泡沫滅火劑對車用汽油油盤火的滅火性能研究*

包志明 陳旸 靖立帥 張憲忠 胡成 陳濤

(應急管理部天津消防研究所 天津 300381)

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速增長，汽油、柴油等成品油產量逐年攀升。2017年，我國汽油產量達到1.33億t，在成品油結構中的比例占到37%，汽油儲罐同時也呈現(xiàn)出規(guī)?；?、大型化趨勢[1]。然而，汽油作為一種甲類危險性液體，易揮發(fā)且閃點低，火災危險性極大[2]。據(jù)統(tǒng)計，在國內外80余起典型儲罐火災事故中，汽油儲罐發(fā)生火災事故的比例約占30%，此類儲罐發(fā)生火災后，泡沫滅火劑在滅火過程中存在滅火時間長、易復燃等撲救難題[3]。

消防人員在使用泡沫滅火劑進行火災處置時，不同泡沫滅火劑因配方組成、理化性能不同，其滅火性能存在較大差異。此外，根據(jù)《泡沫滅火劑》(GB 15308—2006)規(guī)定，目前我國在檢驗泡沫滅火劑滅火性能時，僅選用橡膠工業(yè)用溶劑油作為標準燃料進行滅火性能檢驗[4]。然而，汽油與橡膠工業(yè)用溶劑油在表面張力、飽和蒸汽壓、烴類組成等理化性能方面存在較大差異，滿足檢驗標準的泡沫滅火劑產品并不能保證在撲救汽油火災中具備有效的滅火效能。因此，有必要評估泡沫滅火劑對汽油的滅火性能，明確適用于撲救汽油火災的泡沫滅火劑類型。

本研究選取市場占有率較高的4種類型泡沫滅火劑作為實驗樣品，包括水成膜泡沫滅火劑(AFFF)、抗溶水成膜泡沫滅火劑(AFFF/AR)、氟蛋白泡沫滅火劑(FP)以及抗溶氟蛋白泡沫滅火劑(FP/AR)，通過4.52 m2標準油盤火開展滅火性能評估實驗，研究提出適宜撲救汽油火災的泡沫滅火劑品種，為石化企業(yè)和消防救援隊伍選用配備適宜的泡沫滅火劑提供有效的技術依據(jù)和科學指導。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

為保證實驗用泡沫滅火劑具有代表性和典型性，滅火劑樣品選自國內生產規(guī)模最大、市場占有率最高的泡沫滅火劑生產企業(yè)。根據(jù)調研結果，目前消防救援隊伍儲備較多的泡沫滅火劑品種為AFFF，F(xiàn)P，F(xiàn)P/AR與AFFF/AR?？紤]到實驗結果具有可比性，在篩選泡沫滅火劑樣本時，還兼顧了不同來源的同種泡沫滅火劑在滅火性能級別、混合比等條件的一致性，選用的滅火劑樣品具體如表1所示。

表1 實驗用泡沫滅火劑樣品

1.2 實驗設備及方法

實驗采用低倍數(shù)泡沫產生系統(tǒng)，泡沫溶液供給強度為2.5 L/(min·m2)，泡沫溫度控制在1 820 ℃。汽油滅火實驗方法參考《泡沫滅火劑》中“5.10.5.2強施放滅火試驗”，步驟如下：預燃1 min后開始供泡，不同泡沫滅火劑的供泡時間如表3所示，供泡結束后等待5 min，然后進行抗燒實驗，并記錄25%抗燒時間；其中FP/AR停止供泡后仍未滅火，未進行抗燒實驗。120#溶劑油滅火實驗過程與汽油油盤火類似，區(qū)別在于泡沫供給時間均為3 min。為全面準確評估泡沫滅火劑的滅火性能，本文將90%控火時間、滅火時間和25%抗燒時間作為滅火性能的評價指標，其中90%控火時間通過相對熱輻射通量變化曲線確定，熱輻射通量通過戈登式熱流傳感器R1記錄，熱流傳感器離地高度2 m，與油盤外沿水平距離1.8 m，熱流傳感器布置如圖1所示。

圖1 溫度及熱輻射測點布置

在泡沫滅火劑理化性能測定中，本研究采用R/S plus流變儀(美國Brookfield公司)測試剪切速率8 s-1條件下的泡沫粘度；采用K100C全自動表面張力儀(德國KRUSS公司)，通過吊片法測量泡沫溶液的表面張力。

2 結果與討論

2.1 泡沫性能

泡沫滅火劑的發(fā)泡倍數(shù)、25%析液時間、表面張力以及泡沫粘度是反映泡沫滅火劑性能的重要指標。本研究中泡沫滅火劑樣品的理化參數(shù)測試結果如表2所示，測試溫度范圍為18～20 ℃。

表2 泡沫滅火劑性能

表面張力是判斷泡沫溶液能否在燃料表面鋪展成膜的重要指標[5]。由表2可以看出，3%AFFF與6%AFFF/AR的表面張力較低，均低于17 mN/m。根據(jù)下述成膜條件[6]可知，當燃料的表面張力大于泡沫溶液表面張力和油水界面張力之和時，擴散系數(shù)S為正值，此時泡沫溶液可在燃料表面鋪展形成水膜。由表2實驗數(shù)據(jù)可知，3%AFFF與6%AFFF/AR溶液表面張力遠低于汽油表面張力，可在汽油表面鋪展形成水膜。

