細水霧與高倍泡沫聯用滅油池火效能試驗分析研究

周 榕，牛明田，荀振宇

(1.中國艦船研究設計中心，武漢430064;2.大連船舶重工有限責任公司 軍事代表室，遼寧 大連116000)

機艙作為船舶的心臟部位，其消防安全越來越受到各國政府部門及研究人員的高度重視。2002年生效的國際人命安全公約(SOLAS)也規定500 t位以上的客船和2 000 t級以上的貨船，容積超過500 m3的A類機器處所均應安裝水基即細水霧滅火系統。但從世界各國科研人員所開展的細水霧滅火系統的研究情況來看，細水霧的滅火效能依然只能作為輔助滅火手段，撲滅或控制機艙內所發生的初期火災，并幫助人員的撤離。為了確保機艙的消防安全，設計人員往往在機艙內還會設計其它如氣體或高倍泡沫滅火系統，以撲滅機艙內因為蔓延而出現的大火［1］。由于高倍泡沫滅火系統是通過泡沫發生器發泡而產生流淌的高倍泡沫，通過覆蓋達到撲滅油火的目的，而細水霧會在火災發生初期就啟動滅火，其噴射出的致密壓力細水霧，會否對后續釋放的高倍泡沫產生消泡而影響滅火效能，或者同時使用能否產生提高滅火效能，是一個值得研究的課題［2-5］。從以往的研究情況來看，還缺少對兩個系統同時聯用的滅火效果的試驗研究，開展此項工作可以為制定船舶機艙的消防預案提供參考。

1 試驗項目

1.1 高倍泡沫系統滅火試驗

1.1.1 試驗場景及火源設置

試驗在長20 m，寬15 m，高11 m的四周封閉，頂部開口的試驗場內進行。高倍泡沫發生器流量為12 L/s，安裝高度為4 m;3個面積均為4 m2的油盤呈品字形布置，其中距離高倍泡沫發生器最近一只油盤(1#油盤)中心距高倍泡沫發生器出口水平距離為5 m，另兩只油盤(2#油盤，3#油盤)平行布置，兩油盤中心線距離1#油盤中心為3.5 m，2#與3#油盤中心相距5 m。兩只圓油盤直徑均為2 m，油盤深0.2 m;正方形油盤邊長為2 m，油盤深0.3 m。試驗時每只油盤每次加注40 L的0#柴油，預燃時間為30 s。

1.1.2 試驗系統

試驗高倍泡沫系統主要由等壓置換比例混合器、泡沫液儲罐、高倍泡沫產生器、過濾器、壓力表、控制閥、水泵等設備構成。

1.2 高倍泡沫系統和細水霧系統聯用滅火試驗

1.2.1 試驗場景及火源設置

試驗在長20 m，寬15 m，高11 m的四周封閉，頂部開口的試驗場內進行。細水霧采用泵壓式，利用穩壓設備保持系統噴霧壓力恒定;細水霧進水主管道位于高倍泡沫發生器左側，支系管路系統設有4層，安裝高度分別為1.5、4、7和10 m，通過管道截止閥進行控制;每層高度細水霧管路上間隔2.5 m設置一只細水霧噴頭，每層管網共安裝有42只細水霧噴頭，細水霧系統噴霧工作壓力為0.8 MPa。高倍泡沫發生器流量為12 L/s，安裝高度為4 m;3個面積均為4 m2的油盤呈品字形布置，其中距離高倍泡沫發生器最近一只油盤(1#油盤)中心距高倍泡沫發生器出口水平距離為5 m，另兩只油盤(2#油盤，3#油盤)平行布置，兩油盤中心線距離1#油盤中心為3.5 m，2#與3#油盤中心相距5 m。兩只圓形油盤直徑均為2 m，油盤深0.2 m;正方形油盤邊長為2 m，油盤深0.3 m。試驗時每只油盤每次加注40 L的0#柴油，預燃時間為30 s。

1.2.2 試驗系統

1)試驗細水霧系統主要由水泵、貯水設備、控制系統、持壓閥等壓力穩定裝置、管道、細水霧噴頭、閥門及附件裝置等組成。試驗場內細水霧噴頭管網高度分別為1.5、4和7 m，通過控制閥分別控制不同高度細水霧噴放。

