?外加風(fēng)量作用下高壓細(xì)水霧雙噴頭對(duì)射滅火效果試驗(yàn)研究

張松

摘要：利用全開(kāi)放式小型高壓細(xì)水霧滅火裝置組織開(kāi)展了兩種不同油量的油盤(pán)在外加風(fēng)量作用下的燃燒滅火試驗(yàn)，通過(guò)觀察高壓細(xì)水霧雙噴頭在外加風(fēng)量作用下的對(duì)射滅火效果，實(shí)時(shí)采集高壓細(xì)水霧滅火過(guò)程中的視頻圖像與溫度變化數(shù)據(jù)，并對(duì)比分析自由燃燒狀態(tài)下的正常油盤(pán)火，對(duì)高壓細(xì)水霧撲滅變壓器油池火的實(shí)際效果做出了有效的量化評(píng)估。

關(guān)鍵詞：外加風(fēng)量；高壓細(xì)水霧；雙噴頭；油池火

近年來(lái)，隨著救援隊(duì)伍滅火救援實(shí)戰(zhàn)能力的不斷提升，高壓細(xì)水霧作為一種新型消防滅火系統(tǒng)逐漸被人們所熟知，在實(shí)戰(zhàn)處置過(guò)程中具有滅火效率高、排煙效果好且滅火后對(duì)環(huán)境無(wú)污染等特點(diǎn)。目前，劉世霖通過(guò)細(xì)水霧對(duì)油池火的抑制過(guò)程，研究了細(xì)水霧在不同壓力、風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)數(shù)下對(duì)油池火的實(shí)際滅火效果的影響，當(dāng)風(fēng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，細(xì)水霧撲滅油池火的實(shí)際效果得到了顯著的改善[1]。賈海林通過(guò)分析改性細(xì)水霧特征參數(shù)，利用模擬仿真滅火試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改性細(xì)水霧熄滅煤油火的處置效果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，改性后細(xì)水霧噴射出的滅火劑表面張力顯著降低，與起火物質(zhì)的接觸更為充分[2]。李冬研究了細(xì)水霧滅火過(guò)程中的相關(guān)滅火機(jī)理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在使用細(xì)水霧進(jìn)行火災(zāi)處置的初期，火焰強(qiáng)化的現(xiàn)象非常普遍[3]。杜文鋒研究了燃燒熱釋放速率和腔室開(kāi)口面積對(duì)細(xì)水霧滅室內(nèi)池火的實(shí)際影響，當(dāng)燃燒室開(kāi)口面積一定時(shí)，滅火時(shí)間隨池火燃燒熱釋放速率先減小后增大；當(dāng)燃燒室全封閉時(shí)，其滅火時(shí)間隨燃燒熱釋放速率的降低也隨之下降[4]。張慧研究了高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的滅火效果，應(yīng)用小尺寸實(shí)驗(yàn)的方法搭建了高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)，通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)，研究了高壓細(xì)水霧處置AB類火災(zāi)的實(shí)際效果[5]。

基于以上研究，本文通過(guò)構(gòu)建全開(kāi)放式小型高壓細(xì)水霧滅火裝置，設(shè)計(jì)開(kāi)展了兩種不同油量的油盤(pán)在外加風(fēng)量作用下的燃燒滅火試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)采集視頻圖像、溫度等變化數(shù)據(jù)，觀察高壓細(xì)水霧雙噴頭在外加風(fēng)量作用下的對(duì)射滅火效果，并對(duì)比分析自由燃燒狀態(tài)下的正常油盤(pán)火。最終對(duì)應(yīng)用高壓細(xì)水霧撲滅油池火的有效性提出了切實(shí)有效的建議。

1 試驗(yàn)方案

1.1? 試驗(yàn)工況

此次試驗(yàn)采用加裝了外加風(fēng)機(jī)的高壓細(xì)水霧雙噴頭對(duì)射裝置，并采用在風(fēng)機(jī)底部加高的方式，確保油盤(pán)中心附近風(fēng)速保持相對(duì)穩(wěn)定。該試驗(yàn)裝置由對(duì)稱的高壓細(xì)水霧噴頭組成，利用不銹鋼管進(jìn)行管路供水，高壓細(xì)水霧泵管路工作壓力在10MPa以上。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用40cm×40cm×10cm的方形油盤(pán)進(jìn)行了三次平行燃燒試驗(yàn)，以汽油為燃燒物，依次觀察記錄油盤(pán)內(nèi)部火焰的燃燒狀態(tài)。

