三相射流滅火技術的滅火機理與分離過程研究

孔翔

摘要：相對于傳統的泡沫、干粉滅火技術，三相射流滅火是近年來經過不斷改進創新發展而來的新型技術。想要繼續發展壯大，需要從技術背景、理論知識以及滅火機理等過程進行具體分析。三種物質相互匯合再實現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、技術快速地應用于實戰之中，應對各種復雜的火場環境都需要這種分析作為支撐。

關鍵詞：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雜的，火災類型有很多種，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。其關鍵點就是扼制住燃燒要素來達到滅火效果，主要的內容有：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、使用最科學合理的技術進行救援行動，這是現代救火過程中比較重要的研究主題。

一、技術分析背景概述

（一）技術開發的背景

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

常規的滅火技術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，受泡沫持續供給量制約嚴重，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自由基進行吸附轉化，燃燒產生的氣體物質能夠有效切斷燃燒反應的游離基，切斷反應鏈，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、長時間的復雜條件火災現場，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燃。同時還存在一個關鍵的制約因素，干粉由于其本身物理性質，需要以氮氣作為驅動氣體，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，且噴射范圍過于發散，精確打擊效果差，對于大型石化類火災的救援效果非常有限。

（二）主要的分析來源

對于各種滅火技術時段，專業人員要經過具體的分析和實驗才能讓其投入使用，兩相的技術目前已經得到廣泛應用，主要包括氣液兩相流以及氣固兩相流兩種。三相射流也是根據這項技術進行升級的，氣液固三相射流滅火技術出現的原因就是前一項技術出現了短板，新的技術可以讓二者實現互補，這項技術引入到消防領域時間并不長，原有的理論基礎還是比較薄弱的，但是滅火技術面對的是生命財產安全，對于技術理論研究一定要精益求精，目前還有很大的研究空間。現有的行業裝備技術發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也是下一步的推介方向。完善裝備技術的實戰應用和使用指導策略需要繼續探索裝備研發方向，也能夠最大限度地提升滅火裝備的技術優勢。

（三）技術的定義

這項技術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域讓火能被快速撲滅。從射流的理論知識角度看，這種技術需要用管內的氣固兩種物質在噴口集合，然后將液相物質從噴口處與前者組合，本來的含義就是兩種物質順著同一個方向流動再加入一種介質，所以這種技術被定義為復合自有紊動射流。

二、主要原理

（一）三項射流噴射技術原理

這項技術應用的三種滅火劑通常使用水系泡沫混合液、超細干粉、氮氣。氣固相部分在壓力容器（干粉罐）環境中，氮氣進行減壓之后充分攪動罐儲超細干粉，氣固兩項以額定壓力流向炮口;另外一個環境中，由消防泵加壓后，將經過科學比例混合之后的水系滅火劑混合溶液同步輸送至炮口，在炮口同心環形的入口組合，以環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計可以讓氮氣固化形成的超細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狀，利用同向運動的液體動能，增加干粉的射程及準確度。

（二）滅火機理

1.水系滅火劑

滅火劑和水結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，燃燒物質的燃燒性能被減弱，以減弱游離基能量，中斷燃燒鏈式反應。根據其添加劑的不同，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可以迅速蒸發火場熱量，抑制熱輻射，從而達到快速滅火的目的。

2.超細干粉

三相射流使用的主要滅火劑成分，能夠在滅火戰斗中快速消除有焰燃燒，壓制火勢，讓水系滅火劑后續的抗復燃能力更好地發揮。本技術中超細干粉應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。

4.三者結合使用的原理

水系滅火劑混合液作為滅火技術的重要承載體，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度。由于炮口的獨特設計，環狀滅火劑混合液包裹著超細干粉氮氣流噴射到達燃燒區，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

超細干粉、水系滅火劑及氮氣的流動過程中主要包括管內的超細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，三相組合會出現具體的分離。分離過程也是各種不同形態物質的分離，細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，利用兩種物質的密度差出現分離。受到重力的影響，產生重力加速度，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上升的狀態，和液相主流體方向相反，所以在燃燒區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，二者實現脫離。

2.超細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的過程中，部分的液相流體會出現在燃燒區遇到高溫蒸發，具備憎水特性的超細干粉就被從中分離出來，二者實現脫離。

三、結語

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

參考文獻：

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[2]龐博，李馳原，呂鵬.三相射流槍結構優化設計研究[J].消防科學與技術，2019，38（03）：385-387.