高原低壓環境泡沫滅火劑滅火性能參數研究

王淮斌 王欽正

摘要：本文基于真實實驗環境，研究不同海拔高度下低倍數泡沫滅火劑的發泡倍數、析液時間、滅火時間等性能參數隨海拔高度（環境壓力）變化的規律。研究結果表明，隨著海拔高度升高，泡沫滅火劑發泡倍數變小、析液時間變短，泡沫滅火時間變長。該研究成果可以為不同海拔高度下A類倉庫火災撲救技戰術的完善提供理論支撐。

關鍵詞：低壓環境;泡沫滅火劑;發泡倍數;滅火時間

我國經濟發展迅猛統籌規劃科學合理，建設的步伐逐年加快，從而驅動高原地區的交通建設不斷發展，高海拔地區的基礎設施建設不斷加強。隨著生活的需求和軍事戰略的部署，高原地區的油庫、機場、鐵路、倉庫數量不斷增多[1-3]。倉庫具有儲存物資集中，火災危險大的特點，倉庫一旦起火，輕則影響正常的物流運轉，重則造成重大的人員傷亡、財產損失，給社會帶來嚴重的影響。倉庫按照火災危險性分類可以分為甲類倉庫、乙類倉庫、丙類倉庫、丁類倉庫、戊類倉庫。其中甲類倉庫是指存放物品的閃點小于28℃的液體或者爆炸下限小于10%的氣體。一旦存放甲類物品的倉庫發生火災，極易造成嚴重的財產損失，甚至人員傷亡。

由于高原地區海拔高、空氣稀薄，環境壓力低，植被覆蓋面積較小，倉庫物質火災燃燒特性與平原地區存在較大的區別，一旦發生火災，火勢蔓延難以預測，很難及時撲滅[4]。此外，泡沫滅火劑是撲滅A類物品倉庫最常用的滅火劑，泡沫滅火劑的性能參數會受環境壓力的影響，并隨著環境壓力的改變，出現不同程度的變化[5-6]。鑒于此，非常有必要開展高原低壓環境下泡沫滅火劑的性能參數及撲滅A類火災的滅火效能研究，進一步豐富火災理論知識，補充高原滅火技戰術的研究內容，服務和指導滅火救援實戰，為消防救援隊撲救高原A類倉庫火災提供了理論和技術支持。

一、實驗環境

為了研究泡沫滅火劑在不同環境壓力下的性能參數變化規律，在四川省消防救援總隊的大力支持和幫助下，選取四川省阿壩州作為實驗地點。阿壩州地處青藏高原東南邊緣，有盆地區、山地區和高原區，海拔分布廣，北部與青海、甘肅省相鄰。根據實驗需求和針對消防救援隊實際作戰要求，選取阿壩州所屬的汶川、馬爾康、紅原、查針梁子四個高原實地環境開展實驗。根據平原和高原地區大氣壓和含氧量的不同，大氣壓力與海拔的關系式可以按照式（1）計算，得到海拔高度和環境壓力的關系如表1所示。

二、實驗設計

實驗用泡沫滅火劑為AFFF低倍數泡沫滅火劑，以《泡沫滅火劑（GB 15308-2006）》為基準，實驗所用泡沫產生裝置為國標規范所要求的低倍數泡沫產生裝置。該裝置由容積為100L的鋼制耐壓儲罐、流量為5.7L/min的標準泡沫槍、示數范圍是0—1.6MPa的壓力表、高度為1m的鋼制支架、泡沫液輸送管和進氣管組成，如圖1所示。

三、結果與討論

（一）發泡倍數

選取平原和四個高海拔地區為實驗地點開展AFFF發泡倍數的實地實驗，如圖2所示。在實驗過程中始終保持泡沫耐壓儲罐達到額定工作壓力，并對AFFF在93kPa、87kPa、73kPa、66kPa和59kPa環境下所得實驗結果進行匯總分析，得到不同海拔高度下AFFF發泡倍數變化趨勢如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著海拔逐漸升高AFFF滅火劑的發泡倍數逐漸降低，呈現對數變化規律。圖3中隨著環境壓力逐漸降低AFFF滅火劑的發泡倍數由5.51減小到3.99，減小27.6%。

