?外加風量作用下高壓細水霧雙噴頭對射滅火效果試驗研究

張松

摘要：利用全開放式小型高壓細水霧滅火裝置組織開展了兩種不同油量的油盤在外加風量作用下的燃燒滅火試驗，通過觀察高壓細水霧雙噴頭在外加風量作用下的對射滅火效果，實時采集高壓細水霧滅火過程中的視頻圖像與溫度變化數(shù)據(jù)，并對比分析自由燃燒狀態(tài)下的正常油盤火，對高壓細水霧撲滅變壓器油池火的實際效果做出了有效的量化評估。

關鍵詞：外加風量；高壓細水霧；雙噴頭；油池火

近年來，隨著救援隊伍滅火救援實戰(zhàn)能力的不斷提升，高壓細水霧作為一種新型消防滅火系統(tǒng)逐漸被人們所熟知，在實戰(zhàn)處置過程中具有滅火效率高、排煙效果好且滅火后對環(huán)境無污染等特點。目前，劉世霖通過細水霧對油池火的抑制過程，研究了細水霧在不同壓力、風機在不同轉(zhuǎn)數(shù)下對油池火的實際滅火效果的影響，當風機低速運轉(zhuǎn)時，細水霧撲滅油池火的實際效果得到了顯著的改善[1]。賈海林通過分析改性細水霧特征參數(shù)，利用模擬仿真滅火試驗平臺對不同質(zhì)量分數(shù)的改性細水霧熄滅煤油火的處置效果進行了分析，結(jié)果表明，改性后細水霧噴射出的滅火劑表面張力顯著降低，與起火物質(zhì)的接觸更為充分[2]。李冬研究了細水霧滅火過程中的相關滅火機理，通過實驗發(fā)現(xiàn)在使用細水霧進行火災處置的初期，火焰強化的現(xiàn)象非常普遍[3]。杜文鋒研究了燃燒熱釋放速率和腔室開口面積對細水霧滅室內(nèi)池火的實際影響，當燃燒室開口面積一定時，滅火時間隨池火燃燒熱釋放速率先減小后增大；當燃燒室全封閉時，其滅火時間隨燃燒熱釋放速率的降低也隨之下降[4]。張慧研究了高壓細水霧滅火系統(tǒng)的滅火效果，應用小尺寸實驗的方法搭建了高壓細水霧滅火系統(tǒng)實驗研究平臺，通過一系列的實驗，研究了高壓細水霧處置AB類火災的實際效果[5]。

基于以上研究，本文通過構(gòu)建全開放式小型高壓細水霧滅火裝置，設計開展了兩種不同油量的油盤在外加風量作用下的燃燒滅火試驗，實驗過程中通過采集視頻圖像、溫度等變化數(shù)據(jù)，觀察高壓細水霧雙噴頭在外加風量作用下的對射滅火效果，并對比分析自由燃燒狀態(tài)下的正常油盤火。最終對應用高壓細水霧撲滅油池火的有效性提出了切實有效的建議。

1 試驗方案

1.1? 試驗工況

此次試驗采用加裝了外加風機的高壓細水霧雙噴頭對射裝置，并采用在風機底部加高的方式，確保油盤中心附近風速保持相對穩(wěn)定。該試驗裝置由對稱的高壓細水霧噴頭組成，利用不銹鋼管進行管路供水，高壓細水霧泵管路工作壓力在10MPa以上。實驗過程中采用40cm×40cm×10cm的方形油盤進行了三次平行燃燒試驗，以汽油為燃燒物，依次觀察記錄油盤內(nèi)部火焰的燃燒狀態(tài)。

1.2? 試驗數(shù)據(jù)采集

試驗采用一臺全彩POE攝像機實施圖像采集，并實時記錄火焰形態(tài)與實際滅火效果；采用一臺熱成像半球型網(wǎng)絡攝像機進行火焰紅外圖像采集；用Tecman TM826葉輪分體式風速計測量油盤中心的風速，記錄相應外加風量的數(shù)值；采用5根K型鎧裝熱電偶進行試驗過程中的火焰溫度采集，離油盤上方最近處的熱電偶編號為1，最遠處編號為5。

1.3? 試驗設計

為保證實驗的精確性，本文所述實驗內(nèi)容全部同步設置三組同步實驗，分別比較了定量的油盤火在自然熄滅與外加高壓細水霧作用下的試驗情況。試驗組別設計如表1所示。

2 試驗過程及分析

2.1? 試驗過程

2.1.1? 自然熄滅對比試驗

試驗準備：向方形油盤注入1.0L汽油，滅火系統(tǒng)處于關閉狀態(tài)，攝像機與紅外熱成像開始錄像，其他試驗輔助設備就位。

開始點火：利用電子點火器進行點火。

燃燒時間：油盤內(nèi)油面全部燃燒后開始計時，使油盤內(nèi)的汽油充分燃燒，達到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，最后使其自然熄滅，記錄燃燒時間。試驗過程如圖1所示。

2.1.2? 雙1.0噴頭燃燒試驗

試驗準備：向方形油盤注入1.0L汽油，滅火系統(tǒng)處于待工作狀態(tài)，攝像機與紅外熱成像開始錄像，其他試驗輔助設備就位。

開始點火：利用電子點火器進行點火。

預燃時間：油盤內(nèi)油面全部燃燒后開始計時，使油盤內(nèi)的汽油充分燃燒，達到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，記錄預燃時間。

