水成膜泡沫與超細干粉滅火劑聯合滅火試驗

王馨，嚴震海，武紅梅

(中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

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水成膜泡沫與超細干粉滅火劑聯合滅火試驗

王馨，嚴震海，武紅梅

(中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

進行水成膜泡沫與超細干粉滅火劑聯合滅火的對比試驗，分析滅火機理及滅火效能，總結出水成膜泡沫滅火系統中干粉最佳添加量，運用典型的模擬水成膜泡沫滅火系統滅火試驗進行驗證，給出系統設計方法及注意事項。試驗結果表明，融合超細干粉的水成膜泡沫能夠發揮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行滅火對比，滅火效果明顯好。

水成膜泡沫；超細干粉；滅火試驗

船舶火災具有特殊性，飛行甲板、機庫的火災載荷密度較高，風險較大，是主要的火災高發區域，這些火災高發區域的火災特性決定了水成膜泡沫滅火系統在船舶領域有較為廣泛的應用，是機庫重要的滅火系統，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的滅火效能對提高航母的消防安全具有重大意義。

超細干粉無毒無害，具有較強的斥水性和抑爆功能，可用于A，B，C，E類火災[1-5]；水成膜泡沫對B類火具有較好的滅火效果和抗復燃性能[6]。考慮將2種滅火劑聯合使用，使釋放的滅火劑與火焰面有更大的接觸面積，發揮2種滅火劑的功效，特進行2種滅火劑聯合使用的試驗。

1 試驗方案

1.1 標準試驗

目前國內外還沒有泡沫和超細干粉聯用的相關標準和試驗要求。使用泡沫槍或泡沫炮進行滅火時，操作角度，噴出的水成膜泡沫進入火場的角度對滅火效果有較大影響，在驗證泡沫和超細干粉聯用系統效能時具有一定的局限性。試驗采用固定式泡沫噴頭來驗證系統的滅火性能，火源模型根據泡沫滅火劑相關試驗標準進行設置。

超細干粉及水成膜泡沫聯合噴灑后的物理形態表明，干粉添加量應與水成膜泡沫混合液展開面積相關而不是與其噴灑的體積相關。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，試驗前油盤內加入250 mm深度的水，噴頭距離水面0.2 m處，見圖1。

當僅施放泡沫進行滅火時，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；當泡沫和超細干粉聯用進行滅火時，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，高壓氮氣經過減壓器將干粉儲罐中的超細干粉壓入文丘里管，在此與泡沫混合液進行混合，通過泡沫噴頭將泡沫和超細干粉噴灑到油盤中進行滅火。系統電子稱以便計量每次試驗的干粉添加量。

試驗用火源燃料為90號汽油，油盤為圓形鋼制，直徑2.5 m,深度不小于280 mm，標準試驗噴頭布置見圖2。

1.2 系統試驗

選擇模擬甲板泡沫噴灑系統進行滅火試驗，噴頭數量為4個，系統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。

試驗時，引燃燃料后應保證預燃30 s，待燃油充分燃燒后，啟動系統噴灑泡沫或泡沫與超細干粉的混合液，保證系統能夠連續噴灑5 min，同時還應滿足以下條件。

1)噴射的泡沫層必須完全覆蓋燃料表面；

2)泡沫噴射結束前火應完全熄滅；

3)滅火后泡沫覆蓋的燃料不得復燃、燭燒或閃然。

RP-5航空煤油燃點較高，在油盤中應入適量的汽油作為引燃劑。

試驗系統組成見圖4。

當泡沫混合液進入管網，控制箱采集到壓力傳感器信號后，開啟干粉輸入系統，將干粉注入到干粉比例混合器中，實現干粉與水成膜泡沫混合液的混合釋放。

1.3 試驗方法

超細干粉初始數值粗定為0.2 kg(標準試驗值，系統試驗為2 kg)，然后按0.1 kg(標準試驗值，系統試驗為1 kg)的超細干粉量遞增，當滅火時間不再減少或有增加現象時，即確定出最接近超細干粉滅火用量粗選的范圍；然后以選定的范圍為最低點為參照點，按每次100 g(標準試驗值，系統試驗為200 g)精選超細干粉的量遞增；并在精選的范圍之內，選定一合理的超細干粉用量，經換算后即為設計值。

2 試驗結論及分析

2.1 標準試驗

2.1.1 超細干粉、水成膜泡沫聯合滅火優化設計試驗

不同超細干粉用量的試驗記錄見表1。水成膜泡沫流量在每次試驗中基本穩定在3.5 L/s，超細干粉添加量從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干粉用量的增加而無限制減少，當干粉添加量達到0.40 kg范圍時，滅火時間基本穩定，之后進行泡沫和超細干粉聯用滅火在超細干粉添加量為0.41～0.43 kg的范圍試驗，滅火時間最大相差在0.3 s以內，因精選量提高的滅火效率較小，因此選定0.4 kg為合理超細干粉用量。經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。添加較多超細干粉不會對滅火效果做出更多貢獻，超細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干粉導致其在立體空間中的彌撒，對于敞開露天環境中的二維油池火或者流淌火，可能導致超細干粉浪費。

