油品燃燒溫度與泡沫滅火供給強度關系的研究

杜明輝

摘要：本文研究了泡沫供給強度與油面燃燒溫度之間的關系。實驗以燃燒溫度為變量，測試對應的泡沫滅火劑最佳供給強度值。通過此實驗及分析，掌握了泡沫滅火劑在高溫油面和燃燒油面鋪展時的相關數據，使我們更加深入了解泡沫的滅火過程，并豐富了泡沫鋪展理論的研究內容。可為火災現場泡沫滅火劑用量以及供給強度的選擇提供依據。

關鍵詞：油品燃燒溫度； 泡沫供給強度； 泡沫混合液用量

1 引言

當發生油品火災后，合理選擇滅火劑是成功撲救火災的關鍵。目前，常用泡沫滅火劑對油罐火災進行撲救。由于不同泡沫產品所使用的發泡劑、活性劑、泡沫穩定劑、抗凍劑的種類以及配比不同，加之不同種類油品燃燒時的表面溫度有所差異，導致泡沫滅火劑在鋪展速度、泡沫穩定性、滅火效果等方面產生了不同的效果。而在影響泡沫滅火效果的諸多因素中，泡沫滅火劑的供給強度是最為直觀的影響因素，通過對供給強度的調整可在一定范圍內改變泡沫滅火劑的滅火效率。本文通過實驗研究了燃燒溫度、泡沫混合液供給強度以及滅火時間三者之間的關系。

2 實驗變量及實現方式

對于某一油品火災，應當存在一個最佳泡沫供給強度值，既滿足在較短時間內撲滅火災又能夠減少泡沫液的使用量。本文以柴油作為實驗燃料，以水成膜泡沫滅火劑作為滅火介質，以燃燒的油面溫度作為變量，研究油品燃燒溫度與最佳泡沫供給強度之間的關系。

2.1 油品燃燒溫度

實驗使用直徑為0.55m的圓形油盤進行實驗，燃燒的油面溫度這一變量通過噴射泡沫滅火劑前油品的預燃時間來實現，實驗設定預燃時間分別為1min、4min、7min。

2.2 泡沫混合液供給強度

對達到不同燃燒溫度的油品，采用不同的泡沫混合液供給強度進行滅火，得到若干組泡沫混合液供給強度與滅火時間的對應關系，并進行擬合確定最佳泡沫混合液供給強度。因此，在實驗中需要實現不同流量的泡沫滅火劑噴射。實驗中的泡沫噴射裝置分為兩部分，即動力裝置和變流量泡沫槍。

泡沫動力裝置是按照GB15308-94《泡沫滅火劑通用技術條件》中的低倍數泡沫產生系統設置的，如圖1所示。驅動系統由以下幾部分構成：空氣壓縮機、進氣管、耐壓儲罐、壓力表、泡沫液輸送管以及可調節支架[27]。使用時，將配置好的泡沫混合液倒入耐壓儲罐中，對儲罐進行密封，并進行氣密性檢查。打開空氣壓縮機向儲罐內輸送壓縮空氣直到儲罐的壓力達到0.8MPa。此時打開空氣泡沫槍的閥門即可向外噴射泡沫。

實驗時所選用的泡沫槍是《泡沫滅火劑通用技術條件》中的標準泡沫槍。該標準泡沫槍的發泡原理是負壓式發泡，在泡沫槍的前端設置流量調節旋鈕，通過調節旋鈕可以改變槍體上的開口大小，進而改變泡沫噴射流量。

3 實驗結果及分析

3.1 預燃時間1min的實驗情況

對數據采集儀采集的數據進行讀數，各組實驗中，對油面上三個不同位置進行溫度測試，對所得溫度值取平均值，將其確定為油面燃燒溫度，柴油燃燒1min時，油面平均溫度為175.4℃。采用不同供給強度的AFFF滅火，泡沫混合液供給強度與滅火時間的關系如表1所示。泡沫混合液供給強度及滅火時間的關系如圖2所示。

對實驗所得的數據進行回歸分析，選擇指數函數、對數函數、冪函數等形式的回歸類型，發現采用冪函數進行擬合后得到的擬合度值最高，為0.9675。第一組實驗數據擬合所得到的曲線如圖3所示。

