泡沫噴霧滅變壓器油火試驗研究

摘要：為了探究泡沫噴霧滅火系統在變壓器油火應用場景中的滅火效能，在70℃～300℃初始油溫的工況下使用泡沫噴霧滅火系統對變壓器油火進行滅火研究。研究發現，單一系統的滅火效能會隨初始油溫的升高而降低，泡沫噴霧施放能熄滅火焰，也能較快降低火焰溫度與油品溫度，能有效防止復燃發生。

關鍵詞：變壓器油；泡沫噴霧；滅火試驗

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?，F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。

參考文獻：

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[5]李姝.干粉滅火劑滅火效能的研究[J].消防科學與技術，2018，37（07）： 954-957.

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[10]王馨，嚴震海，武紅梅.水成膜泡沫與超細干粉滅火劑聯合滅火試驗[J].船海工程， 2017， 46（03）： 41-5+9.

作者簡介：王鵬舉（1997—），男，湖北隨州人，碩士研究生，研究方向：防火工程。