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固定式壓縮空氣泡系統(tǒng)的工程應用提供有利的技術支撐
昆山遠方機電設備有限公司 2016/2/16 15:30:00
試驗用泡沫滅火劑的滅火性能名稱混合比/%燃料滅火時間25%抗燒時間滅火性能級別橡膠工業(yè)用溶劑油工業(yè)丙酮橡膠工業(yè)用溶劑油液上噴射滅火試驗燃料為90車用汽油，車用汽油比標準火災試驗燃料橡膠工業(yè)用溶劑油餾程范圍更大，并且車用汽油雖然無明確閃點（一般在一50~10C之間），但是按GB5⑴16―2006建筑設計防火規(guī)范〉中的分類，應屬于非水溶性甲類液體18，目前市售的無鉛汽油中往往還會加入甲基叔丁基醚91，進一步增加了滅火難度。因此本文試驗選擇車用汽油作為試驗燃料，相當于選擇了一個相對較為苛刻和不利的滅火條件。壓縮空氣泡沫滅火技術是最近二十余年逐漸在國內外得到廣泛應用的一種新型泡沫滅火技術，核心部件是壓縮空氣泡沫系統(tǒng)，則可降低泡沫滅火劑儲備量和儲備空間，進一步凸顯了固定式壓縮空氣泡沫系統(tǒng)用于油罐火災防護的性能優(yōu)勢。因此，本研究采用模擬油罐滅火的方式，評價壓縮空氣泡沫系統(tǒng)用于液上噴射的技術可行性和有效性，從而為基金項目：國家科技支撐計劃課題
固定式壓縮空氣泡系統(tǒng)的工程應用提供有利的技術支撐。
1試驗材料和試驗方法1.1試驗材料GB50151―2010〈泡滅火系統(tǒng)設計規(guī)范中規(guī)定61，當采用液上噴射系統(tǒng)時，非水溶性甲、乙、丙類液體儲罐低倍數泡液應選用蛋白、氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜泡液；當選用水成膜泡液時，其抗燒水平不應低于現行國家標準GB15308―2006泡表1滅火劑規(guī)定的C級。用一套系統(tǒng)同時保護水溶性和非水溶性甲、乙、丙類液體的，必須選用抗溶泡液。綜合上述規(guī)定要求，本項研究中選用了經GB15308-2006〈泡滅火劑標準檢測合格的3%蛋白泡滅火劑（P）、6%氟蛋白泡滅火劑（FP）、3%水成膜泡滅火劑（AFFF）和3%抗溶水成膜泡滅火劑（AFFF/AR）作為試驗所用滅火材料71.按GB15308―2006〈泡滅火劑對上述幾種泡滅火劑的滅火性能的測試結果如下表1所示。
1.2試驗設備考慮到目前尚沒有專門的標準或小尺度模型可以有效評價泡滅火劑針對油罐火災的實際滅火性能，而進行油罐實體火災試驗則需要耗費大量試驗用燃料，一般的財力、物力很難保證進行多次重復性、規(guī)律性探索試驗，因此課題組設計了一個模擬油罐，以評價壓縮空氣泡產生方式用于固定式泡滅火系統(tǒng)的可行性（模擬油罐試驗示意圖如所示）。具體而言，模擬油罐為敞口設計，直徑1.7m，罐壁高1.7m.試驗中泡混合液流量固定為11.4L/min，而模擬油罐的截面積為2. 26m2，因此本研究中泡溶液供給強度為5L/（min m2）。此夕卜，在壓縮空氣泡進口處之后設置一泡旁路出口，便于試驗時測定發(fā)泡倍數，罐底設置排液管，以便于墊水層的放空。
試驗中使用的泡產生系統(tǒng)為課題組自行研制并符合GB27897―2011A類泡滅火劑標準要求的標準壓縮空氣泡系統(tǒng)1101，泡出口處使用30m長的軟管與模擬油罐的壓縮空氣泡進口連接。