1.2? 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)采用一臺(tái)全彩POE攝像機(jī)實(shí)施圖像采集，并實(shí)時(shí)記錄火焰形態(tài)與實(shí)際滅火效果；采用一臺(tái)熱成像半球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行火焰紅外圖像采集；用Tecman TM826葉輪分體式風(fēng)速計(jì)測(cè)量油盤(pán)中心的風(fēng)速，記錄相應(yīng)外加風(fēng)量的數(shù)值；采用5根K型鎧裝熱電偶進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程中的火焰溫度采集，離油盤(pán)上方最近處的熱電偶編號(hào)為1，最遠(yuǎn)處編號(hào)為5。

1.3? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為保證實(shí)驗(yàn)的精確性，本文所述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全部同步設(shè)置三組同步實(shí)驗(yàn)，分別比較了定量的油盤(pán)火在自然熄滅與外加高壓細(xì)水霧作用下的試驗(yàn)情況。試驗(yàn)組別設(shè)計(jì)如表1所示。

2 試驗(yàn)過(guò)程及分析

2.1? 試驗(yàn)過(guò)程

2.1.1? 自然熄滅對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)準(zhǔn)備：向方形油盤(pán)注入1.0L汽油，滅火系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)，攝像機(jī)與紅外熱成像開(kāi)始錄像，其他試驗(yàn)輔助設(shè)備就位。

開(kāi)始點(diǎn)火：利用電子點(diǎn)火器進(jìn)行點(diǎn)火。

燃燒時(shí)間：油盤(pán)內(nèi)油面全部燃燒后開(kāi)始計(jì)時(shí)，使油盤(pán)內(nèi)的汽油充分燃燒，達(dá)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，最后使其自然熄滅，記錄燃燒時(shí)間。試驗(yàn)過(guò)程如圖1所示。

2.1.2? 雙1.0噴頭燃燒試驗(yàn)

試驗(yàn)準(zhǔn)備：向方形油盤(pán)注入1.0L汽油，滅火系統(tǒng)處于待工作狀態(tài)，攝像機(jī)與紅外熱成像開(kāi)始錄像，其他試驗(yàn)輔助設(shè)備就位。

開(kāi)始點(diǎn)火：利用電子點(diǎn)火器進(jìn)行點(diǎn)火。

預(yù)燃時(shí)間：油盤(pán)內(nèi)油面全部燃燒后開(kāi)始計(jì)時(shí)，使油盤(pán)內(nèi)的汽油充分燃燒，達(dá)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，記錄預(yù)燃時(shí)間。

滅火時(shí)間：待油火充分預(yù)燃，啟動(dòng)高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，觀察火焰在細(xì)水霧作用下的燃燒變化，并記錄滅火時(shí)間。試驗(yàn)過(guò)程如圖2所示。

2.1.3? 雙2.0噴頭燃燒試驗(yàn)

試驗(yàn)準(zhǔn)備：向方形油盤(pán)注入1.0 L汽油，滅火系統(tǒng)處于待工作狀態(tài)，攝像機(jī)與紅外熱成像開(kāi)始錄像，其他試驗(yàn)輔助設(shè)備就位。

開(kāi)始點(diǎn)火：利用電子點(diǎn)火器進(jìn)行點(diǎn)火。

預(yù)燃時(shí)間：油盤(pán)內(nèi)油面全部燃燒后開(kāi)始計(jì)時(shí)，使油盤(pán)內(nèi)的汽油充分燃燒，達(dá)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)，記錄預(yù)燃時(shí)間。

滅火時(shí)間：待油火充分預(yù)燃，啟動(dòng)高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，觀察火焰在細(xì)水霧作用下的燃燒變化，并記錄滅火時(shí)間。試驗(yàn)過(guò)程如圖3所示。

