīng)從外部吸入空氣進(jìn)入泡沫混合液內(nèi)。因?yàn)榛旌弦号c空氣主要是在短暫的噴射過程中進(jìn)行混合，因此形成的氣泡處于亞穩(wěn)狀態(tài)，泡沫不均勻，泡沫層容易破碎，穩(wěn)定性差。而壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)是將壓縮氣體注入泡沫混合液中發(fā)泡，能形成均勻細(xì)膩穩(wěn)固的泡沫，泡沫的滅火效率高，泡沫及消防水的消耗量低。但市場上現(xiàn)有的系列壓縮氣體泡沫滅火裝置，主要是3 L、6 L的手提式壓縮氣體泡沫滅火器，泡沫液填充量少，滅火能力有限。因此，開發(fā)能快速移動(dòng)，且泡沫液填充量高的多用途壓縮氣體滅火裝置至關(guān)重要。

本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一種輕便移動(dòng)、操作簡單的可應(yīng)用于加油站、罐區(qū)、裝置區(qū)等保護(hù)場所的大容量移動(dòng)式壓縮氣體泡沫滅火裝置。通過考察泡沫發(fā)生器出口管徑大小、軟管卷盤長度、氣液比等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了泡沫發(fā)生器等關(guān)鍵部件參數(shù)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。而且測試了該滅火裝置樣機(jī)的泡沫混合液平均流量、25%析液時(shí)間、滅火時(shí)間等性能參數(shù)，為其在石油化工等消防領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用提供理論支持。

1 試驗(yàn)部分

1.1 裝置介紹

圖1為泡沫混合液填充量為200 L的移動(dòng)式壓縮氣體泡沫滅火裝置實(shí)物圖。該滅火裝置主要由電動(dòng)托盤搬運(yùn)車、泡沫混合液儲(chǔ)罐、泡沫混合液、液位計(jì)、氣瓶組、減壓閥、干/濕切換閥、加液閥、排氣閥、儲(chǔ)罐壓力表、泡沫發(fā)生器、泡沫軟管卷盤、操作面板和保護(hù)罩等組成。

圖1 200 L移動(dòng)式壓縮氣體泡沫滅火裝置

泡沫發(fā)生器是該移動(dòng)式滅火裝置的關(guān)鍵部件，是一種勻泡、穩(wěn)流、高動(dòng)能混合發(fā)泡裝置，見圖2。泡沫發(fā)生器一端與泡沫混合液儲(chǔ)罐出口相連，另一端與泡沫軟管卷盤直接連接，并固定在泡沫儲(chǔ)罐的上方。泡沫混合液通過泡沫發(fā)生器時(shí)，在泡沫噴嘴的作用下，噴射到擾流器上形成霧狀液流。此時(shí)一定量壓縮氣體通過干/濕切換閥進(jìn)入到泡沫發(fā)生器中，與霧狀液流混合碰撞，在混合腔中充分混合，并產(chǎn)生泡沫，進(jìn)入到消防卷盤。此時(shí)打開泡沫槍開關(guān)，對準(zhǔn)燃燒物進(jìn)行噴射。

圖2 泡沫發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意

1.2 儀器設(shè)備及燃料

所需要的儀器有：移動(dòng)式壓縮氣體泡沫滅火裝置、插桶泵、泡沫泵、析液器、鐵架臺(tái)、臺(tái)秤、電子天平、秒表、塑料桶、油盤孔直徑3.6 m、高1.5 m，10A木垛。

燃料：120#溶劑油。

1.3 試驗(yàn)方法

噴射距離、A類火滅火試驗(yàn)按GB 8109-2005《推車式滅火器》試驗(yàn)執(zhí)行。

發(fā)泡倍數(shù)、25%析液時(shí)間按GB 15308-2006《泡沫滅火劑》試驗(yàn)執(zhí)行。

1.3.1泡沫混合液平均流量測試步驟

a)將移動(dòng)式壓縮氣體滅火裝置移至試驗(yàn)現(xiàn)場，靜置20～30 min。

b)按照移動(dòng)式壓縮氣體滅火裝置的使用要求，將滅火裝置的閥門開至最大；手持泡沫槍，并將控制閥開啟到最大進(jìn)行噴射，待泡沫穩(wěn)定后，用塑料桶收集泡沫，并同時(shí)用秒表計(jì)時(shí)。

c)待塑料桶充滿泡沫后，停止計(jì)時(shí)，記錄時(shí)間；并用塑料尺刮平塑料桶桶口泡沫，稱重。

d)泡沫混合液平均流量按如下公式計(jì)算：

L=m/t×60

式中：L——泡沫混合液平均流量，L/min；

m——泡沫混合液質(zhì)量，kg；

t——塑料桶收集滿泡沫的時(shí)間，s。

e)重復(fù)2次試驗(yàn)，取3次試驗(yàn)平均值為測定結(jié)果。

1.3.2B類火滅火性能測試步驟

a)將試驗(yàn)油盤放置在地面上并保持水平，使油盤處于泡沫噴出口的下風(fēng)向。

b)將移動(dòng)式壓縮氣體泡沫滅火裝置移動(dòng)至油盤附近；并將泡沫軟管卷盤的固定螺釘松開，拉取噴射軟管至一定長度，并確保噴射槍處于關(guān)閉狀態(tài)。