S=rfuel-rfoam-ri>0

式中,rfuel為燃料表面張力，rfoam為泡沫溶液表面張力，ri為油水間界面張力。

泡沫的流動性對其滅火性能有較大影響，而泡沫粘度是衡量泡沫流動性的重要參數(shù)依據(jù)[7]。由表2可以看出，6%AFFF/AR和3%FP/AR的泡沫粘度較大，這是因為抗溶性泡沫滅火劑中添加了可以形成膠膜的高分子多糖，增大了泡沫液膜的粘度。此外，高分子多糖還可以增強泡沫穩(wěn)定性能，提高泡沫的25%析液時間。

2.2 滅火性能

本實驗選用92#車用汽油，通過90%控火時間、滅火時間和25%控火時間等指標，對比分析3%AFFF，3%FP，6%AFFF/AR以及3%FP/AR等4種泡沫滅火劑的滅火性能。圖2為4種類型泡沫滅火劑的相對熱輻射通量變化情況，從圖中可以看出施加泡沫后汽油油盤火的相對熱輻射通量迅速降低，結合表3實驗數(shù)據(jù)，可知除FP之外，其他3種類型泡沫滅火劑均可在1 min內控制火勢，其中3%AFFF和6%AFFF/AR控滅火速度最快，6%AFFF/AR抗燒性能最佳，3%FP和3%FP/AR滅火性能最低，滅火時間均在4 min以上。

圖2 滅火過程中相對熱輻射通量隨時間變化情況

表3 不同泡沫滅火劑樣品滅火試驗結果對比 min

由表3可以看出，滅火性能達到IA級的6%AFFF/AR在滅汽油油盤火時同樣表現(xiàn)最佳，這是因為6%AFFF/AR泡沫施加在汽油表面后，可通過水膜和泡沫的雙重覆蓋作用快速控制并熄滅火勢，同時較高的泡沫穩(wěn)定性有助于提高抗燒性能，使其25%抗燒時間遠高于其他泡沫滅火劑樣品。對于3%AFFF而言，雖然該泡沫也可通過水膜快速控制并熄滅火勢，但由于AFFF析液速度較快，泡沫穩(wěn)定性能相對較差，致使在抗燒過程中泡沫很快發(fā)生破裂。3%FP和3%FP/AR因表面張力相對較高，尤其是3%FP，泡沫溶液表面張力大于20 mN/m，不具備在汽油表面成膜能力，僅依靠泡沫自身覆蓋作用難以抑制燃料蒸發(fā)，且較高的表面張力會降低泡沫的疏油能力，致使泡沫“帶油燃燒”，使得其滅火性能最低。

2.3 汽油火與標準燃料火滅火性能對比

表面張力、餾程、熱值等理化參數(shù)是影響烴類燃料滅火性能的主要因素。與《泡沫滅火劑》中規(guī)定的標準燃料相比，92#汽油和橡膠工業(yè)用溶劑油在理化性能方面的差異如表4所示。本研究選用3%AFFF-2#，3%FP-2#和3%FP/AR等3種泡沫滅火劑樣品，對92#車用汽油與橡膠工業(yè)用溶劑油進行滅火性能評估驗，結果如圖3所示。

表4 汽油與標準燃料的理化性能參數(shù)

(a)滅火時間比較

(b)25%抗燒時間比較

通過對比上述油盤火驗結果，可知3種泡沫滅火劑對汽油油盤火的滅火時間更長，25%抗燒時間更短，滅火難度更大。結合表4兩種燃料的理化參數(shù)可知，92#車用汽油含有C5輕烴組分，該組分碳鏈長度較短，分子間作用力小，泡沫在與汽油接觸、碰撞過程中，泡沫容易粘附汽油中的C5組分，從而增加泡沫的帶油燃燒性能，延長泡沫滅火時間。此外，92#車用汽油的餾程和閃點較低，燃料受熱后易于揮發(fā)，再加上短碳鏈組分更容易穿透泡沫層，致使泡沫對92#汽油的25%抗燒時間更短。

綜上所述，汽油油盤火的滅火難度更大，且更容易復燃。由于受到能源安全和環(huán)境保護等問題制約，我國正逐步推廣使用車用乙醇汽油。據(jù)測算，至2020年乙醇汽油消費量將超過1億t[8]。研究表明，車用乙醇汽油因含有水溶性液體乙醇，其火災兼具烴類和醇類火災特性，火災撲救難度更大。針對這一高速發(fā)展、用量巨大且滅火難度高的新型燃油，有必要對市售泡沫滅火劑進一步開展系統(tǒng)評估，合理確定當前固定泡沫滅火系統(tǒng)的設計參數(shù)。

3 結論

本研究選用3%AFFF，3%FP,3%FP/AR與6%AFFF/AR等4種泡沫滅火劑對汽油油盤火進行滅火性能評估，并與溶劑油標準油盤火的滅火性能進行對比研究，得出以下結論：

(1)所選用的4種類型泡沫滅火劑中，AFFF和AFFF/AR等成膜型泡沫滅火劑因表面張力較低，在燃料表面具備良好的成膜性能，其控滅火速度最快，且AFFF/AR泡沫穩(wěn)定性較高，抗復燃性能較佳，因此其滅火性能最優(yōu)；FP和FP/AR成膜性能和疏油性能較差，因此其滅火性能最低。石化企業(yè)和消防救援隊伍在撲救汽油火災時，宜選用AFFF和AFFF/AR。

(2)相比較標準燃料橡膠工業(yè)用溶劑油，汽油因含有分子鏈較短的輕烴組分，再加上汽油的餾程和閃點相對較低，因而汽油火滅火難度相對較大，石化企業(yè)可適當提高固定泡沫滅火系統(tǒng)的設防標準。

(3)隨著車用乙醇汽油的全面推廣，應進一步系統(tǒng)評估當前市售泡沫滅火劑對乙醇汽油滅火性能的評估研究，合理確定固定泡沫滅火系統(tǒng)的設計參數(shù)。