滅火時間：待油火充分預燃，啟動高壓細水霧滅火系統(tǒng)，觀察火焰在細水霧作用下的燃燒變化，并記錄滅火時間。試驗過程如圖2所示。

2.1.3? 雙2.0噴頭燃燒試驗

試驗準備：向方形油盤注入1.0 L汽油，滅火系統(tǒng)處于待工作狀態(tài)，攝像機與紅外熱成像開始錄像，其他試驗輔助設備就位。

開始點火：利用電子點火器進行點火。

預燃時間：油盤內(nèi)油面全部燃燒后開始計時，使油盤內(nèi)的汽油充分燃燒，達到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，記錄預燃時間。

滅火時間：待油火充分預燃，啟動高壓細水霧滅火系統(tǒng)，觀察火焰在細水霧作用下的燃燒變化，并記錄滅火時間。試驗過程如圖3所示。

2.2? 試驗分析

2.2.1? 試驗1與試驗2溫度數(shù)據(jù)對比

對比試驗1～2在同等試驗工況下，通過有無外加滅火系統(tǒng)的區(qū)別，對比分析高壓細水霧滅火系統(tǒng)不同風速條件下對撲滅油盤火實際處置效果的影響。實驗過程中的溫度對比如圖4所示。

a? 自燃溫度

b? 雙噴頭K=1.0噴頭試驗溫度

從圖4可以看出，高壓細水霧具有良好的冷卻降溫、隔離熱輻射作用，相比于自然熄滅試驗過程中的測量結(jié)果，整體環(huán)境溫度顯著降低。

2.2.2? 試驗2與試驗3溫度數(shù)據(jù)對比

對比試驗2～3在同等試驗工況下，通過系統(tǒng)噴頭流量的區(qū)別，對比分析高壓細水霧滅火系統(tǒng)在外加風速下不同噴頭流量系數(shù)對處置油盤火災效果的影響。溫度對比如圖5所示。

a? 雙噴頭K=1.0噴頭試驗溫度

b? 雙噴頭K=2.0噴頭試驗溫度

如圖5所示，在泵組壓力相同的情況下，流量系數(shù)為2.0的噴頭比1.0的噴頭霧化效果要好；與此同時，高壓細水霧在噴頭流量系數(shù)較大的情況下，對油盤火焰的拉伸作用更為明顯，使得燃燒過程中油盤內(nèi)部火焰溫度上升速率顯著變慢，相較于1.0的噴頭，對火焰的降溫作用更為明顯。

3 結(jié)論

本文通過多次油盤火試驗，分別考察了在外加風速為3.5m/s條件下，自然熄滅與高壓細水霧滅火兩種不同情況下油盤內(nèi)部火焰的實際變化效果。結(jié)果表明，應用高壓細水霧滅火系統(tǒng)，即使在外加風速的影響下也能有效完成油盤火災的處置，并且與相同容量下的油品自然熄滅相比，實際滅火時間大幅縮短。

在外加風速為3.5m/s的條件下，通過安裝流量系數(shù)分別為1.0、2.0的細水霧噴頭，以此考察在管網(wǎng)壓力相同的情況下，不同流量噴頭的高壓細水霧滅火系統(tǒng)的實際滅火效果。實驗結(jié)果表明，在供水管網(wǎng)壓力相同的條件下，相比于流量系數(shù)為1.0的噴頭，流量系數(shù)為2.0的噴頭滅火效果更為良好，但在實際應用時要考慮現(xiàn)場管網(wǎng)實際供水能力，才能更好地發(fā)揮大流量系數(shù)噴頭的噴霧滅火實際效果。

參考文獻：

[1]劉世霖，江平，王旭.細水霧熄滅油池火行為研究[J].消防界（電子版），2020，6（8）：23-24.

[2]賈海林，李第輝，李小然.改性細水霧滅油池火有效性研究[J].安全與環(huán)境學報，2018，18（6）：2172-2176.

[3]李冬.細水霧熄滅油池火的機理研究[D].天津：河北工業(yè)大學，2015.

[4]杜文鋒，尹桂旭.細水霧滅室內(nèi)池火實驗研究[J].武警學院學報，2013，29（6）：5-7.

[5]張慧.高壓細水霧系統(tǒng)滅火效果的實驗研究[D].淮南：安徽理工大學，2016.

Experimental study on fire extinguishing

effect of high-pressure water mist with

double nozzles under external air volume

Zhang Song

（Hefei Municipal Fire and Rescue Brigade， Anhui Hefei 230094）

Abstract：The fire extinguishing test of two oil pans with different oil quantity under external air volume was carried out by the fully open small high-pressure water mist fire extinguishing device. The fire extinguishing effect of high-pressure water mist double nozzles under external air volume was observed. Real-time collection of video images and temperature change data in the process of high-pressure water mist fire suppression. The normal oil pan fire under the condition of free combustion is compared and analyzed. The practical effect of high-pressure water mist extinguishing transformer oil pool fire is evaluated quantitatively.

Keywords：external air volume; high-pressure water mist; double nozzles; pool fire