細水霧對汽油火災抑制作用的實驗研究

張怡 陳瑩

摘 要：細水霧作為一種環境友好型滅火劑其基本原理是汽化后水滴擁有更大的比表面積，吸熱能力增強，水蒸氣的體積膨脹同時稀釋氧氣的濃度，可達到控火和抑火的效果[ 1 ]。本文建立了小尺寸的汽油火災模型，研究細水霧對汽油火災的影響，得到噴頭操作壓力和風機啟閉狀態變化對汽油火災溫度以及滅火時間的影響。

關鍵詞：汽油火災；細水霧；滅火；機械通風

1 實驗系統

本實驗在一個5m×5m×3.1m的玻璃房中進行，距地面2.7m處均勻布置了4個噴頭，在地面四個噴頭的中心處放置了一個直徑為30cm的油盤里盛裝有93號汽油作為火源，在油盤正上方設置4個熱電偶，第一個熱電偶距離地面40cm，其他三個依次往上間距為40cm，用以測量火場溫度。實驗時當油盆內燃料全面燃燒后計時70s，再啟動細水霧滅火系統。

2 噴頭操作壓力對滅火效果的影響

實驗研究了火源功率為600ml汽油量，風機處于關閉狀態時不同噴頭工作壓力（7MPa、9MPa和11MPa）對滅火效果的影響。在該工況下熱電偶1的溫度變化隨時間變化曲線如圖1：

由圖1可以看出當操作壓力從7MPa提高到9Mpa時，滅火時間逐漸縮短。這是因為提高操作壓力可以提高霧滴的初始動量，因此提高了霧滴穿透火羽流的能力，細水霧的窒息作用便會增強，同時霧通量也會增加，蒸發冷卻和衰減熱輻射的作用也增強，從而更快的熄滅了油盤火。

繼續升高操作壓力，當操作壓力為11Mpa時，滅火時間反而增加。這是因為當壓力升高到一定的值時，細水霧的霧化效果達不到最好的狀態，從而影響各種滅火機理的發揮，導致滅火時間增加。同時這也說明系統存在一個臨界壓力，在此臨界壓力下，滅火效果最好，本實驗中的臨界壓力為9MPa。究其原因，細水霧滅火時間同水霧壓力呈反比。

隨著水霧壓力的增大，滅火時間縮短。這是由于細水霧壓力增大后，霧滴粒徑減小后，霧滴的比表面積就會增加，這樣也就增加了水霧霧滴與火焰的換熱面積，縮短了霧滴氣化所需的時間，更好的發揮了水霧氣化窒息的效果。

另一方面，增加水霧壓力同時增加了流量，這就增加細水霧的霧通量，增強了細水霧對火焰的體積膨脹隔氧和窒息作用，提高了冷卻效果。

與此同時，細水霧工作壓力增加還提升霧滴的速度，其穿透火焰的能力增強就能達到火焰根部，提高滅火效率。

3 排煙風機的啟閉狀態對滅火效果的影響

為了研究在滅火過程中風機的啟閉狀態對滅火效果的影響，本試驗選取了火源功率為600ml汽油量不變時，三種不同操作壓力下風機分別處于啟閉狀態時的滅火時間及效果。

圖2給出了在不同風機開啟狀態下熱電偶1的溫度隨時間變化曲線。

由溫度曲線可以看出，風機的開閉狀態對滅火效果都有很大的影響，開啟風機可以縮短燃燒時間，同時縮短滅火時間，這是由于風機開啟可以及時將空間內的空氣排出，熱量也隨之排出，這將減少支持燃燒的氧氣，使得燃燒減弱，火勢熄滅的快。封閉的受限空間內如果沒有通風，就會增強細水霧的滅火效果。這是因為受限空間內空氣中氧氣濃度的降低。

有足夠的實驗結果表明，在一個“小”的受限空間中發生的火災會在開始的幾分鐘內使得受限空間的平均氧氣濃度下降幾個百分點。火焰在低氧氣濃度的條件下燃燒效率低下，從而很容易被撲滅。理論上講，風機應該處于關閉狀態才有利于火災的撲滅。但另一方面，在通風受限的空間內，低霧動量的細水霧也能夠熄滅障礙物較多的隱蔽空間的火災，而且滅火所需的霧通量比通風良好情況下要低10倍。同時，開啟風機又可以將火場內的有毒煙氣迅速排出，為人員逃生提供安全的時間和環境，增加火場的能見度。

4 結論

本文通過改變實驗過程中細水霧噴頭壓力和機械排煙量的大小，主要得到了以下結論：

1）細水霧的噴頭操作壓力也是細水霧滅火效果的重要影響因素，隨噴頭操作壓力的增加，滅火時間逐漸縮短；繼續升高操作壓力，其滅火時間反而增加。本實驗中當操作壓力為9MPa時，滅火時間最短。

2）風機的開閉對細水霧的滅火也是有著很大的影響，開啟風機會延長滅火的時間。

參考文獻：

[1] 劉江虹，廖光煊.細水霧滅火技術及其應用.火災科學，2001.

[2] 周華，范明豪.移動式高壓直接霧化細水霧滅火系統.消防科學與技術，2003.

[3] 鄭立剛，余高明，賈海林.標準受限空間細水霧熄滅煤油火災的實驗和數值模擬.中國安全科學學報，2007.

[4] 姚斌，廖光煊，范維澄等.細水霧抑制擴散火焰的研究[J].中國科學技術大學學報，1998，28（5）：610-617.