油品燃燒溫度與泡沫滅火供給強度關(guān)系的研究

杜明輝

摘要：本文研究了泡沫供給強度與油面燃燒溫度之間的關(guān)系。實驗以燃燒溫度為變量，測試對應(yīng)的泡沫滅火劑最佳供給強度值。通過此實驗及分析，掌握了泡沫滅火劑在高溫油面和燃燒油面鋪展時的相關(guān)數(shù)據(jù)，使我們更加深入了解泡沫的滅火過程，并豐富了泡沫鋪展理論的研究內(nèi)容?？蔀榛馂?zāi)現(xiàn)場泡沫滅火劑用量以及供給強度的選擇提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：油品燃燒溫度； 泡沫供給強度； 泡沫混合液用量

1 引言

當(dāng)發(fā)生油品火災(zāi)后，合理選擇滅火劑是成功撲救火災(zāi)的關(guān)鍵。目前，常用泡沫滅火劑對油罐火災(zāi)進行撲救。由于不同泡沫產(chǎn)品所使用的發(fā)泡劑、活性劑、泡沫穩(wěn)定劑、抗凍劑的種類以及配比不同，加之不同種類油品燃燒時的表面溫度有所差異，導(dǎo)致泡沫滅火劑在鋪展速度、泡沫穩(wěn)定性、滅火效果等方面產(chǎn)生了不同的效果。而在影響泡沫滅火效果的諸多因素中，泡沫滅火劑的供給強度是最為直觀的影響因素，通過對供給強度的調(diào)整可在一定范圍內(nèi)改變泡沫滅火劑的滅火效率。本文通過實驗研究了燃燒溫度、泡沫混合液供給強度以及滅火時間三者之間的關(guān)系。

2 實驗變量及實現(xiàn)方式

對于某一油品火災(zāi)，應(yīng)當(dāng)存在一個最佳泡沫供給強度值，既滿足在較短時間內(nèi)撲滅火災(zāi)又能夠減少泡沫液的使用量。本文以柴油作為實驗燃料，以水成膜泡沫滅火劑作為滅火介質(zhì)，以燃燒的油面溫度作為變量，研究油品燃燒溫度與最佳泡沫供給強度之間的關(guān)系。

2.1 油品燃燒溫度

實驗使用直徑為0.55m的圓形油盤進行實驗，燃燒的油面溫度這一變量通過噴射泡沫滅火劑前油品的預(yù)燃時間來實現(xiàn)，實驗設(shè)定預(yù)燃時間分別為1min、4min、7min。

2.2 泡沫混合液供給強度

對達到不同燃燒溫度的油品，采用不同的泡沫混合液供給強度進行滅火，得到若干組泡沫混合液供給強度與滅火時間的對應(yīng)關(guān)系，并進行擬合確定最佳泡沫混合液供給強度。因此，在實驗中需要實現(xiàn)不同流量的泡沫滅火劑噴射。實驗中的泡沫噴射裝置分為兩部分，即動力裝置和變流量泡沫槍。

泡沫動力裝置是按照GB15308-94《泡沫滅火劑通用技術(shù)條件》中的低倍數(shù)泡沫產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)置的，如圖1所示。驅(qū)動系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成：空氣壓縮機、進氣管、耐壓儲罐、壓力表、泡沫液輸送管以及可調(diào)節(jié)支架[27]。使用時，將配置好的泡沫混合液倒入耐壓儲罐中，對儲罐進行密封，并進行氣密性檢查。打開空氣壓縮機向儲罐內(nèi)輸送壓縮空氣直到儲罐的壓力達到0.8MPa。此時打開空氣泡沫槍的閥門即可向外噴射泡沫。

實驗時所選用的泡沫槍是《泡沫滅火劑通用技術(shù)條件》中的標(biāo)準泡沫槍。該標(biāo)準泡沫槍的發(fā)泡原理是負壓式發(fā)泡，在泡沫槍的前端設(shè)置流量調(diào)節(jié)旋鈕，通過調(diào)節(jié)旋鈕可以改變槍體上的開口大小，進而改變泡沫噴射流量。

3 實驗結(jié)果及分析

3.1 預(yù)燃時間1min的實驗情況

對數(shù)據(jù)采集儀采集的數(shù)據(jù)進行讀數(shù)，各組實驗中，對油面上三個不同位置進行溫度測試，對所得溫度值取平均值，將其確定為油面燃燒溫度，柴油燃燒1min時，油面平均溫度為175.4℃。采用不同供給強度的AFFF滅火，泡沫混合液供給強度與滅火時間的關(guān)系如表1所示。泡沫混合液供給強度及滅火時間的關(guān)系如圖2所示。

對實驗所得的數(shù)據(jù)進行回歸分析，選擇指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)等形式的回歸類型，發(fā)現(xiàn)采用冪函數(shù)進行擬合后得到的擬合度值最高，為0.9675。第一組實驗數(shù)據(jù)擬合所得到的曲線如圖3所示。

