泡沫噴霧滅變壓器油火試驗研究

■ 王鵬舉 中國人民警察大學

變壓器是變電站、換流站中的核心設備，近年來變壓器事故時有發生，一旦發生火災不僅損壞站內昂貴設備、威脅站內人員安全，而且往往會導致大面積的停電事故，造成更為嚴重的后續經濟損失。因此，研究固定消防設施撲滅變壓器油火是近年的熱點。

變壓器油自身是一種高閃點（大于130℃）、高燃點（350℃）液體，因此在常溫下很難被引燃[1]，汪亞龍[2]通過改變油盤尺寸、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。在發生事故時，局部的高溫會加速變壓器油蒸發，引發氣體膨脹，故障電弧會引燃變壓器油蒸汽，容易發生爆炸，造成變壓器內大量變壓器油泄露，并在漏油池進一步形成油池火[3]。陳晟[4]研究了變壓器油池火的燃燒規律，探究了油池火穩定燃燒時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，如果不能及時撲滅火災，將會有火災進一步蔓延的風險。消防車上常用的水炮、干粉炮、泡沫炮都不能迅速有效地處理該類火災[5,6]。張佳慶[7]研究了超細干粉滅熱油火的規律，發現超細干粉能有效撲滅200℃以下的初期火災且不會復燃，但燃燒時間超過1min 后就有復燃風險。現有的固定滅火設施[8]以泡沫噴霧為主，但泡沫噴霧因其發泡不充分，響應時間較慢，熱穩定性較差，在大面積變壓器油火的這種高熱輻射場[9]中難以在短時間內完全覆蓋油面，所以希望引入固定干粉滅火設施[10]來與泡沫噴霧系統形成聯用系統[11]，能夠更迅速更高效地撲滅變壓器火災。文章主要研究不同初始油溫對泡沫噴霧滅變壓器油火的影響。

一、試驗設計

（一）試驗臺

試驗臺由上部泡沫噴頭（2 個）和干粉噴頭組成，下方由油盤、加熱爐、隔熱板和天平組成，溫度測量裝置主要由火焰羽流中心線溫度、油溫和油盤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整高度。油盤直徑350mm，側壁高200mm，油盤上方的熱電偶束，間距200mm，最低T5 距油面200mm；油盤中熱電偶束自油盤底部中心位置，豎直間隔10mm，水平間隔10mm，依次排布；油盤側壁熱電偶自油盤底部間距10mm，依次排布。

（二）油品、滅火劑與泡沫噴頭的選擇

試驗變壓器型號選擇的是昆侖潤滑油公司生產的KI25X 型，這是目前國內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）工況設計

試驗在裝有頂部排煙凈化裝置的4m×8m×4m 的房間內進行，忽略環境風速影響，試驗環境溫度在10±5℃。試驗工況如表1。

（四）試驗步驟

向油盤內注入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90s 后，施放滅火劑（聯用情況下，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，此時認定滅火成功且無復燃風險。期間使用熱電偶記錄火焰溫度、油溫、壁溫變化；使用天平記錄油盤整體質量變化和干粉罐施放前后質量差；使用攝像機記錄滅火全過程火焰羽流形態變化。

二、實驗結果與分析

啟動單一的泡沫噴霧滅火系統，在滅火過程中出現了明顯的火焰加強現象如圖2，持續噴射一段時間后火焰逐漸熄滅，在變壓器油燃燒達到穩定燃燒狀態后施加泡沫噴霧，液滴在落下后迅速蒸發壓低火焰溫度，但液滴落入油盤后會使油品劇烈沸騰，使油品的蒸發速率加速，增加了油品的燃燒速率，同時泡沫噴霧的噴射動能會增加空氣擾動，使油品蒸汽更充分地與新空氣混合，所以會出現火焰加強的情況。

在泡沫滅火過程中，滅火時間會隨著初始油溫的升高而明顯增長，具體數據見圖3（d），初始油溫越高，火焰能更快達到穩定燃燒狀態，且燃燒速率更快。

在圖3（a）中，使用庚烷引燃變壓器油后經過約90s 達到穩定燃燒狀態，在施放泡沫后迅速被熄滅，沒有出現火焰溫度再升高的現象，火焰被迅速熄滅。在圖3（b）中，初始油溫為220℃的狀態下，引燃后火焰只經過約20s 迅速達到穩定燃燒狀態。在泡沫施放后，火焰溫度出現明顯的先下降后反彈的現象，對應了滅火過程中的火焰增強現象，并經過泡沫31s 的持續噴放才熄滅。在圖3（c）中，初始油溫為300℃的狀態下，油品發生自燃現象，火焰迅速升溫達到穩定燃燒狀態，在施加泡沫后，火焰上層溫度出現了迅速升高的現象，火焰下層溫度受液滴蒸發影響而壓低，但油品也因液滴落入油盤中而沸騰，加速蒸發，而油品蒸汽受擾動后向上擴散，在上層與空氣更充分混合，燃燒更為劇烈。在滅火過程中火焰溫度出現多次溫度反彈現象，經過84s 明火熄滅。

三、結語

通過對比不同初始油溫工況下的泡沫噴霧滅火系統的滅火效能發現：泡沫噴霧的滅火過程會出現明顯的火焰加強情況，且隨著初始油溫的升高，滅火時間隨之增長；及時施放泡沫能迅速降低油盤上方溫度場溫度、油品溫度甚至油盤的壁面溫度，而且能使泡沫迅速覆蓋油面，使可燃蒸汽與空氣隔離，有效防止油品復燃的發生。