泡沫系統的分類及其在機場消防車上的應用探析

摘要：介紹了泡沫系統的分類和工作原理，分析了不同泡沫系統的優越性和局限性，列舉了我國民航機場的泡沫系統配置現狀，提出了今后機場消防車泡沫系統的配置建議，研究結論為機場消防車供需雙方提供可能的參考。

關鍵詞：泡沫系統；泡沫比例混合器；機場消防車

中圖分類號：U469.6 收稿日期：2022-12-10

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.02.009

1 前言

泡沫系統是一種非常重要的滅火系統，被廣泛應用于各種火災預防、火災救援等重要場所或消防車上。按固定方式的不同，泡沫系統可以分為固定式、半固定式和移動式三種，其中安裝在消防車上的泡沫系統被稱為移動式車用泡沫系統。

相對于其他采用車用泡沫系統來滅火的消防車而言，機場消防車對泡沫系統滅火的效率和效果要求更高：一般要求1 min 內把初始火災的強度降低90%，3 min內噴射完車載的泡沫混合液［1］。在這么短的時間內要把火災控制好甚至撲滅，泡沫系統的選擇是非常重要的，在選擇合適的泡沫系統之前，有必要對泡沫系統的分類及主要特點有所了解。

2 泡沫系統的組成、工作原理及主要特點

泡沫系統是指將泡沫液、水與空氣按一定比例進行充分混合并產生泡沫來實施滅火的系統，該系統主要由泡沫液罐、泡沫比例混合器、泡沫噴射裝置、管路及附件等組成。

泡沫比例混合器是通過負壓或者正壓提供泡沫液，使泡沫液和水按一定比例混合的裝置［2］。

泡沫比例混合器（裝置）按結構形式的不同可以分為壓力式比例混合裝置（代號：PHYM）、平衡式比例混合裝置（代號：PHP）、環泵式比例混合器（代號：PH）、管線式比例混合器（代號：PHF）和其他比例混合器（裝置）五大類［3］。下面對這五類泡沫比例混合器所構成的泡沫系統進行介紹和分析。

2.1 壓力式泡沫系統

2.1.1 系統組成

壓力式泡沫系統一般由壓力罐、膠囊、比例混合器、壓力表及管路附件等組成。膠囊安裝在密閉的壓力罐內，膠囊的內腔裝有泡沫液且獨立于壓力罐內腔。

2.1.2 工作原理

壓力式泡沫系統的工作原理：從消防泵出來的壓力水進入泡沫比例混合器的進水口后，97%（或94%）的壓力水從主管道射出，3%（或6%）的水從支管進入壓力罐內腔并對膠囊施加壓力，擠壓出膠囊內等量的泡沫液，這些泡沫液經析液管流入比例混合器并與水混合形成3%（或6%）的泡沫混合液，最后經消防槍（或炮）等滅火終端噴出完成滅火操作［4］，如圖1 所示。

2.1.3 主要特點

根據有關試驗結果可知，壓力式泡沫系統具有混合比準確、穩定的優越性，可以提高泡沫混合液的滅火效率。這種系統的局限性主要是系統運行過程中無法加注泡沫液，因此不適用于石油、化工企業及油庫等大型場所的火災預防、滅火救援工程。

2.2 平衡式泡沫系統

2.2.1 系統組成

平衡式泡沫系統一般由泡沫罐、泡沫泵、平衡閥、泡沫比例混合器、管路及附件等組成。

2.2.2 工作原理

平衡式泡沫系統工作原理：泡沫液從泡沫泵出來后進入平衡閥，平衡閥根據干管水壓、流量的變化對進入比例混合器中泡沫液的壓力、流量進行調節，當干管水壓、流量變化時，平衡閥動態調整進入混合器的泡沫液，確保了系統運行過程中泡沫混合比的精確性和穩定性，如圖2 所示。

2.2.3 主要特點

平衡式泡沫系統的優越性：泡沫混合比在壓力和流量一定的情況下比較穩定；系統工作壓力在泄壓閥的調節下比較穩定；系統在運行過程中可以隨時向罐體內添加泡沫液；操作方便。因此該系統適用于石油、化工企業及油庫等大型場所的火災預防、滅火救援工程。

