含添加劑細水霧控火效果研究

張洋

摘 要：隨著現代社會的發展和科學技術的進步，火災的種類增多，危險性增大，因此對抑制火災的方法提出了更高的要求。本文通過對所收集資料的深入探討，進一步闡述了含添加劑細水霧的滅火機理，提出含添加劑細水霧滅火影響因素，對添加劑種類進行分類，并對相關實驗結果進行了分析總結。

關鍵詞：消防；添加劑；細水霧；控火效果

中圖分類號：X924 文獻標識碼：A

火災來勢兇猛，高效的滅火技術才是保證人類生活及生產安全的重要前提。隨著生產技術的提高，滅火技術和種類也在不斷地改進和提升。而細水霧滅技術則成為人類最近選擇最多的技術，主要是因為其優勢才使得它成為消防中首要的選擇，如對環境沒有污染、在滅火速度方面非常顯著、對水量的要求很低、對所需要的防護對象的破壞性則很小，已受到越來越多的重視。目前，就滅火對象而言，如人類居住的建筑、可燃性物體存放地方及用電設施方面，細水霧滅技術已經取得了很大的成果。細水霧滅技術分為含添加劑及普通兩種，第一種主要用于水溶性的結構，對該種滅火技術存在很大的限制，所以為了促進細水霧滅技術得到更大的提高和發展，目前需要對其進行繼續模擬和演練，來推進滅火技術更上一個層次。

1.含添加劑細水霧的滅火機理

細水霧滅技術第一種是含添加劑的技術，該種滅火運行原理，除了最基本的運行原理，如：將水進行汽化，在此過程中對火災周圍環境的熱量進行吸收、隔絕氧氣窒息作用、減少熱輻射作用、火焰的拉伸作用等。以上是最基本的特性，除此之外，還要一些很特殊的性質，下面對這些特性進行論述：

（1）物理性質的添加劑會使得滅火器在滅火時候水的物理性質發生改變，如：密度、張力、黏性等諸如此類方面，從而使得細水霧滅火技術在具體使用的時候會發生變化，從而影響其滅火效能。

（2）化學添加劑主要是阻斷燃料燃燒中的鏈式反應，達到滅火目的。

（3）固體顆粒隔氧熄滅火焰。含添加劑細水霧作用于火焰時，水蒸發后析出大量的固體顆粒附著在燃料的表面，會阻礙燃料與空氣的接觸，通過隔氧作用來抑制熄滅火焰。

2.對含添加劑的細水霧滅產生影響的因素

就水本身特性而言，添加劑對其有直接的影響，除此之外，還會使得該種霧滅性質從而產生一定的改變。從普通細霧滅的原理中可以看出影響滅火的因素主要以化學添加劑的發揮為主，那么影響該種滅火器的在具體操作時整體的運行理念有：含添加劑細水霧系統表征參數、添加劑的種類、添加劑的質量分數。

2.1 含添加劑細水霧系統表征參數

（1）霧化錐角

霧化錐角則是指在滅火時以滅火器的噴頭為中心，氣體以錐形像四周噴射。這種噴射方式就決定該種滅火器的噴射區域、噴射的速度以及噴射的動能，這些也是該種滅火器的重要參照值。

（2）霧滴動量

在滅火過程中，霧滴動量對于火焰而言是一個致命的要素，霧滴數量的多少決定了滅火器滅火的時間的速度，也影響著添加劑在操作過程中的發揮程度。在滅火的過程中，要保證滅火器霧滴能夠從火焰的頂部滅到底部，其作用發揮到極大的作用。但是物極必反，液體燃料所需的動量有一定度的要求，如果操作過程中超過這個度，則會使得火焰越來越大，最終產生更大的火勢和火災。

（3）霧化顆粒細度

也稱索太爾平均液滴直徑。隨系統壓力的升高而呈接近倒數關系降低，它影響霧滴蒸發時間，較小時霧滴的蒸發就較容易，細水霧在具體的實施過程中會降低氧氣在體積方面的分數，這使得滅火效果大大提升。

（4）霧通量

又稱體積通量，其具體是指一定時間內在一定的面積上流過細水霧液滴的總的體積。該因素可以影響在滅火過程中達到所滅物體表面的液體量，決定滅火器能否快速有效地吸收熱量，并將火勢滅掉。

2.2 添加劑的分類

就添加劑的用途而言，其主要用于改變水霧在物理和化學方面的性質，從而加大細水霧滅火的效果。不同的添加劑，其自身特性不同，因此，發揮細水霧滅火性能的作用機理不同，提高細水霧滅火效率的程度也不同。