c)打開氣體瓶組閥門，泡沫混合液儲(chǔ)罐壓力保持在0.7 MPa。

d)選擇要噴射的泡沫狀態(tài)(按下干/濕泡沫轉(zhuǎn)換裝置的按鈕，可以發(fā)出濕泡沫；拉開干/濕泡沫轉(zhuǎn)換裝置的按鈕，可以發(fā)出干泡沫)。

e)在油盤中加入橡膠工業(yè)用溶劑油400 L。加入燃料在5 min內(nèi)點(diǎn)燃，預(yù)燃(60±2)s后，手持泡沫槍對準(zhǔn)火焰根部噴射泡沫，并同時(shí)用秒表計(jì)時(shí)；待火焰全部熄滅，停止計(jì)時(shí)，記錄滅火時(shí)間。

f)重復(fù)2次試驗(yàn)，取3次試驗(yàn)平均值為測定結(jié)果。

g)滅火結(jié)束后，關(guān)閉氣體瓶組閥門；通過放氣閥將泡沫混合液儲(chǔ)罐內(nèi)的氣體排出，然后對設(shè)備進(jìn)行復(fù)原操作。

2 結(jié)果和討論

2.1 滅火裝置關(guān)鍵組件參數(shù)設(shè)定

2.1.1泡沫出口管徑的影響

泡沫出口管徑的大小直接影響泡沫噴射距離和泡沫性能。為了確定泡沫出口合適的管徑尺寸，測試了不同管徑大小對泡沫性能的影響，結(jié)果見表1。

表1 泡沫出口管徑大小對泡沫性能的影響

從表1中可看出，泡沫噴射距離隨泡沫出口管徑的變大而逐漸減小。當(dāng)泡沫出口管徑為35.0 mm時(shí)，泡沫穩(wěn)定、細(xì)膩、均勻，其噴射距離為16.2 m。因此，最終本產(chǎn)品選用的泡沫出口管徑為35.0 mm。

2.1.2軟管卷盤長度的影響

泡沫混合液在泡沫發(fā)生器中通過擾流器產(chǎn)生霧狀液滴，與進(jìn)入的壓縮氣體混合后形成泡沫進(jìn)入到軟管卷盤中，泡沫在軟管卷盤中進(jìn)一步充分混合，其管線越長，泡沫混合得越均勻、穩(wěn)定。表2是滅火裝置消防軟管卷盤管線長度對泡沫狀態(tài)的影響。

從表2中可看出，當(dāng)管線長度達(dá)到30 m以上時(shí)，發(fā)泡倍數(shù)為8.0，泡沫均勻、細(xì)膩、穩(wěn)定，泡沫處于理想狀態(tài)，說明此時(shí)泡沫混合液在軟管卷盤中氣液混合較充分。因此，最終本產(chǎn)品選用的軟管卷盤長度為30 m。

表2 軟管卷盤管線長度對泡沫性能的影響

2.1.3氣液比的影響

泡沫發(fā)生器是該移動(dòng)式滅火裝置的關(guān)鍵部件，泡沫混合液與壓縮氣體在泡沫發(fā)生器中混合，產(chǎn)生泡沫。通過改變氣體節(jié)流孔徑，可以調(diào)變接氣孔板體積，進(jìn)而改變進(jìn)入混合腔中氣體的流量，簡捷方便地進(jìn)行氣液比的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)干、濕泡沫的靈活切換。

表3是滅火裝置不同氣液比對泡沫性能的影響。從表3看出，充裝同樣體積的泡沫混合液，由于泡沫發(fā)生器的氣液比不同，其泡沫各項(xiàng)性能指標(biāo)差異較大。當(dāng)氣液比較小時(shí)，氣量低，影響發(fā)泡，泡沫呈濕態(tài)；當(dāng)氣液比較大時(shí)，需加大氣量，但氣源不足，影響泡沫的細(xì)膩勻均性。因此，最終該裝置氣液比比值選用8.5∶1。

