泡沫噴霧滅變壓器油火試驗(yàn)研究

■ 王鵬舉 中國(guó)人民警察大學(xué)

變壓器是變電站、換流站中的核心設(shè)備，近年來(lái)變壓器事故時(shí)有發(fā)生，一旦發(fā)生火災(zāi)不僅損壞站內(nèi)昂貴設(shè)備、威脅站內(nèi)人員安全，而且往往會(huì)導(dǎo)致大面積的停電事故，造成更為嚴(yán)重的后續(xù)經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究固定消防設(shè)施撲滅變壓器油火是近年的熱點(diǎn)。

變壓器油自身是一種高閃點(diǎn)（大于130℃）、高燃點(diǎn)（350℃）液體，因此在常溫下很難被引燃[1]，汪亞龍[2]通過(guò)改變油盤(pán)尺寸、油品的初始油溫、油品的厚度探究了KI50X 變壓器油的燃燒特性。在發(fā)生事故時(shí)，局部的高溫會(huì)加速變壓器油蒸發(fā)，引發(fā)氣體膨脹，故障電弧會(huì)引燃變壓器油蒸汽，容易發(fā)生爆炸，造成變壓器內(nèi)大量變壓器油泄露，并在漏油池進(jìn)一步形成油池火[3]。陳晟[4]研究了變壓器油池火的燃燒規(guī)律，探究了油池火穩(wěn)定燃燒時(shí)的熱釋放速率和輻射熱量。由于變壓器油工作溫度較高（65℃～90℃），且熱值較大，容易形成難以撲滅的熱油火，一般變電站的變壓器之間布置較為緊密，如果不能及時(shí)撲滅火災(zāi)，將會(huì)有火災(zāi)進(jìn)一步蔓延的風(fēng)險(xiǎn)。消防車(chē)上常用的水炮、干粉炮、泡沫炮都不能迅速有效地處理該類(lèi)火災(zāi)[5,6]。張佳慶[7]研究了超細(xì)干粉滅熱油火的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)超細(xì)干粉能有效撲滅200℃以下的初期火災(zāi)且不會(huì)復(fù)燃，但燃燒時(shí)間超過(guò)1min 后就有復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)有的固定滅火設(shè)施[8]以泡沫噴霧為主，但泡沫噴霧因其發(fā)泡不充分，響應(yīng)時(shí)間較慢，熱穩(wěn)定性較差，在大面積變壓器油火的這種高熱輻射場(chǎng)[9]中難以在短時(shí)間內(nèi)完全覆蓋油面，所以希望引入固定干粉滅火設(shè)施[10]來(lái)與泡沫噴霧系統(tǒng)形成聯(lián)用系統(tǒng)[11]，能夠更迅速更高效地?fù)錅缱儔浩骰馂?zāi)。文章主要研究不同初始油溫對(duì)泡沫噴霧滅變壓器油火的影響。

一、試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（一）試驗(yàn)臺(tái)

試驗(yàn)臺(tái)由上部泡沫噴頭（2 個(gè)）和干粉噴頭組成，下方由油盤(pán)、加熱爐、隔熱板和天平組成，溫度測(cè)量裝置主要由火焰羽流中心線(xiàn)溫度、油溫和油盤(pán)壁面溫度的熱電偶組成，布置方式如圖1 所示，干粉與泡沫噴頭均可靈活調(diào)整高度。油盤(pán)直徑350mm，側(cè)壁高200mm，油盤(pán)上方的熱電偶束，間距200mm，最低T5 距油面200mm；油盤(pán)中熱電偶束自油盤(pán)底部中心位置，豎直間隔10mm，水平間隔10mm，依次排布；油盤(pán)側(cè)壁熱電偶自油盤(pán)底部間距10mm，依次排布。

（二）油品、滅火劑與泡沫噴頭的選擇

試驗(yàn)變壓器型號(hào)選擇的是昆侖潤(rùn)滑油公司生產(chǎn)的KI25X 型，這是目前國(guó)內(nèi)換流站大型變壓器主要使用油品；選用3%AFFF 作為此次泡沫滅火劑。