油罐液上噴射壓縮空氣泡滅火的試驗方法如下：向油罐中加入自來水，使水層高度為1.2m.啟動標準壓縮空氣泡系統(tǒng)，調節(jié)系統(tǒng)壓力，使泡溶液出口流量維持在試驗要求的范圍內。）進一步調整標準壓縮空氣泡系統(tǒng)，使泡狀態(tài)至試驗要求的相應發(fā)泡倍數，記錄相關壓力參數。
向罐內加入90車用汽油，使水層上方的燃料層厚度維持在30mm.將罐內車用汽油點燃，同時啟動標準壓縮空氣泡沫系統(tǒng)。系統(tǒng)穩(wěn)定后開啟泡沫旁路出口閥門，試發(fā)泡倍數。預燃60s后，開啟泡沫入罐閥門施放滅火泡沫，并記錄90%控火時間和滅火時間。
2試驗結果與討論2.1不同供給強度的影響合比2/3條件下泡沫溶液供給強度對控、滅火效果的影響，試驗結果如表2所示。試驗結果表明，較高的泡沫供給強度可以獲得更好的滅火效果。雖然未進行更為細致的供給強度試驗，但可以初步判斷，5LAmin m2）已經接近臨界供給強度。GB50151―2010〈泡沫滅火系統(tǒng)設計規(guī)范〉中對非水溶性液體儲表2罐液上噴射系統(tǒng)的泡沫混合液供給強度規(guī)定為：蛋白6L/（minm2），氟蛋白、水成膜和成膜氟蛋白5L/（minm2）。本研究的試驗結果雖然并未體現出壓縮空氣泡沫產生方式在泡沫溶液供給強度方面的優(yōu)勢，但是試驗條件為設計混合比的2/3，可以推測在泡沫滅火劑用量方面，壓縮空氣泡沫滅火技術具備一定優(yōu)勢。此外，對這一試驗結果進一步引申可以認為在未來的固定式壓縮空氣泡沫系統(tǒng)用于油罐液上噴射工程設計中，蛋白泡沫滅火劑設計供給強度同樣應高于水成膜泡沫滅火劑。
不同泡沫液類型的影響不同供給強度的控。滅火性能試驗結果樣本編號混合比/%供給強度八1/！11一1 m一發(fā)泡倍數90%控火時間滅火時間10min未滅火實際上從表2中已經能夠初步體現出泡沫液類型對滅火性能的影響?？谷芩赡づ菽瓬缁饎┲泻蟹砻婊钚詣虼似錅缁鹦阅軆?yōu)于普通蛋白泡沫滅火劑，從表1的滅火性能級別上就可體現出這一點。具體到本試驗中，在3L/（minm2）供給強度下，雖然3%AFFF/AR的滅火時間長于3'55"，但3%表3 p在此供給強度下已無法滅火。為進一步明確泡沫液類型對滅火性能的影響，本研究還對3%AFFF和6%FP在供給強度相同條件下的控、滅火性能進行了比較試驗。本研究中所用泡沫滅火劑的控、滅火性能數據如表3所示。
對于90%控火時間，表3中數據體現出如下趨51/（min.m2）供給強度下的控。滅火性能試驗結果樣本名稱混合比/%供給強度八！/！1―1發(fā)泡倍數90%控火時間滅火時間驗結果還可以表述為：加入了氟表面活性劑的泡沫液，其控火性能優(yōu)于不添加氟表面活性劑的品種，而添加了氟表面活性劑的品種中，“成膜型”泡沫滅火劑優(yōu)于“非成膜型”泡沫滅火劑。依據當今的泡沫滅火劑配方技術水平，除蛋白泡沫滅火劑外，為提高其他用于B類火災撲救的低倍數泡沫滅火劑的滅火泡沫在油面上的流動性，均會在配方中加入氟表面活性劑組分，而所加入氟表面活性劑降低泡沫溶液表面張力的能力不同，又使泡沫滅火劑分為“成膜型”和“非成膜型”兩種。雖然是否“成膜”除取決于泡沫溶液本身表面張力以外，還取決于被保護液體的表面張力，但是泡沫溶液表面張力始終是決定滅火泡沫在油面流動性的關鍵因素，即針對同一種被保護液體而言，在相近發(fā)泡倍數條件下的泡沫溶液表面張力越低，滅火泡沫的在液面上的流動性越好。
