移動式壓縮氣體泡沫滅火裝置性能研究*

談龍妹，焦金慶，郎需慶，吳京峰，尚祖政，王俊楊，楊 勇

(1.中國石化青島安全工程研究院化學品安全控制國家重點實驗室，山東青島 2660712.浙江舟山西云凈業(yè)應急產(chǎn)業(yè)有限公司，浙江杭州 311100)

0 前言

目前，石化煉化裝置、加油站、油庫等場所使用的滅火器材常采用負壓式泡沫滅火器。負壓式泡沫滅火器是泡沫混合液的高速流體在泡沫產(chǎn)生器內(nèi)形成負壓，依靠文丘里效應從外部吸入空氣進入泡沫混合液內(nèi)。因為混合液與空氣主要是在短暫的噴射過程中進行混合，因此形成的氣泡處于亞穩(wěn)狀態(tài)，泡沫不均勻，泡沫層容易破碎，穩(wěn)定性差。而壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)是將壓縮氣體注入泡沫混合液中發(fā)泡，能形成均勻細膩穩(wěn)固的泡沫，泡沫的滅火效率高，泡沫及消防水的消耗量低。但市場上現(xiàn)有的系列壓縮氣體泡沫滅火裝置，主要是3 L、6 L的手提式壓縮氣體泡沫滅火器，泡沫液填充量少，滅火能力有限。因此，開發(fā)能快速移動，且泡沫液填充量高的多用途壓縮氣體滅火裝置至關(guān)重要。

本文設計開發(fā)了一種輕便移動、操作簡單的可應用于加油站、罐區(qū)、裝置區(qū)等保護場所的大容量移動式壓縮氣體泡沫滅火裝置。通過考察泡沫發(fā)生器出口管徑大小、軟管卷盤長度、氣液比等參數(shù)，實現(xiàn)了泡沫發(fā)生器等關(guān)鍵部件參數(shù)的最優(yōu)化設計。而且測試了該滅火裝置樣機的泡沫混合液平均流量、25%析液時間、滅火時間等性能參數(shù)，為其在石油化工等消防領域的實踐應用提供理論支持。

1 試驗部分

1.1 裝置介紹

圖1為泡沫混合液填充量為200 L的移動式壓縮氣體泡沫滅火裝置實物圖。該滅火裝置主要由電動托盤搬運車、泡沫混合液儲罐、泡沫混合液、液位計、氣瓶組、減壓閥、干/濕切換閥、加液閥、排氣閥、儲罐壓力表、泡沫發(fā)生器、泡沫軟管卷盤、操作面板和保護罩等組成。

圖1 200 L移動式壓縮氣體泡沫滅火裝置

泡沫發(fā)生器是該移動式滅火裝置的關(guān)鍵部件，是一種勻泡、穩(wěn)流、高動能混合發(fā)泡裝置，見圖2。泡沫發(fā)生器一端與泡沫混合液儲罐出口相連，另一端與泡沫軟管卷盤直接連接，并固定在泡沫儲罐的上方。泡沫混合液通過泡沫發(fā)生器時，在泡沫噴嘴的作用下，噴射到擾流器上形成霧狀液流。此時一定量壓縮氣體通過干/濕切換閥進入到泡沫發(fā)生器中，與霧狀液流混合碰撞，在混合腔中充分混合，并產(chǎn)生泡沫，進入到消防卷盤。此時打開泡沫槍開關(guān)，對準燃燒物進行噴射。

圖2 泡沫發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意

1.2 儀器設備及燃料

所需要的儀器有：移動式壓縮氣體泡沫滅火裝置、插桶泵、泡沫泵、析液器、鐵架臺、臺秤、電子天平、秒表、塑料桶、油盤孔直徑3.6 m、高1.5 m，10A木垛。

燃料：120#溶劑油。

1.3 試驗方法

噴射距離、A類火滅火試驗按GB 8109-2005《推車式滅火器》試驗執(zhí)行。

發(fā)泡倍數(shù)、25%析液時間按GB 15308-2006《泡沫滅火劑》試驗執(zhí)行。

1.3.1泡沫混合液平均流量測試步驟

a)將移動式壓縮氣體滅火裝置移至試驗現(xiàn)場，靜置20～30 min。

b)按照移動式壓縮氣體滅火裝置的使用要求，將滅火裝置的閥門開至最大；手持泡沫槍，并將控制閥開啟到最大進行噴射，待泡沫穩(wěn)定后，用塑料桶收集泡沫，并同時用秒表計時。