（三）工況設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在裝有頂部排煙凈化裝置的4m×8m×4m 的房間內(nèi)進(jìn)行，忽略環(huán)境風(fēng)速影響，試驗(yàn)環(huán)境溫度在10±5℃。試驗(yàn)工況如表1。

（四）試驗(yàn)步驟

向油盤(pán)內(nèi)注入30mm 厚變壓器油，加熱爐將油品加熱至指定溫度，使用庚烷或火源引燃油品，燃燒到達(dá)90s 后，施放滅火劑（聯(lián)用情況下，先使用干粉撲滅明火，再施放泡沫），滅火完成后待油溫降至100℃以下，停止泡沫施放，此時(shí)認(rèn)定滅火成功且無(wú)復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)。期間使用熱電偶記錄火焰溫度、油溫、壁溫變化；使用天平記錄油盤(pán)整體質(zhì)量變化和干粉罐施放前后質(zhì)量差；使用攝像機(jī)記錄滅火全過(guò)程火焰羽流形態(tài)變化。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

啟動(dòng)單一的泡沫噴霧滅火系統(tǒng)，在滅火過(guò)程中出現(xiàn)了明顯的火焰加強(qiáng)現(xiàn)象如圖2，持續(xù)噴射一段時(shí)間后火焰逐漸熄滅，在變壓器油燃燒達(dá)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)后施加泡沫噴霧，液滴在落下后迅速蒸發(fā)壓低火焰溫度，但液滴落入油盤(pán)后會(huì)使油品劇烈沸騰，使油品的蒸發(fā)速率加速，增加了油品的燃燒速率，同時(shí)泡沫噴霧的噴射動(dòng)能會(huì)增加空氣擾動(dòng)，使油品蒸汽更充分地與新空氣混合，所以會(huì)出現(xiàn)火焰加強(qiáng)的情況。

在泡沫滅火過(guò)程中，滅火時(shí)間會(huì)隨著初始油溫的升高而明顯增長(zhǎng)，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3（d），初始油溫越高，火焰能更快達(dá)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，且燃燒速率更快。

在圖3（a）中，使用庚烷引燃變壓器油后經(jīng)過(guò)約90s 達(dá)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，在施放泡沫后迅速被熄滅，沒(méi)有出現(xiàn)火焰溫度再升高的現(xiàn)象，火焰被迅速熄滅。在圖3（b）中，初始油溫為220℃的狀態(tài)下，引燃后火焰只經(jīng)過(guò)約20s 迅速達(dá)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。在泡沫施放后，火焰溫度出現(xiàn)明顯的先下降后反彈的現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)了滅火過(guò)程中的火焰增強(qiáng)現(xiàn)象，并經(jīng)過(guò)泡沫31s 的持續(xù)噴放才熄滅。在圖3（c）中，初始油溫為300℃的狀態(tài)下，油品發(fā)生自燃現(xiàn)象，火焰迅速升溫達(dá)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，在施加泡沫后，火焰上層溫度出現(xiàn)了迅速升高的現(xiàn)象，火焰下層溫度受液滴蒸發(fā)影響而壓低，但油品也因液滴落入油盤(pán)中而沸騰，加速蒸發(fā)，而油品蒸汽受擾動(dòng)后向上擴(kuò)散，在上層與空氣更充分混合，燃燒更為劇烈。在滅火過(guò)程中火焰溫度出現(xiàn)多次溫度反彈現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)84s 明火熄滅。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比不同初始油溫工況下的泡沫噴霧滅火系統(tǒng)的滅火效能發(fā)現(xiàn)：泡沫噴霧的滅火過(guò)程會(huì)出現(xiàn)明顯的火焰加強(qiáng)情況，且隨著初始油溫的升高，滅火時(shí)間隨之增長(zhǎng)；及時(shí)施放泡沫能迅速降低油盤(pán)上方溫度場(chǎng)溫度、油品溫度甚至油盤(pán)的壁面溫度，而且能使泡沫迅速覆蓋油面，使可燃蒸汽與空氣隔離，有效防止油品復(fù)燃的發(fā)生。