平衡式泡沫系統的局限性：管路復雜，要配置較多的測控裝置；總體造價和維護成本都比較高。因此該系統不太適用于小型場所的火災預防、滅火救援工程。

2.3 環泵式泡沫系統

2.3.1 系統組成

環泵式泡沫系統屬于負壓式泡沫系統，是在消防車上應用最廣泛的車用泡沫系統，其泡沫比例混合器按照比例調節方式的不同可以分為手動泡沫比例混合器和自動泡沫比例混合器。手動泡沫比例混合器由于安裝和使用不方便、比例調節不夠精準等原因正逐步被淘汰，在此不作詳述。

自動環泵式負壓泡沫系統一般由泡沫液罐體、水流量計、泡沫流量計、電機驅動的泡沫閥、文丘里管、控制閥及管路附件組成。

2.3.2 工作原理

自動環泵式負壓泡沫系統的工作原理如下：從消防泵出來的壓力水進入文丘里管出來后產生了負壓，負壓將泡沫液從泡沫罐內按照需要的比例吸入到消防泵的進水管路中與水混合并形成泡沫混合液，再經出水管路終端的消防炮（或消防槍）射出完成滅火操作。泡沫系統在運行時，流量計監測系統總流量和泡沫液的流量，兩種流量數據信息傳輸到電控系統的微處理器，微處理器將這些數據與目標流量進行對比，分析并根據需要自動調整實際流量，如圖3 所示。

2.3.3 主要特點

自動環泵式負壓泡沫系統的優越性是比例準確、操作方便、性能穩定等，因此在消防車中的應用越來越廣泛。這種系統的局限性主要如下：

a. 消防泵的進水管壓力和出水管壓力需要存在適當的壓差，且消防泵入水口壓力不能超過約0.7 kPa［5］，否則可能會導致泡沫的混合比例達不到滅火的要求。

b. 泡沫容器（罐體或桶）的液位高度不能太低，否則可能會導致泡沫液吸入異常，泡沫的混合比例達不到滅火的要求。

2.4 管線式泡沫系統

2.4.1 系統組成

管線式泡沫系統屬于負壓泡沫系統，一般由泡沫液罐體、文丘里管、控制閥及管路附件組成。

2.4.2 工作原理

管線式泡沫系統的工作原理比較簡單：從消防泵出水管出來的壓力水流經文丘里管后，在噴嘴與擴散管之間的喉道處形成負壓，將泡沫液罐中的泡沫液吸入混合器內，最終與壓力水按一定比例混合，泡沫混合液再經出水管路終端的消防炮（或消防槍）射出完成滅火操作。

2.4.3 主要特點

管線式泡沫系統的優越性是結構簡單、體積小，便于放置在靠近泡沫罐的位置來輸送并混合泡沫液，主要適用于連接消防水帶、便攜式或移動式泡沫滅火系統。管線式泡沫系統的局限性是流量范圍較小、壓力損失較大（1/3 以上）、混合比精度較低、產品柔性差，因此不太適合用于固定式泡沫滅火系統。

2.5 壓縮空氣泡沫系統

泡沫系統除了上述四種外，還有預混式泡沫系統、計量注入式泡沫系統、壓縮空氣泡沫系統等。壓縮空氣泡沫系統是由計量注入式泡沫系統衍生而來，在消防車上的應用越來越廣泛。

2.5.1 系統組成

壓縮空氣泡沫系統（簡稱CAFS）是能夠產生壓縮空氣泡沫的裝置，一般由消防泵、壓縮空氣系統、泡沫比例混合系統、噴射裝置、管路系統等組成。按照壓縮空氣來源的不同，可以分為FLASH-CAFS（壓縮空氣由高壓氣瓶提供）和CONTI-CAFS（壓縮空氣由空氣壓縮機提供）。

2.5.2 工作原理

FLASH-CAFS 壓縮空氣泡沫系統的工作原理相對于CONTI-CAFS 壓縮空氣泡沫系統簡單，在此只介紹CONTI-CAFS 壓縮空氣泡沫系統，其工作原理如下：消防泵將水加壓送入混合器的同時，泡沫泵也將預設比例的泡沫液加壓送入混合器，空壓機也將適量的壓縮空氣壓入混合器，三者充分混合后高速流經消防管路并通過終端消防炮（或消防槍）噴射達到滅火的目的，詳見圖4。

