三相射流滅火技術(shù)的滅火機理與分離過程研究

孔翔

摘要：相對于傳統(tǒng)的泡沫、干粉滅火技術(shù)，三相射流滅火是近年來經(jīng)過不斷改進創(chuàng)新發(fā)展而來的新型技術(shù)。想要繼續(xù)發(fā)展壯大，需要從技術(shù)背景、理論知識以及滅火機理等過程進行具體分析。三種物質(zhì)相互匯合再實現(xiàn)分離的過程就是研究滅火局限性的重要突破口。這種分析可以讓新型裝備、技術(shù)快速地應(yīng)用于實戰(zhàn)之中，應(yīng)對各種復(fù)雜的火場環(huán)境都需要這種分析作為支撐。

關(guān)鍵詞：三相射流;滅火機理;分離過程

滅火過程中，消防員面對的情況是非常復(fù)雜的，火災(zāi)類型有很多種，不同的燃燒要素需要具體分析，分析之后才能選擇滅火的器材裝備。其關(guān)鍵點就是扼制住燃燒要素來達(dá)到滅火效果，主要的內(nèi)容有：隔離滅火、冷卻滅火、窒息滅火、抑制滅火。這些方式都有自己的原理，本文將具體分析滅火過程中怎樣能以最快的速度、使用最科學(xué)合理的技術(shù)進行救援行動，這是現(xiàn)代救火過程中比較重要的研究主題。

一、技術(shù)分析背景概述

（一）技術(shù)開發(fā)的背景

石油化工火災(zāi)多為液體火災(zāi)。可燃、易燃液體火災(zāi)具有燃燒猛烈、熱輻射強烈、蔓延快、毒性大等特點，且重質(zhì)油品受燃燒時間影響，容易出現(xiàn)沸溢、噴濺等情況，危險程度非常高。如處置不當(dāng)，還容易大面積流淌造成多發(fā)火災(zāi)，著火范圍成倍擴大，造成非常嚴(yán)重的后果。

常規(guī)的滅火技術(shù)主要依靠泡沫滅火劑、干粉滅火劑。

1.單獨使用泡沫滅火劑的劣勢

泡沫滅火劑利用水、空氣形成的泡沫可以漂浮或依附在燃燒液體表面，形成一個致密的覆蓋層、冷卻物料、隔絕氧氣、防止物流受熱氣化從而達(dá)到滅火目的，其滅火速度取決于泡沫覆蓋燃燒物的速度與泡沫抗燒破裂的速度之差，滅火速度慢，受泡沫持續(xù)供給量制約嚴(yán)重，且受地形影響，撲救流淌火效果很差。

2.單獨使用干粉滅火劑的劣勢

干粉滅火劑通過干粉微粒表面對燃燒反應(yīng)自由基進行吸附轉(zhuǎn)化，燃燒產(chǎn)生的氣體物質(zhì)能夠有效切斷燃燒反應(yīng)的游離基，切斷反應(yīng)鏈，滅火速度快。但對燃燒物的覆蓋、冷卻作用收效甚微。在大面積、長時間的復(fù)雜條件火災(zāi)現(xiàn)場，往往由于熄燃的物料仍舊具有較高的溫度，接觸空氣瞬間引起復(fù)燃。同時還存在一個關(guān)鍵的制約因素，干粉由于其本身物理性質(zhì)，需要以氮氣作為驅(qū)動氣體，受裝備制約，氮氣混合干粉噴涌出干粉炮口后，射程過短，僅有40米左右，且噴射范圍過于發(fā)散，精確打擊效果差，對于大型石化類火災(zāi)的救援效果非常有限。

（二）主要的分析來源

對于各種滅火技術(shù)時段，專業(yè)人員要經(jīng)過具體的分析和實驗才能讓其投入使用，兩相的技術(shù)目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，主要包括氣液兩相流以及氣固兩相流兩種。三相射流也是根據(jù)這項技術(shù)進行升級的，氣液固三相射流滅火技術(shù)出現(xiàn)的原因就是前一項技術(shù)出現(xiàn)了短板，新的技術(shù)可以讓二者實現(xiàn)互補，這項技術(shù)引入到消防領(lǐng)域時間并不長，原有的理論基礎(chǔ)還是比較薄弱的，但是滅火技術(shù)面對的是生命財產(chǎn)安全，對于技術(shù)理論研究一定要精益求精，目前還有很大的研究空間。現(xiàn)有的行業(yè)裝備技術(shù)發(fā)展會有一個逐步成熟和完善的過程。讓更多的人了解這項技術(shù)也是下一步的推介方向。完善裝備技術(shù)的實戰(zhàn)應(yīng)用和使用指導(dǎo)策略需要繼續(xù)探索裝備研發(fā)方向，也能夠最大限度地提升滅火裝備的技術(shù)優(yōu)勢。

（三）技術(shù)的定義

這項技術(shù)主要是將三種相位的滅火劑以自由紊動射流的方式噴涌到燃燒區(qū)域讓火能被快速撲滅。從射流的理論知識角度看，這種技術(shù)需要用管內(nèi)的氣固兩種物質(zhì)在噴口集合，然后將液相物質(zhì)從噴口處與前者組合，本來的含義就是兩種物質(zhì)順著同一個方向流動再加入一種介質(zhì)，所以這種技術(shù)被定義為復(fù)合自有紊動射流。