2)試驗高倍泡沫系統主要由等壓置換比例混合器、泡沫液儲罐、高倍泡沫產生器、過濾器、壓力表、控制閥、水泵等設備構成。

2 試驗方法

2.1 高倍泡沫系統

試驗前首先分別向圓形油盤加水深度0.15～0.16 m，方油盤加水深度0.25～0.26 m;再分別在各油盤中注入0#柴油，使油層厚度達到0.04～0.05 m;之后在油盤中分別加入10 L助燃劑汽油(90#)。高倍泡沫發泡倍數不低于550倍，高倍泡發生器流量為12 L/s。試驗采用熱電偶和紅外熱像儀記錄和判斷試驗場指定區域的溫度，采用攝像機記錄火焰燃燒以及試驗滅火過程，利用高倍泡沫測量標尺測定高倍泡沫堆積與流淌速率。

2.2 高倍泡沫系統和細水霧系統聯用

試驗前首先分別向圓形油盤加水深度0.15～0.16 m，方油盤加水深度0.25～0.26 m;再分別在各油盤中注入0#柴油，使油層厚度達到0.04～0.05 m;之后在油盤中分別加入10 L助燃劑汽油(90#)。高倍泡沫發泡倍數不低于550倍，高倍泡發生器流量為12 L/s，在高倍泡沫釋放的同時，通過控制閥分別控制1.5、4和7 m高度細水霧噴放。試驗采用熱電偶和紅外熱像儀記錄和判斷試驗場指定區域的溫度，采用攝像機記錄火焰燃燒以及試驗滅火過程，利用高倍泡沫測量標尺測定高倍泡沫堆積與流淌速率。

3 試驗情況

3.1 高倍泡沫系統滅火試驗

圖1 高倍泡沫滅火過程CCD試驗錄像序列

圖1 為高倍泡沫滅火過程CCD試驗錄像序列圖。試驗時點火員持火炬將三只油盤成功點火之際作為計時0 s。油池著火后火勢逐漸增大，計時10 s后，油池燃燒已較為充分，柴油燃燒生成的大量黑煙使得試驗場可見度迅速降低。計時20 s時油池火勢穩定，此時平均火焰高度約為2.5～3.0 m。計時30 s時高倍泡沫系統啟動，計時31 s時高倍泡沫進入1#油盤。當泡沫推進至油盤內時，火焰瞬時增強，隨著泡沫的不斷涌入，并在油盤表面形成完全覆蓋，火焰便可被完全熄滅。計時40 s時1#油盤被高倍泡沫完全覆蓋熄滅，計時61 s時2#、3#油盤池火被高倍泡沫完全覆蓋熄滅。計時110 s時，高倍泡沫停止噴放，此時試驗場內高倍泡沫堆積高度達到1.4 m。試驗平均滅火時間約31 s。

3.2 高倍泡沫系統和細水霧系統聯用滅火試驗

3.2.1 高度1.5 m細水霧與高倍泡沫聯用滅火

圖2為高度為1.5 m細水霧與高倍泡沫聯用滅火試驗過程的CCD錄像序列圖。

圖2 高度1.5 m細水霧與高倍泡沫聯用滅火過程CCD試驗錄像序列

試驗時點火員持火炬將3只油盤成功點火之際作為計時0 s。油池著火后火勢逐漸增大，計時10 s后，油池燃燒已較為充分，柴油燃燒生成的大量黑煙使得試驗場可見度迅速降低。計時20 s時油池火勢逐漸穩定，此時平均火焰高度約為2.5～3.0 m。計時30 s后高倍泡沫和細水霧系統同時啟動。相對于高倍泡沫，細水霧作用與火焰速度更快。1. 5 m 細水霧與高倍泡沫聯用滅火試驗平均滅火時間約為19 s。

3.2.2 高度4 m細水霧與高倍泡沫聯用滅火

圖3為4 m細水霧與高倍泡沫聯用滅火過程CCD試驗錄像和紅外熱像試驗序列圖。

圖3 高度4 m細水霧與高倍泡沫聯用滅火過程CCD試驗錄像序列

由圖3可見，在計時20 s時油池火燃燒基本穩定，平均火焰高度約為2.5～3.0 m。計時30 s后高倍泡沫和細水霧系統同時啟動。當水霧液滴作用于火焰羽流，使得火焰燃燒也瞬時增強，但由于水霧噴頭高度增大，與1.5 m高度細水霧相比，4 m高度細水霧水霧射流對火焰面的擾動效果相對減弱;隨著高倍泡沫的不斷推進，1#油盤火最先被高倍泡沫覆蓋熄滅，在高倍泡沫未能到達之前，在細水霧持續作用下2#、3#油盤火火勢也得到有效抑制，并最終在兩者綜合作用下而完全熄滅。4 m細水霧與高倍泡沫聯用滅火試驗平均滅火時間約為21.8 s。