壓縮空氣泡沫系統可以使用的泡沫類型有A 類泡沫和B 類泡沫（水成膜泡沫滅火劑AFFF），因主要用于A 類泡沫，故一般稱之為“壓縮空氣A 類泡沫系統”［6］。

2.5.3 主要特點

壓縮空氣泡沫系統最主要的優勢就是環保、高效。該系統是將七份壓縮空氣加入一份泡沫混合液中，使泡沫混合液中的氣泡變得更細小、更多，可以擴大水的表面積七倍，促進覆蓋冷卻面積的增加，使滅火效率得以提高。根據加拿大開展的用壓縮空氣泡沫系統對油庫火災進行滅火的試驗結果表明：使用壓縮空氣滅火系統完成滅火的時間是使用負壓式滅火系統滅火的30%；如果把泡沫液的濃度降低50% 后撲救同樣的火災，那么壓縮空氣滅火系統只需要把泡沫液的供給強度提高67%，而負壓式滅火系統則需要把泡沫液的供給強度提高150%［7］。

壓縮空氣泡沫系統除了可以安裝在消防車上外，還可以安裝在石化等企業的大、中、小型固定滅火裝置上。

3 機場消防車車用泡沫系統的應用

機場消防車是消防車的一種，主要用于撲救飛機火災。目前國內民用機場的機場消防車中，國際知名品牌主要有美國豪士科和奧地利盧森寶亞等，國內知名品牌主要有北京中卓和東莞永強奧林寶等，這些機場消防車配置的車用泡沫系統配置情況主要如下。

3.1 豪士科機場消防車車用泡沫系統

“打擊者”系列機場消防車的標配車用泡沫系統為手動型環泵式負壓泡沫系統，選配為自動型環泵式負壓泡沫系統（EFP）。為了更精確地測控泡沫比例和研究泡沫比例對滅火效果的影響，豪士科最近推出了一款相關的新產品“Eco EFP”。

3.2 盧森寶亞機場消防車車用泡沫系統

“美洲豹”系列機場消防車的標配車用泡沫系統為自動型環泵式泡沫系統FIX MIX 2.0（混合比例有1%、3% 和6% 共3 種選擇），選配的車用泡沫系統為壓縮空氣泡沫系統。

3.3 國產機場消防車車用泡沫系統

國產機場消防車的標配車用泡沫系統一般為自動型環泵式負壓泡沫系統。

4 結語

泡沫系統的種類較多且各有特色，機場消防車等采用泡沫混合液來滅火的消防車具體要選用哪種泡沫系統不能一概而論，一般要結合多種因素綜合考慮。

首先要考慮的是消防車的車型。就機場消防車而言，根據標準NFPA414 的分類，機場消防車按照水罐容積的不同分為小型（2 000 L 以下）、中型（2 000 L～6 000 L）和大型（6 000 L 以上）三類。小型機場消防車面對的主要是小型飛機的火情，出現火情后要求消防車快速出擊，因此一般配置小型壓縮空氣泡沫系統（FLASH-CAFS）比較合理；大型機場消防車面對的主要是大型飛機或機場設施的火情，火情一般更復雜，實施救援的難度一般更大、時間更久，因此對泡沫系統的要求是泡沫比例調節更精準、系統操作更靈活等，這種車型一般配置自動壓縮空氣泡沫系統（CONTI-CAFS）比較合理；中型機場消防車則一般配置自動環泵型負壓泡沫系統。

當然，機場消防車生產廠家對成本的控制以及機場客戶對消防車的個性化要求等因素也會影響到泡沫系統的配置選型，因此機場消防車的供需雙方在需求調研階段就要多溝通，協商出既能滿足救援基本要求，又能滿足供需雙方合理要求的車用泡沫系統。

參考文獻：

［1］ICAOICAO 9137-AN/898-2015 Airport Services Manual［S］Mon?treal，Canada：IHS under license with ICAO，2015

［2］GB 79563-2014 消防車第3 部分：泡沫消防車［S］

［3］GB 20031-2005 泡沫滅火系統及部件通用技術條件［S］

［4］裴麗萍泡沫滅火系統比例混合裝置的局限性及對策［J］消防科學與技術，2012，31（9）：955-958

［5］NFPA "NFPA414-2017 Standard for Aircraft Rescue and Fire-Fighting Vehicles［S］

［6］白云，張有智壓縮空氣泡沫滅火技術應用研究進展［J］廣東化工，2015，42（6）：86-87

［7］談龍妹，姜春明，尚祖政，等壓縮空氣泡沫滅火器的研發及性能測試［J］安全、健康和環境，2017，17（12）：30-33

作者簡介：

劉云端，男，1976 年生，工程師，研究方向為消防車等專用車輛和裝備。