二、主要原理

（一）三項射流噴射技術(shù)原理

這項技術(shù)應(yīng)用的三種滅火劑通常使用水系泡沫混合液、超細(xì)干粉、氮氣。氣固相部分在壓力容器（干粉罐）環(huán)境中，氮氣進行減壓之后充分?jǐn)噭庸迌Τ?xì)干粉，氣固兩項以額定壓力流向炮口;另外一個環(huán)境中，由消防泵加壓后，將經(jīng)過科學(xué)比例混合之后的水系滅火劑混合溶液同步輸送至炮口，在炮口同心環(huán)形的入口組合，以環(huán)狀液相包裹著氣固兩相噴射出去，稱之為三相射流。見圖1：

這種特殊炮口的形狀設(shè)計可以讓氮氣固化形成的超細(xì)干粉流和水系滅火劑液相流在噴射口混合的時候也形成同樣的環(huán)狀，利用同向運動的液體動能，增加干粉的射程及準(zhǔn)確度。

（二）滅火機理

1.水系滅火劑

滅火劑和水結(jié)合之后可以降低水流表面的張力，讓燃燒物得到覆蓋和浸潤，對周邊液體和氣體分子進行包圍，燃燒物質(zhì)的燃燒性能被減弱，以減弱游離基能量，中斷燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。根據(jù)其添加劑的不同，強化泡沫的抗燃燒性，析出一層水膜的附著在著火物體的表面，隔絕氧氣，即使水膜破裂，也能夠由于其獨特的流動性快速愈合膜面。同時噴射出的水霧狀態(tài)可以迅速蒸發(fā)火場熱量，抑制熱輻射，從而達(dá)到快速滅火的目的。

2.超細(xì)干粉

三相射流使用的主要滅火劑成分，能夠在滅火戰(zhàn)斗中快速消除有焰燃燒，壓制火勢，讓水系滅火劑后續(xù)的抗復(fù)燃能力更好地發(fā)揮。本技術(shù)中超細(xì)干粉應(yīng)該使用氣溶膠級別的，同時具備較強的憎水性，以防止其快速溶于泡混合液，失去應(yīng)有的效能。

3.氮氣

作為干粉的分動力源，以高速氣流混合超細(xì)干粉，輸送至指定位置。同時能夠稀釋氧氣濃度，抑制燃燒，并利用其本身熱容量降低燃燒溫度。

4.三者結(jié)合使用的原理

水系滅火劑混合液作為滅火技術(shù)的重要承載體，動能最強，是滅火過程中的主動力源和保護層，能夠降低火場風(fēng)勢、氣體亂流、熱輻射等對干粉微粒形成的沖擊，最重要的是能夠提高干粉滅火劑的射程和精準(zhǔn)度。由于炮口的獨特設(shè)計，環(huán)狀滅火劑混合液包裹著超細(xì)干粉氮氣流噴射到達(dá)燃燒區(qū)，然后就會進行分離析出。各自進行降溫冷卻、泡沫隔離，抑制燃燒等功效，充分發(fā)揮這三類滅火劑的滅火效能。

（三）三相射流分離過程分析

超細(xì)干粉、水系滅火劑及氮氣的流動過程中主要包括管內(nèi)的超細(xì)干粉氮氣混合流以及泵送滅火劑混合溶液流動。從炮口組合噴射出去后，三相組合會出現(xiàn)具體的分離。分離過程也是各種不同形態(tài)物質(zhì)的分離，細(xì)干粉和液體是主要分離的對象。

1.氮氣流分離

水系滅火劑液相流體是三相射流技術(shù)的主流體，所以氮氣流分離的過程可以看作氣液兩相流的具體分離過程，最重要的原理還是重力因素，利用兩種物質(zhì)的密度差出現(xiàn)分離。受到重力的影響，產(chǎn)生重力加速度，由于兩者密度和慣性不同，氣體的浮力更大，而且二者之間還存在比較微小的摩擦過程，這種力的方向都是向上的，所以氣體流線會一直呈現(xiàn)上升的狀態(tài)，和液相主流體方向相反，所以在燃燒區(qū)遇到了火焰升騰氣流的阻擋時，氣相就會逆方向流動，液相則一直向前，即流線運動方式不同，二者實現(xiàn)脫離。

2.超細(xì)干粉分離的氣化分散

干粉、水系滅火劑的固液兩相射流在接觸到燃燒區(qū)的過程中，部分的液相流體會出現(xiàn)在燃燒區(qū)遇到高溫蒸發(fā)，具備憎水特性的超細(xì)干粉就被從中分離出來，二者實現(xiàn)脫離。

三、結(jié)語

三相射流滅火技術(shù)結(jié)合了隔離、降溫、抑制、窒息等多種滅火方式，其優(yōu)點就是控火效果顯著、滅火時間快以及抗復(fù)燃能力強，但昂貴的成本問題是目前制約其在行業(yè)中發(fā)展壯大的重要因素，這也是未來進行現(xiàn)代化救火技術(shù)分析過程中主要的分析方向。如何降低成本，以及接下來的發(fā)展勢態(tài)都需要和其機理過程分析進行結(jié)合研究。

參考文獻：

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