雖未進行實際測試，但試驗中不同類型的泡沫滅火劑，其表面張力由低到高的順序應為：FFFAFFF/AR 對于本研究中AFFF/AR的控火時間長于AFFF這一情況，推測主要原因在于AFFF/AR中含有的高分子多糖類“抗醇”成分，導致在壓縮空氣泡沫產生方式下其泡沫粘度相對較高，在一定程度上弱化了AFFF/AR的“成膜”效果。而對于本研究中FP與P的控火時間較為接近這一情況，推測其主要原因在于壓縮空氣泡沫產生方式使蛋白型泡沫具備了極高穩(wěn)定性這一特點，弱化了氟蛋白泡沫流動性優(yōu)于蛋白泡沫這一特性，從而導致蛋白泡沫滅火劑和氟蛋白泡沫滅火劑在壓縮空氣液上噴射方式下的控火時間差異不大。
對于滅火時間，同樣遵從“成膜型”泡沫滅火劑優(yōu)于“非成膜型”泡沫滅火劑這一規(guī)律。而對于AFFF/AR的控火時間長于AFFF，滅火時間卻短于AFFF這一情況，推測其主要原因在于AFFF/AR的泡沫穩(wěn)定性優(yōu)于AFFF，從而較AFFF更易控制邊緣火，縮短了滅火時間。
2.3固定式壓縮空氣泡沫系統(tǒng)的有效性分析受經費和時間等因素限制，以及單個試驗樣本不具備整體代表性等原因，本文中在此實驗情況下尚未對更廣范圍下發(fā)泡倍數的影響和更多試驗樣本進行深入研究，須在后續(xù)研究中采用相對小尺度的大量基礎試驗對此問題進行深入探索和證實。
本研究的試驗結果仍具有較強的理論和現實意義，初步證明了固定式壓縮空氣泡沫系統(tǒng)采用液上噴射方式具有技術可行性。使用現行泡沫滅火系統(tǒng)設計規(guī)范〉中規(guī)定的蛋白泡沫滅火劑、氟蛋白泡沫滅火劑、水成膜泡沫滅火劑和抗溶水成膜泡沫滅火劑在5L/（min m2）這一不大于現有規(guī)范設計要求的泡沫溶液供給強度下，均取得滅火試驗成功，說明固定式壓縮空氣泡沫系統(tǒng)采用液上噴射方式具有比較可靠的技術可行性。雖然試驗中所選取泡沫滅火劑的滅火時間受到每次試驗時風速、風力、溫度等外界因素的影響，并且存在只有很小的邊緣火未撲滅而導致整體滅火時間延長的情況，從而使每次試驗的滅火時間不具備完全可比性，但這并不影響最終的技術可行性結論。
本研究還進一步證明了壓縮空氣泡沫滅火方式具有比吸氣式泡沫產生方式更好的滅火性能。在所有的試驗中，低倍數泡沫滅火劑所使用的混合比，均低于其設計混合比，如3%水成膜滅火劑，按照2%混合比使用即取得了滅火成功，進一步證實了壓縮空氣泡沫滅火方式具有比吸氣式泡沫產生方式更好的滅火性能，具備應用于油罐火災防護的潛力和應用價值。未來固定式壓縮空氣泡沫滅火技術研究的方向應是固定式壓縮空氣泡沫系統(tǒng)工程應用問題，包括供氣、供液方式設計、氣液混合方式和氣液平衡方式的優(yōu)化設計、通過泡沫輸送管路長度對泡沫狀態(tài)進行控制以及如何根據現有泡沫滅火系統(tǒng)設置形式進行適當兼容性改造設計等。
3結論固定式壓縮空氣泡沫系統(tǒng)采用液上噴射方式具有技術可行性，特別是在泡沫滅火劑儲備量方面可低于現有吸氣式泡沫系統(tǒng)。
較高的泡沫供給強度可以獲得更好的滅火效果，5L/（min如2）已接近液上噴射壓縮空氣泡沫的臨界供給強度。
加入了氟表面活性劑的泡沫液，其控火性能優(yōu)于不添加氟表面活性劑的品種，而添加了氟表面活性劑的品種中，“成膜型”泡沫滅火劑優(yōu)于“非成膜型”泡沫滅火劑。對于滅火時間，同樣遵從“成膜型”
泡沫滅火劑優(yōu)于“非成膜型”泡沫滅火劑這一規(guī)律。