c)待塑料桶充滿泡沫后，停止計時，記錄時間；并用塑料尺刮平塑料桶桶口泡沫，稱重。

d)泡沫混合液平均流量按如下公式計算：

L=m/t×60

式中：L——泡沫混合液平均流量，L/min；

m——泡沫混合液質(zhì)量，kg；

t——塑料桶收集滿泡沫的時間，s。

e)重復2次試驗，取3次試驗平均值為測定結(jié)果。

1.3.2B類火滅火性能測試步驟

a)將試驗油盤放置在地面上并保持水平，使油盤處于泡沫噴出口的下風向。

b)將移動式壓縮氣體泡沫滅火裝置移動至油盤附近；并將泡沫軟管卷盤的固定螺釘松開，拉取噴射軟管至一定長度，并確保噴射槍處于關(guān)閉狀態(tài)。

c)打開氣體瓶組閥門，泡沫混合液儲罐壓力保持在0.7 MPa。

d)選擇要噴射的泡沫狀態(tài)(按下干/濕泡沫轉(zhuǎn)換裝置的按鈕，可以發(fā)出濕泡沫；拉開干/濕泡沫轉(zhuǎn)換裝置的按鈕，可以發(fā)出干泡沫)。

e)在油盤中加入橡膠工業(yè)用溶劑油400 L。加入燃料在5 min內(nèi)點燃，預燃(60±2)s后，手持泡沫槍對準火焰根部噴射泡沫，并同時用秒表計時；待火焰全部熄滅，停止計時，記錄滅火時間。

f)重復2次試驗，取3次試驗平均值為測定結(jié)果。

g)滅火結(jié)束后，關(guān)閉氣體瓶組閥門；通過放氣閥將泡沫混合液儲罐內(nèi)的氣體排出，然后對設備進行復原操作。

2 結(jié)果和討論

2.1 滅火裝置關(guān)鍵組件參數(shù)設定

2.1.1泡沫出口管徑的影響

泡沫出口管徑的大小直接影響泡沫噴射距離和泡沫性能。為了確定泡沫出口合適的管徑尺寸，測試了不同管徑大小對泡沫性能的影響，結(jié)果見表1。

表1 泡沫出口管徑大小對泡沫性能的影響

從表1中可看出，泡沫噴射距離隨泡沫出口管徑的變大而逐漸減小。當泡沫出口管徑為35.0 mm時，泡沫穩(wěn)定、細膩、均勻，其噴射距離為16.2 m。因此，最終本產(chǎn)品選用的泡沫出口管徑為35.0 mm。

2.1.2軟管卷盤長度的影響

泡沫混合液在泡沫發(fā)生器中通過擾流器產(chǎn)生霧狀液滴，與進入的壓縮氣體混合后形成泡沫進入到軟管卷盤中，泡沫在軟管卷盤中進一步充分混合，其管線越長，泡沫混合得越均勻、穩(wěn)定。表2是滅火裝置消防軟管卷盤管線長度對泡沫狀態(tài)的影響。

從表2中可看出，當管線長度達到30 m以上時，發(fā)泡倍數(shù)為8.0，泡沫均勻、細膩、穩(wěn)定，泡沫處于理想狀態(tài)，說明此時泡沫混合液在軟管卷盤中氣液混合較充分。因此，最終本產(chǎn)品選用的軟管卷盤長度為30 m。

表2 軟管卷盤管線長度對泡沫性能的影響

2.1.3氣液比的影響

泡沫發(fā)生器是該移動式滅火裝置的關(guān)鍵部件，泡沫混合液與壓縮氣體在泡沫發(fā)生器中混合，產(chǎn)生泡沫。通過改變氣體節(jié)流孔徑，可以調(diào)變接氣孔板體積，進而改變進入混合腔中氣體的流量，簡捷方便地進行氣液比的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)干、濕泡沫的靈活切換。

表3是滅火裝置不同氣液比對泡沫性能的影響。從表3看出，充裝同樣體積的泡沫混合液，由于泡沫發(fā)生器的氣液比不同，其泡沫各項性能指標差異較大。當氣液比較小時，氣量低，影響發(fā)泡，泡沫呈濕態(tài)；當氣液比較大時，需加大氣量，但氣源不足，影響泡沫的細膩勻均性。因此，最終該裝置氣液比比值選用8.5∶1。