表1 不同超細干粉用量的試驗記錄

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干粉、水成膜泡沫聯合滅火的對比試驗

試驗中，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行滅火的工況進行對比。

1)水成膜泡沫滅火試驗。水成膜泡沫滅火試驗共計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)添加超細干粉(最優添加量0.4 kg)的水成膜泡沫滅火試驗。試驗共計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為最佳超細干粉添加量的水成膜泡沫滅火試驗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，火源預燃30 s，距離油盤0.5 m處溫度達到最高，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為泡沫與超細干粉聯用攝像。由圖7可見，泡沫及干粉能夠有效的噴灑在油盤內部，基本沒有滅火劑溢出油盤的現象。31 s，超細干粉迅速壓制火焰，35 s時，超細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燃。

2.1.3 小結

1)泡沫與超細干粉聯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)綜合滅火試驗結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 系統試驗

不同超細干粉量的系統試驗記錄見表2。試驗噴頭壓力接近原船系統工作壓力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次粗選超細干粉滅火時間中可以看出，滅火時間呈現是先減小后增加的趨勢，滅火時間最低點是在第3次和第4次處，即確定出粗選超細干粉應在4～5 kg范圍內；然后按照超細干粉精選200 g的增量試驗3次，滅火時間在超細干粉為4.4 kg時為最低點，3次滅火時間相差約1 s，由此確定超細干粉合理用量為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，與標準試驗結論基本一致。

在超細干粉添加為4.5 kg的條件下進行試驗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滅火試驗共計3次，平均滅火時間為46.7 s，滅火時間提高了21.6%。

系統試驗滅火時間和干粉量對照見圖8。分析圖8得到與標準試驗基本相似的結論，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干粉用量的增加而無限減少，當超細干粉用量達到4.5 kg左右時，滅火時間基本穩定，之后隨著超細干粉添加量的增加，滅火時間呈遞增趨勢。

不添加超細干粉條件下的水成膜泡沫滅火系統滅火試驗工況，油池高度方向0.5，1，1.5，2，2.5 m位置溫度測點的溫度隨時間變化見圖9。火場最高溫度在距離油面約0.5～1.0 m處達到了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了有短暫的增大現象，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 系統試驗不同超細干粉量的試驗記錄表

注：噴頭壓力0.6 MPa；管道壓力1.0 MPa。

添加超細干粉條件下的水成膜泡沫滅火系統滅火試驗工況(干粉添加量約為5 kg)，油池高度方向0.5，1，1.5，2，2.5 m位置溫度測點的溫度隨時間變化見圖10。由圖10可見，受室外環境風速、風向的影響，火場最高溫度達到了800 ℃。隨著滅火系統的啟動，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，隨著滅火系統的啟動，并沒有出現溫度升高火勢短時增大的現象，這是由于干粉對火源有效的化學抑制作用的結果。

圖11為試驗攝像，當滅火劑釋放后，火焰能夠得到有效壓制，沒有出現火焰突然增大的現象；水成膜泡沫與超細干粉混合較好，沒有出現超細干粉的彌散現象，超細干粉的添加量合理。滅火后觀察火場情況，超細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 結論

1)泡沫與超細干粉聯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)泡沫與超細干粉聯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)綜合根據滅火試驗計算出干粉最佳添加量約為80 g/m2，與標準試驗結論基本一致。

5)實際火焰形態、溫度分布和滅火時間會受風場環境的影響。滅火的效果與噴頭的樣式和噴灑形式有關。

6)對于固定式水成膜泡沫與超細干粉聯和滅火系統的設計需要注意：應按照系統噴灑水成膜泡沫后的展開面積來計算超細干粉的添加量；對于應用于露天敞開空間的固定式系統，末端噴頭的設計形式應能保證水成膜泡沫與超細干粉的混合性能，即噴出的水成膜泡沫混合液能夠將超細干粉充分包裹和壓制，不能出現超細干粉彌撒的現象，這將導致失去超細干粉的滅火效果。

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

[2] 周文英，杜澤強，介燕妮，等.超細干粉滅火劑[J].中國粉體技術,2005(1)：42-44.

[3] 杜力強，柴濤.超細干粉滅火技術探討[J].機械管理開發，2008(3)：93-95.

[4] 劉慧敏，莊爽，秦玉旺.超細干粉滅火劑局部應用性能研究[J].消防科學與技術，2015(2)：230-232.

[5] 王戈，王斌，何明國.超細干粉滅火劑的研發應用進展[J].消防科學與技術，2013(9)：75-77.

[6] 劉大鵬，王煊軍，夏本立，等.水成膜泡沫滅火劑的發展與應用[J].化學工程與裝備，2013(2)：139-142.

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