（二）析液時間

根據實驗需要，選取93kPa、87kPa、73kPa、66kPa和59kPa環境下開展AFFF析液時間的實地實驗，實驗過程與實驗結果如圖3所示。

可以看出，隨著海拔逐漸升高AFFF滅火劑的析液時間逐漸降低，并呈現多項式擬合規律。隨著環境壓力逐漸降低AFFF滅火劑的析液時間由162s減小到33s，減小了79.7%。

（三）滅火效能

選取了平原和高原地區93kPa、87kPa、73kPa、66kPa、59kPa五個海拔高度，利用國標規范所規定的泡沫槍開展AFFF泡沫滅火劑的滅火效果測試實驗。在不同海拔環境下進行滅火實驗時要考慮環境等因素對實驗結果的影響。為了盡可能減小實驗誤差降低實驗事故的風險，在實驗場地的選擇時盡量選取較為平坦空曠且無風或者風速特別小的環境并且環境溫度要適宜，盡可能避免溫差較大的情況出現。在進行滅火實驗時油料選取為93#車用汽油。油盤尺寸分別是34B、70B、55B以及144B。不同海拔高度、不同供給強度下實驗結果如圖5所示。

在同一供給強度條件下，隨著海拔高度升高，AFFF的滅火時間也隨之增加。在93kPa—59kPa條件下，供給強度為5.33kg/（min·m2）時，AFFF滅火時間由25s增加到81s，增加了224%;供給強度為3.29kg/（min·m2）時，AFFF滅火時間由41s增加到117s，增加了185.4%;供給強度為2.59kg/（min·m2）時，AFFF滅火時間由61s增加到210s，增加了244.3%;供給強度為1.26kg/（min·m2）時，AFFF滅火時間由97s增加到232s，增加了139.2%。

（四）抗燒時間

滅火實驗結束后，將抗燒罐放置于鋪滿泡沫滅火劑的罐體中，點燃抗燒罐中油品，記錄時間，待抗燒罐中火焰引燃燃料表面后，停止實驗。實驗場景與結果如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著海拔逐漸升高AFFF滅火劑的抗燒時間逐漸降低，呈現出多項式變化規律。隨著環境壓力逐漸降低AFFF滅火劑的抗燒時間由1876s減小到670s，減小了64.3%。

四、結語

本文通過理論和實驗研究，選取平原環境壓力分別是93kPa、87kPa、73kPa、66kPa、59kPa的地區搭建A類物品火災燃燒及滅火實驗平臺。開展了消防隊常用的AFFF滅火劑的滅火性能參數滅火效果實驗，測試了發泡倍數、析液時間、滅火時間以及抗燒時間等隨海拔高度變化的規律，主要結論如下：

第一，環境壓力從93kPa降到59kPa過程中，AFFF泡沫滅火劑發泡倍數隨著海拔升高逐漸減小，減小幅度是27.6%。

第二，環境壓力在93kPa降到59kPa變化過程中，AFFF泡沫滅火劑析液時間隨著海拔升高逐漸減小，減小幅度為79.7%。

第三，在同一供給強度下，隨著海拔高度的升高，AFFF泡沫滅火劑的滅火時間逐漸增大。

第四，環境壓力在93kPa降到59kPa變化過程中，AFFF泡沫滅火劑抗燒時間隨著海拔升高逐漸減小，減小幅度是64.3%。

未來將繼續開展特殊環境下A類倉庫火災燃燒的危害性研究，并基于A類倉庫火災燃燒行為和特點研發并優化新型滅火裝備，探究特殊環境下A類倉庫火災的著火及火焰傳播機理，為特殊場所的火災撲救能力的提升奠定理論基礎。

參考文獻：

[1]張念，譚忠盛，毛軍.高海拔對火災燃燒特性影響的試驗研究[J].太原理工大學學報，2011（09）：546-548.

[2]李海航.低壓條件下氣體射流的燃燒特性與火焰形態研究[D].合肥：中國科學技術大學，2014.

[3]曾怡.低壓下射流擴散火焰的燃燒特性與圖像特征[D].合肥：中國科學技術大學，2013.

[4]胡小康.高海拔地區油池火燃燒和煙氣特性研究[D].合肥：中國科學技術大學，2012.

[5]楊滿江.高原環境下壓力影響氣體燃燒特征和煙氣特性的實驗與模擬研究[J].合肥：中國科學技術大學，2011.

[6]曾怡，方俊，涂然等.高原環境室內小型池火頂棚煙氣質量濃度變化規律[J].燃燒科學與技術，2011，17（04）：332-336.