3.2.3 高度7 m細水霧與高倍泡沫聯用滅火

圖4為7 m細水霧與高倍泡沫聯用滅火過程CCD試驗錄像和紅外熱像試驗序列圖。

圖4 高度7 m細水霧與高倍泡沫聯用滅火過程CCD試驗錄像序列

由圖4可見，在計時20 s時油池火燃燒基本穩定，平均火焰高度約為2.5～3.0 m。計時30 s后高倍泡沫和細水霧系統同時啟動。由于水霧噴頭安裝在7 m高度，水霧射流強度及霧滴運動速度相對較小，水霧霧滴對火焰面的擾動效果相對較弱;隨著高倍泡沫的不斷推進，1#油盤火最先被高倍泡沫覆蓋熄滅，在細水霧持續作用下2#、3#油盤火火勢也得到一定程度的抑制，并最終在高倍泡沫和細水霧綜合作用下而完全熄滅。7 m細水霧與高倍泡沫聯用滅火試驗平均滅火時間約為21.4 s。

4 試驗結果分析

通過試驗情況可以看出，細水霧與高倍泡沫聯用，一方面由于細水霧噴霧射流沖擊以及水霧霧滴消泡作用，對高倍泡沫堆積以及泡沫流淌產生一定程度影響;另一方面適當條件的細水霧作用不僅可增強對油池火的抑制效果，還可對火場及其周邊環境起到冷卻降溫的作用。另外細水霧對高倍泡沫的沖擊以及消泡效應與細水霧特性參數以及細水霧安裝方式有關，雖然細水霧作用影響了高倍泡沫的堆積速率，但在一定安裝高度條件下細水霧對高倍泡沫的沖擊作用是有限的，同時滿足一定噴灑強度的細水霧還可很大程度地抑制油池火燃燒、降低火場溫度，并加速高倍泡沫流淌，從而提高高倍泡沫的滅火效率。由此可見，針對大面積地表油池火，細水霧系統與高倍泡沫系統可進行聯合應用，在一定條件下細水霧對高倍泡沫具有兼容性和促進作用，可有效提高高倍泡沫滅火效率。

5 結論

1)1.5 m高度細水霧噴灑沖擊力度最大，其次為4 m高度細水霧，隨著細水霧安裝高度的增大，水霧沖擊力度相應減小;4 m高度細水霧對高倍泡沫堆積速率影響最大，并且能較大程度地提高高倍泡沫流淌速率，細水霧噴頭高度越大，其對高倍泡沫的影響也就越小。

2)細水霧與高倍泡沫聯用滅火，1.5 m細水霧與高倍聯用平均滅火時間約為19 s，4 m細水霧與高倍聯用平均滅火時間約為21.8 s，7 m細水霧與高倍聯用平均滅火時間約為21.4 s，1.5 m細水霧沖擊力度最大，與高倍聯用的滅火效率最高。

3)4 m細水霧與高倍泡沫聯用滅火時，對火場及環境的冷卻降溫效果最顯著，其次為1.5 m細水霧;細水霧噴頭距離地面(油池)安裝高度越高，其對火場的抑制作用以及對環境的冷卻降溫效果越不明顯。

4)由于機艙內有可能設置氣體和細水霧滅火系統，所以可以繼續開展氣體和細水霧滅火系統的聯用滅火試驗聯用滅火試驗研究工作，以為正確、高效使用消防系統提供依據。

［1］周 榕.低壓細水霧滅火系統在船舶機艙中的應用研究［J］.船海工程，2011，40(5):125-128.

［2］IMO.MSC/Circ.1165通函附錄A:等效的水基滅火系統部件制造標準［S］.國際海事組織，2002.

［3］IMO.MSC/Circ.1165通函附錄B:A類機器處所和貨船泵艙的等效水基滅火系統滅火試驗的試驗方法［S］.國際海事組織，2005.

［4］IMO.MSC/Circ.913認可導則:固定式局部水基滅火系統試驗方法［S］.國際海事組織，2002.

［5］GB20031—2005泡沫滅火系統及部件通用技術條件［S］.北京:中國標準出版社，2006.