擬合后得到的指數(shù)函數(shù)具有較好的擬合度。當(dāng)泡沫混合液供給強度趨于無窮大時，滅火時間趨于0，這符合泡沫滅火的實際情況。擬合得到的冪函數(shù)為。從表1和圖4中可以看出，當(dāng)泡沫混合液供給強度達到5.06L/min·m2時，撲滅油盤火用時19.8s，當(dāng)繼續(xù)增加混合液供給強度時，滅火時間雖然減少，但下降的趨勢明顯放緩。通過計算撲救火災(zāi)的泡沫混合液用量可知，當(dāng)泡沫混合液供給強度大于5.06L/min·m2后，泡沫混合液用量有所增加。通過以上分析，將最佳混合液供給強度確定為5.06L/min·m2。

3.2 預(yù)燃時間4min的實驗情況

柴油燃燒至4min時，油面平均燃燒溫度值為239.6℃。采用AFFF滅火所得的泡沫混合液供給強度與滅火時間的關(guān)系如表2所示。混合液供給強度及滅火時間的關(guān)系如圖5所示。

對實驗數(shù)值擬合得到的函數(shù)為y=146.52×x-09892，函數(shù)擬合度值R2為0.96，函數(shù)具有較好的擬合度。對表2以及圖7進行分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)泡沫混合液供給強度達到7.46L/min·m2時，滅火時間為16.6s。當(dāng)繼續(xù)增加泡沫混合液供給強度時，滅火時間有所下降，但下降趨勢明顯變緩。通過計算泡沫混合液用量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混合液供給強度大于7.46 L/min·m2時，滅火所需泡沫混合液量有增加的趨勢。綜合以上分析，將預(yù)燃時間4min情況下的AFFF最佳混合液供給強度確定為7.46L/min·m2。

3.3 預(yù)燃時間7min的實驗情況

柴油燃燒時間為7min時，測得的油面平均溫度值為317.4℃。采用AFFF滅火，泡沫混合液供給強度與滅火時間的關(guān)系如表3所示，混合液供給強度及滅火時間的關(guān)系如圖8所示。

圖9所示為預(yù)燃時間7min實驗的回歸分析。擬合得到混合液供給強度和滅火時間之間的關(guān)系為y=241.64×x-1.1936，擬合度值為0.9809，說明公式的擬合度較好。對該組實驗結(jié)果進行分析，當(dāng)泡沫混合液供給強度為8.37L/min·m2時，滅火時間為16s。繼續(xù)增大混合液供給強度時，滅火時間下降的趨勢有所放緩，且當(dāng)混合液供給強度大于8.37L/min·m2時，滅火所需泡沫混合液量有所增加。綜合以上兩方面原因進行判斷，將柴油預(yù)燃7min時，AFFF的最佳混合液供給強度確定為8.37L/min·m2。

實驗測試了在同一燃燒面積下，當(dāng)改變油品的前期預(yù)燃時間時，AFFF最佳混合液供給強度的變化情況。通過實驗結(jié)果可以看出，改變柴油的前期燃燒時間造成了油面溫度有所差異，進而改變了滅火劑的最佳混合液供給強度值。實驗結(jié)果如表4。

由表4可以看出，在三個不同燃燒溫度的油盤中，最佳泡沫混合液供給強度對應(yīng)的滅火時間范圍均在16～20s之間，隨著油面燃燒溫度的上升，撲救相同燃燒面積柴油火時，AFFF混合液供給強度以及滅火所需混合液用量呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢。

4 結(jié)論

本章通過實驗研究了油品燃燒溫度、泡沫混合液供給強度和滅火時間三者的關(guān)系，得到如下結(jié)論：

（1）對相同燃燒面積和燃燒溫度的柴油進行火災(zāi)撲救，泡沫混合液用量會隨著泡沫供給強度發(fā)生變化。當(dāng)供給強度值由小變大時，泡沫混合液用量存在先減少后增加的變化趨勢，即存在一泡沫用量最少的點。

（2）從滅火時間的變化趨勢來看，對相同燃燒面積相同燃燒溫度的柴油進行火災(zāi)撲救，滅火時間會隨著泡沫混合液供給強度的增加而減少。但滅火時間減小的速率會隨著供給強度的增加而降低，二者呈冪函數(shù)的關(guān)系。

（3）最佳泡沫混合液供給強度隨著油品燃燒溫度的上升而升高，實驗中，柴油燃燒溫度為175.4℃時，AFFF最佳混合液供給強度為5.06L/min·m2；當(dāng)柴油燃燒溫度為239.6℃時，AFFF最佳混合液供給強度為7.46L/min·m2；當(dāng)柴油的燃燒溫度為317℃時，AFFF最佳混合液供給強度為8.37L/min·m2。

（4）從實驗結(jié)果來看，隨著油面燃燒溫度的上升，撲救相同面積的柴油火時，所用到的泡沫混合液量有所增加。

（5）泡沫滅火劑釋放之前油品燃燒時間的增加會導(dǎo)致油面溫度上升。撲救燃燒時間較長的油品火災(zāi)時，應(yīng)在規(guī)范基礎(chǔ)上適當(dāng)提升泡沫滅火劑的供給強度，保證得到較好的滅火效果，同時，滅火也需要更多的泡沫混合液用量。