2.2? 試驗(yàn)分析

2.2.1? 試驗(yàn)1與試驗(yàn)2溫度數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)比試驗(yàn)1～2在同等試驗(yàn)工況下，通過(guò)有無(wú)外加滅火系統(tǒng)的區(qū)別，對(duì)比分析高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)不同風(fēng)速條件下對(duì)撲滅油盤(pán)火實(shí)際處置效果的影響。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的溫度對(duì)比如圖4所示。

a? 自燃溫度

b? 雙噴頭K=1.0噴頭試驗(yàn)溫度

從圖4可以看出，高壓細(xì)水霧具有良好的冷卻降溫、隔離熱輻射作用，相比于自然熄滅試驗(yàn)過(guò)程中的測(cè)量結(jié)果，整體環(huán)境溫度顯著降低。

2.2.2? 試驗(yàn)2與試驗(yàn)3溫度數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)比試驗(yàn)2～3在同等試驗(yàn)工況下，通過(guò)系統(tǒng)噴頭流量的區(qū)別，對(duì)比分析高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在外加風(fēng)速下不同噴頭流量系數(shù)對(duì)處置油盤(pán)火災(zāi)效果的影響。溫度對(duì)比如圖5所示。

a? 雙噴頭K=1.0噴頭試驗(yàn)溫度

b? 雙噴頭K=2.0噴頭試驗(yàn)溫度

如圖5所示，在泵組壓力相同的情況下，流量系數(shù)為2.0的噴頭比1.0的噴頭霧化效果要好；與此同時(shí)，高壓細(xì)水霧在噴頭流量系數(shù)較大的情況下，對(duì)油盤(pán)火焰的拉伸作用更為明顯，使得燃燒過(guò)程中油盤(pán)內(nèi)部火焰溫度上升速率顯著變慢，相較于1.0的噴頭，對(duì)火焰的降溫作用更為明顯。

3 結(jié)論

本文通過(guò)多次油盤(pán)火試驗(yàn)，分別考察了在外加風(fēng)速為3.5m/s條件下，自然熄滅與高壓細(xì)水霧滅火兩種不同情況下油盤(pán)內(nèi)部火焰的實(shí)際變化效果。結(jié)果表明，應(yīng)用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，即使在外加風(fēng)速的影響下也能有效完成油盤(pán)火災(zāi)的處置，并且與相同容量下的油品自然熄滅相比，實(shí)際滅火時(shí)間大幅縮短。

在外加風(fēng)速為3.5m/s的條件下，通過(guò)安裝流量系數(shù)分別為1.0、2.0的細(xì)水霧噴頭，以此考察在管網(wǎng)壓力相同的情況下，不同流量噴頭的高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的實(shí)際滅火效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在供水管網(wǎng)壓力相同的條件下，相比于流量系數(shù)為1.0的噴頭，流量系數(shù)為2.0的噴頭滅火效果更為良好，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要考慮現(xiàn)場(chǎng)管網(wǎng)實(shí)際供水能力，才能更好地發(fā)揮大流量系數(shù)噴頭的噴霧滅火實(shí)際效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉世霖，江平，王旭.細(xì)水霧熄滅油池火行為研究[J].消防界（電子版），2020，6（8）：23-24.

[2]賈海林，李第輝，李小然.改性細(xì)水霧滅油池火有效性研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2018，18（6）：2172-2176.

[3]李冬.細(xì)水霧熄滅油池火的機(jī)理研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2015.

[4]杜文鋒，尹桂旭.細(xì)水霧滅室內(nèi)池火實(shí)驗(yàn)研究[J].武警學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，29（6）：5-7.

[5]張慧.高壓細(xì)水霧系統(tǒng)滅火效果的實(shí)驗(yàn)研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2016.

Experimental study on fire extinguishing

effect of high-pressure water mist with

double nozzles under external air volume

Zhang Song

（Hefei Municipal Fire and Rescue Brigade， Anhui Hefei 230094）

Abstract：The fire extinguishing test of two oil pans with different oil quantity under external air volume was carried out by the fully open small high-pressure water mist fire extinguishing device. The fire extinguishing effect of high-pressure water mist double nozzles under external air volume was observed. Real-time collection of video images and temperature change data in the process of high-pressure water mist fire suppression. The normal oil pan fire under the condition of free combustion is compared and analyzed. The practical effect of high-pressure water mist extinguishing transformer oil pool fire is evaluated quantitatively.

Keywords：external air volume; high-pressure water mist; double nozzles; pool fire