在改變細水霧的物理特性方面，如在水中添加乳化劑，可以對油品火災進行撲滅，因為油類物質的閃點較高；將少量的表面活性劑加入水中的話，增加滅火器的保濕能力，從而可以加長水作用的發揮，提升滅火結果；將抗凍劑添加進水中，降低滅火器在冬天結冰的速度；將增稠劑添加到水中，可以提高滅火器出稅務的速度，加大水霧在著火物體表面的黏附能力，一遍較少在滅火時候滅火器水分的流失；將減阻劑運用到水中，減少滅火時的阻力；在水中添加氟碳表面活性劑，可降低水在滅火時候的表面張力，使得其在滅火時候會在著火物表面形成一個妨礙膜。

在改變細水霧的化學性質方面，由于加入添加劑后，其中的金屬離子捕捉火場中的自由基，使火災規模不能繼續發展或熄滅。如添加鹽類強化劑（如K2CO3、KHCO3、Na2CO3等），除了有水本身的滅火作用外，添加物質在火焰中汽化而析出游離金屬離子（如Na+，K+），這些離子與火焰中的自由基和過氧化物反應中止鏈式反應，撲滅火災。對于堿金屬碳酸鹽而言，其滅火效率的順序為：K2CO3>KHCO3>Na2CO3>NaHCO3。因此，不同類型的金屬，其在火場中與自由基反應的過程有所不同，滅火效率也有較大的差異。

2.3 添加劑的質量分數

添加劑在溶液中的質量分數對細水霧液滴直徑和速度有直接影響，質量分數越高，粒徑越大，速度越低即霧動量越低。但加入添加劑后，物理或化學抑制作用增強。根據中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室的研究，無NaCl以及NaCl質量分數為2.5%時，細水霧滅火效果均較差，隨著質量分數增大到5%，細水霧滅火效果有了明顯的提高，質量分數進一步增大到7.5%，滅火效果略有下降，滅火時間增加；質量分數進一步增大到10%，滅火效果又有所提高，優于7.5%，接近5%時性能；當質量分數增大到15%時，滅火效果又有所下降，但程度較小；而質量分數增大到20%，滅火效果與15%時相比較，有較小程度的下降。因此，隨著NaCl質量分數的提高，滅火效果呈W形變化，當質量分數為5%時得到最佳的滅火效果。目前關于添加劑添加配比選擇尚沒有定量的指導原則，且針對不同的添加系統，尚不確定是否存在相對較固定量的范圍，如添加NaOH為17.5%，而NaCl的最優質量分數為5%。因此，添加劑的定量問題也是需要研究解決的一大問題。

3.單流體細水霧滅火的實驗

3.1 實驗方法與步驟

方法：試驗中記錄在熱電偶測試下，相同高度下經噴頭噴出的水霧對定型定量汽油的火焰溫度的影響，應用軟件進行電腦模擬記錄變化時間。

步驟：（1）安裝好噴頭，將油盤、熱電偶、輻射熱通量計和攝像機放置到相應實驗測試位置。（2）調整好細水霧滅火系統的工作狀態，保證滅火過程中供水充足、壓力穩定。（3）開啟數據采集系統和攝像機，并開始預記錄。（4）向油盤中加入水墊層，用量杯量取實驗所需汽油量后將其倒入油盤，點燃油盤中的汽油并使其自由燃燒一段時間，保證火焰進入穩定燃燒階段。（5）打開細水霧系統，使噴頭噴放細水霧。（6）待火焰完全熄滅后延時噴放5s左右關閉細水霧系統，保存實驗數據。（7）如果滅火時間持續較長，則在火焰熄滅后將油盤移出熱點偶測溫范圍進行引燃，以判斷是否由于燃料燃盡導致滅火。

3.2 實驗數據分析

（1）霧通量的影響

通過實驗探究不同的流量溫度變化規律：

設定噴射距離為1.4m，泡沫含量為1.5%，噴射壓力3Mp的實驗條件，則可得出其中一個流量為140L/h，另一個流量為240L/h，但兩者溫度上升差值較大，且流量大的滅火時間短。分析原因：由于流量增大，霧通量相對增大，霧滴數量增多，對火焰和燃料表面的冷卻作用增強，導致火焰溫度上升幅度小，滅火時間短。

（2）泡沫含量的影響

通過實驗探究不同的體積分數溫度變化規律：

設定噴射距離為1.4m，噴頭壓力為5Mp的實驗條件。則可得到隨著泡沫體積分數的增加，火焰溫度上升幅度逐漸降低，滅火時間呈現變短的趨勢。分析原因：隨著泡沫添加劑體積分數的增加（泡沫的質量分數也相對增大），達到火焰根部的泡沫量增加，并很快形成泡沫層，起到隔離熱輻射、阻止燃料揮發和窒息滅火的作用。

結語

從實驗結果表明，隨著霧動量的增大、添加劑含量的增加，到達火焰根部的細水霧數量增多，細水霧的冷卻作用和添加劑的隔氧窒息作用增強，單流體細水霧裝置產生的細水霧出口壓力較大，滅火效果較好。主要體現在滅火時間上，在11s～60s之間，因此，滅火效率提高。

參考文獻

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