擬合后得到的指數函數具有較好的擬合度。當泡沫混合液供給強度趨于無窮大時，滅火時間趨于0，這符合泡沫滅火的實際情況。擬合得到的冪函數為。從表1和圖4中可以看出，當泡沫混合液供給強度達到5.06L/min·m2時，撲滅油盤火用時19.8s，當繼續增加混合液供給強度時，滅火時間雖然減少，但下降的趨勢明顯放緩。通過計算撲救火災的泡沫混合液用量可知，當泡沫混合液供給強度大于5.06L/min·m2后，泡沫混合液用量有所增加。通過以上分析，將最佳混合液供給強度確定為5.06L/min·m2。

3.2 預燃時間4min的實驗情況

柴油燃燒至4min時，油面平均燃燒溫度值為239.6℃。采用AFFF滅火所得的泡沫混合液供給強度與滅火時間的關系如表2所示。混合液供給強度及滅火時間的關系如圖5所示。

對實驗數值擬合得到的函數為y=146.52×x-09892，函數擬合度值R2為0.96，函數具有較好的擬合度。對表2以及圖7進行分析，發現當泡沫混合液供給強度達到7.46L/min·m2時，滅火時間為16.6s。當繼續增加泡沫混合液供給強度時，滅火時間有所下降，但下降趨勢明顯變緩。通過計算泡沫混合液用量發現，當混合液供給強度大于7.46 L/min·m2時，滅火所需泡沫混合液量有增加的趨勢。綜合以上分析，將預燃時間4min情況下的AFFF最佳混合液供給強度確定為7.46L/min·m2。

3.3 預燃時間7min的實驗情況

柴油燃燒時間為7min時，測得的油面平均溫度值為317.4℃。采用AFFF滅火，泡沫混合液供給強度與滅火時間的關系如表3所示，混合液供給強度及滅火時間的關系如圖8所示。

圖9所示為預燃時間7min實驗的回歸分析。擬合得到混合液供給強度和滅火時間之間的關系為y=241.64×x-1.1936，擬合度值為0.9809，說明公式的擬合度較好。對該組實驗結果進行分析，當泡沫混合液供給強度為8.37L/min·m2時，滅火時間為16s。繼續增大混合液供給強度時，滅火時間下降的趨勢有所放緩，且當混合液供給強度大于8.37L/min·m2時，滅火所需泡沫混合液量有所增加。綜合以上兩方面原因進行判斷，將柴油預燃7min時，AFFF的最佳混合液供給強度確定為8.37L/min·m2。

實驗測試了在同一燃燒面積下，當改變油品的前期預燃時間時，AFFF最佳混合液供給強度的變化情況。通過實驗結果可以看出，改變柴油的前期燃燒時間造成了油面溫度有所差異，進而改變了滅火劑的最佳混合液供給強度值。實驗結果如表4。

由表4可以看出，在三個不同燃燒溫度的油盤中，最佳泡沫混合液供給強度對應的滅火時間范圍均在16～20s之間，隨著油面燃燒溫度的上升，撲救相同燃燒面積柴油火時，AFFF混合液供給強度以及滅火所需混合液用量呈現出明顯的上升趨勢。

4 結論

本章通過實驗研究了油品燃燒溫度、泡沫混合液供給強度和滅火時間三者的關系，得到如下結論：

（1）對相同燃燒面積和燃燒溫度的柴油進行火災撲救，泡沫混合液用量會隨著泡沫供給強度發生變化。當供給強度值由小變大時，泡沫混合液用量存在先減少后增加的變化趨勢，即存在一泡沫用量最少的點。

（2）從滅火時間的變化趨勢來看，對相同燃燒面積相同燃燒溫度的柴油進行火災撲救，滅火時間會隨著泡沫混合液供給強度的增加而減少。但滅火時間減小的速率會隨著供給強度的增加而降低，二者呈冪函數的關系。

（3）最佳泡沫混合液供給強度隨著油品燃燒溫度的上升而升高，實驗中，柴油燃燒溫度為175.4℃時，AFFF最佳混合液供給強度為5.06L/min·m2；當柴油燃燒溫度為239.6℃時，AFFF最佳混合液供給強度為7.46L/min·m2；當柴油的燃燒溫度為317℃時，AFFF最佳混合液供給強度為8.37L/min·m2。

（4）從實驗結果來看，隨著油面燃燒溫度的上升，撲救相同面積的柴油火時，所用到的泡沫混合液量有所增加。

（5）泡沫滅火劑釋放之前油品燃燒時間的增加會導致油面溫度上升。撲救燃燒時間較長的油品火災時，應在規范基礎上適當提升泡沫滅火劑的供給強度，保證得到較好的滅火效果，同時，滅火也需要更多的泡沫混合液用量。