表3 不同氣液比下對泡沫性能的影響

2.2 滅火裝置性能參數(shù)研究

2.2.1泡沫混合液平均流量與噴射距離

表4是移動(dòng)式壓縮氣體滅火裝置泡沫混合液平均流量與噴射距離的數(shù)據(jù)。泡沫混合液平均流量指的是單位時(shí)間內(nèi)，從泡沫槍噴出的泡沫液質(zhì)量。噴射距離指的是在泡沫槍控制閥完全開啟狀態(tài)下，泡沫噴出的最遠(yuǎn)點(diǎn)與泡沫槍槍口之間的水平距離。從表4可以看到，在干、濕泡沫2種噴射狀態(tài)下，泡沫混合液平均流量分別為21.8，40.7 L/min，噴射距離分別為15.2，18.0 m。相同時(shí)間內(nèi)，由于濕泡沫含水量較高，因此泡沫混合液流量較大。而市場上常用的手提式正壓滅火器的平均流量一般都≤10 L/min。較大的泡沫液噴射流量和較長的噴射距離，有利于提高滅火效率，減少火災(zāi)損失，最大可能地避免事故擴(kuò)大。

表4 滅火裝置泡沫混合液平均流量和噴射距離

2.2.2發(fā)泡倍數(shù)與25%析液時(shí)間

泡沫滅火的原理是泡沫混合液與氣體混合后形成泡沫層，覆蓋在著火液面上，通過降低油面溫度、抑制油面揮發(fā)、隔離氧氣等方式完成滅火。原則上發(fā)泡倍數(shù)越高，形成的泡沫層越厚。但發(fā)泡倍數(shù)太高，泡沫含水量太少，不利于水膜的形成。而且由于油燃燒造成向上的氣流，若泡沫太輕則容易被氣流帶走。泡沫層的質(zhì)量決定著泡沫的滅火性能。

表5是滅火裝置噴射出的泡沫發(fā)泡倍數(shù)、25%析液時(shí)間數(shù)據(jù)。從表5看到，干泡沫發(fā)泡倍數(shù)、25%析液時(shí)間分別為14.3，12.0 min；濕泡沫發(fā)泡倍數(shù)、25%析液時(shí)間分別為7.0，8.1 min。根據(jù)消防規(guī)范要求，B類火災(zāi)常采用低倍數(shù)泡沫(≤20)實(shí)施滅火，該裝置噴射出的干、濕兩種狀態(tài)的泡沫均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。而且干泡沫的25%析液時(shí)間高達(dá)12.0 min，析液時(shí)間越長，其泡沫的穩(wěn)定性越高，滅火后的抗復(fù)燃能力越強(qiáng)。因此利用該移動(dòng)式壓縮氣體滅火裝置和組合聯(lián)用的泡沫混合液可以滿足針對加油站、罐區(qū)和裝置區(qū)等石化場所的小規(guī)模初期火災(zāi)。

表5 滅火裝置泡沫混合液發(fā)泡倍數(shù)和25%析液時(shí)間 min

2.2.3滅火性能

以10A木垛火作為移動(dòng)式壓縮氣體滅火裝置撲滅A類火試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，按照GB 8109-2005《推車式滅火器》標(biāo)準(zhǔn)，測試了其滅火性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，該滅火裝置可以成功撲滅A類火，且10 min之后未復(fù)燃。

表6是移動(dòng)式壓縮氣體泡沫滅火裝置和同體積的負(fù)壓式滅火裝置滅B類火的滅火性能參數(shù)表。從表6看到，在泡沫混合液噴射流量相同的條件下，200 L負(fù)壓式滅火裝置的滅火時(shí)間為180 s，而同體積的移動(dòng)式壓縮氣體泡沫滅火裝置滅火時(shí)間為80 s，滅火時(shí)間僅是負(fù)壓式泡沫滅火器滅火時(shí)間的44%。

表6 不同泡沫滅火裝置滅火性能比較

3 結(jié)論

本論文研制了多功能、可快速移動(dòng)的壓縮氣體泡沫滅火裝置。該裝置的泡沫發(fā)生器能實(shí)現(xiàn)氣液兩相按比例自動(dòng)混合，干、濕泡沫靈活切換，并且噴射出的泡沫均勻、細(xì)膩、穩(wěn)定，具有覆蓋和滅火雙重功能。該類滅火裝置的滅火時(shí)間僅是同體積負(fù)壓式泡沫滅火裝置滅火時(shí)間的44%。研發(fā)新型移動(dòng)式壓縮氣體泡沫滅火裝置不僅能降低火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，減輕環(huán)境污染、節(jié)約水資源，而且還能促進(jìn)滅火器材的升級(jí)換代，具有重要的技術(shù)創(chuàng)新意義。另外通過改變泡沫液種類以及泡沫發(fā)生器結(jié)構(gòu)，可以裝配成不同規(guī)格型號(hào)的各類滅火器材。未來將在增大泡沫混合液儲(chǔ)罐容積、提高滅火裝置的爬坡性能、改變壓縮氣體供氣源等方面進(jìn)一步開展研究，爭取能開發(fā)出噴射流量更大、滅火能力更強(qiáng)、應(yīng)用更方便的快捷移動(dòng)滅火裝置，提升我國在應(yīng)急消防領(lǐng)域的處置能力。