表3 不同氣液比下對泡沫性能的影響

2.2 滅火裝置性能參數(shù)研究

2.2.1泡沫混合液平均流量與噴射距離

表4是移動式壓縮氣體滅火裝置泡沫混合液平均流量與噴射距離的數(shù)據(jù)。泡沫混合液平均流量指的是單位時間內(nèi)，從泡沫槍噴出的泡沫液質(zhì)量。噴射距離指的是在泡沫槍控制閥完全開啟狀態(tài)下，泡沫噴出的最遠點與泡沫槍槍口之間的水平距離。從表4可以看到，在干、濕泡沫2種噴射狀態(tài)下，泡沫混合液平均流量分別為21.8，40.7 L/min，噴射距離分別為15.2，18.0 m。相同時間內(nèi)，由于濕泡沫含水量較高，因此泡沫混合液流量較大。而市場上常用的手提式正壓滅火器的平均流量一般都≤10 L/min。較大的泡沫液噴射流量和較長的噴射距離，有利于提高滅火效率，減少火災損失，最大可能地避免事故擴大。

表4 滅火裝置泡沫混合液平均流量和噴射距離

2.2.2發(fā)泡倍數(shù)與25%析液時間

泡沫滅火的原理是泡沫混合液與氣體混合后形成泡沫層，覆蓋在著火液面上，通過降低油面溫度、抑制油面揮發(fā)、隔離氧氣等方式完成滅火。原則上發(fā)泡倍數(shù)越高，形成的泡沫層越厚。但發(fā)泡倍數(shù)太高，泡沫含水量太少，不利于水膜的形成。而且由于油燃燒造成向上的氣流，若泡沫太輕則容易被氣流帶走。泡沫層的質(zhì)量決定著泡沫的滅火性能。

表5是滅火裝置噴射出的泡沫發(fā)泡倍數(shù)、25%析液時間數(shù)據(jù)。從表5看到，干泡沫發(fā)泡倍數(shù)、25%析液時間分別為14.3，12.0 min；濕泡沫發(fā)泡倍數(shù)、25%析液時間分別為7.0，8.1 min。根據(jù)消防規(guī)范要求，B類火災常采用低倍數(shù)泡沫(≤20)實施滅火，該裝置噴射出的干、濕兩種狀態(tài)的泡沫均滿足標準要求。而且干泡沫的25%析液時間高達12.0 min，析液時間越長，其泡沫的穩(wěn)定性越高，滅火后的抗復燃能力越強。因此利用該移動式壓縮氣體滅火裝置和組合聯(lián)用的泡沫混合液可以滿足針對加油站、罐區(qū)和裝置區(qū)等石化場所的小規(guī)模初期火災。

表5 滅火裝置泡沫混合液發(fā)泡倍數(shù)和25%析液時間 min

2.2.3滅火性能

以10A木垛火作為移動式壓縮氣體滅火裝置撲滅A類火試驗模型，按照GB 8109-2005《推車式滅火器》標準，測試了其滅火性能。試驗結(jié)果表明，該滅火裝置可以成功撲滅A類火，且10 min之后未復燃。

表6是移動式壓縮氣體泡沫滅火裝置和同體積的負壓式滅火裝置滅B類火的滅火性能參數(shù)表。從表6看到，在泡沫混合液噴射流量相同的條件下，200 L負壓式滅火裝置的滅火時間為180 s，而同體積的移動式壓縮氣體泡沫滅火裝置滅火時間為80 s，滅火時間僅是負壓式泡沫滅火器滅火時間的44%。

表6 不同泡沫滅火裝置滅火性能比較

3 結(jié)論

本論文研制了多功能、可快速移動的壓縮氣體泡沫滅火裝置。該裝置的泡沫發(fā)生器能實現(xiàn)氣液兩相按比例自動混合，干、濕泡沫靈活切換，并且噴射出的泡沫均勻、細膩、穩(wěn)定，具有覆蓋和滅火雙重功能。該類滅火裝置的滅火時間僅是同體積負壓式泡沫滅火裝置滅火時間的44%。研發(fā)新型移動式壓縮氣體泡沫滅火裝置不僅能降低火災的風險，減輕環(huán)境污染、節(jié)約水資源，而且還能促進滅火器材的升級換代，具有重要的技術(shù)創(chuàng)新意義。另外通過改變泡沫液種類以及泡沫發(fā)生器結(jié)構(gòu)，可以裝配成不同規(guī)格型號的各類滅火器材。未來將在增大泡沫混合液儲罐容積、提高滅火裝置的爬坡性能、改變壓縮氣體供氣源等方面進一步開展研究，爭取能開發(fā)出噴射流量更大、滅火能力更強、應用更方便的快捷移動滅火裝置，提升我國在應急消防領域的處置能力。