含添加劑細(xì)水霧控火效果研究

張洋

摘 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，火災(zāi)的種類增多，危險(xiǎn)性增大，因此對(duì)抑制火災(zāi)的方法提出了更高的要求。本文通過(guò)對(duì)所收集資料的深入探討，進(jìn)一步闡述了含添加劑細(xì)水霧的滅火機(jī)理，提出含添加劑細(xì)水霧滅火影響因素，對(duì)添加劑種類進(jìn)行分類，并對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：消防；添加劑；細(xì)水霧；控火效果

中圖分類號(hào)：X924 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

火災(zāi)來(lái)勢(shì)兇猛，高效的滅火技術(shù)才是保證人類生活及生產(chǎn)安全的重要前提。隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高，滅火技術(shù)和種類也在不斷地改進(jìn)和提升。而細(xì)水霧滅技術(shù)則成為人類最近選擇最多的技術(shù)，主要是因?yàn)槠鋬?yōu)勢(shì)才使得它成為消防中首要的選擇，如對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染、在滅火速度方面非常顯著、對(duì)水量的要求很低、對(duì)所需要的防護(hù)對(duì)象的破壞性則很小，已受到越來(lái)越多的重視。目前，就滅火對(duì)象而言，如人類居住的建筑、可燃性物體存放地方及用電設(shè)施方面，細(xì)水霧滅技術(shù)已經(jīng)取得了很大的成果。細(xì)水霧滅技術(shù)分為含添加劑及普通兩種，第一種主要用于水溶性的結(jié)構(gòu)，對(duì)該種滅火技術(shù)存在很大的限制，所以為了促進(jìn)細(xì)水霧滅技術(shù)得到更大的提高和發(fā)展，目前需要對(duì)其進(jìn)行繼續(xù)模擬和演練，來(lái)推進(jìn)滅火技術(shù)更上一個(gè)層次。

1.含添加劑細(xì)水霧的滅火機(jī)理

細(xì)水霧滅技術(shù)第一種是含添加劑的技術(shù)，該種滅火運(yùn)行原理，除了最基本的運(yùn)行原理，如：將水進(jìn)行汽化，在此過(guò)程中對(duì)火災(zāi)周圍環(huán)境的熱量進(jìn)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(zhì)，下面對(duì)這些特性進(jìn)行論述：

（1）物理性質(zhì)的添加劑會(huì)使得滅火器在滅火時(shí)候水的物理性質(zhì)發(fā)生改變，如：密度、張力、黏性等諸如此類方面，從而使得細(xì)水霧滅火技術(shù)在具體使用的時(shí)候會(huì)發(fā)生變化，從而影響其滅火效能。

（2）化學(xué)添加劑主要是阻斷燃料燃燒中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，達(dá)到滅火目的。

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

2.對(duì)含添加劑的細(xì)水霧滅產(chǎn)生影響的因素

就水本身特性而言，添加劑對(duì)其有直接的影響，除此之外，還會(huì)使得該種霧滅性質(zhì)從而產(chǎn)生一定的改變。從普通細(xì)霧滅的原理中可以看出影響滅火的因素主要以化學(xué)添加劑的發(fā)揮為主，那么影響該種滅火器的在具體操作時(shí)整體的運(yùn)行理念有：含添加劑細(xì)水霧系統(tǒng)表征參數(shù)、添加劑的種類、添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.1 含添加劑細(xì)水霧系統(tǒng)表征參數(shù)

（1）霧化錐角

霧化錐角則是指在滅火時(shí)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(qū)域、噴射的速度以及噴射的動(dòng)能，這些也是該種滅火器的重要參照值。

（2）霧滴動(dòng)量

在滅火過(guò)程中，霧滴動(dòng)量對(duì)于火焰而言是一個(gè)致命的要素，霧滴數(shù)量的多少?zèng)Q定了滅火器滅火的時(shí)間的速度，也影響著添加劑在操作過(guò)程中的發(fā)揮程度。在滅火的過(guò)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(fā)揮到極大的作用。但是物極必反，液體燃料所需的動(dòng)量有一定度的要求，如果操作過(guò)程中超過(guò)這個(gè)度，則會(huì)使得火焰越來(lái)越大，最終產(chǎn)生更大的火勢(shì)和火災(zāi)。

（3）霧化顆粒細(xì)度

也稱索太爾平均液滴直徑。隨系統(tǒng)壓力的升高而呈接近倒數(shù)關(guān)系降低，它影響霧滴蒸發(fā)時(shí)間，較小時(shí)霧滴的蒸發(fā)就較容易，細(xì)水霧在具體的實(shí)施過(guò)程中會(huì)降低氧氣在體積方面的分?jǐn)?shù)，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(shí)間內(nèi)在一定的面積上流過(guò)細(xì)水霧液滴的總的體積。該因素可以影響在滅火過(guò)程中達(dá)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(shì)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(xué)方面的性質(zhì)，從而加大細(xì)水霧滅火的效果。不同的添加劑，其自身特性不同，因此，發(fā)揮細(xì)水霧滅火性能的作用機(jī)理不同，提高細(xì)水霧滅火效率的程度也不同。

在改變細(xì)水霧的物理特性方面，如在水中添加乳化劑，可以對(duì)油品火災(zāi)進(jìn)行撲滅，因?yàn)橛皖愇镔|(zhì)的閃點(diǎn)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(zhǎng)水作用的發(fā)揮，提升滅火結(jié)果；將抗凍劑添加進(jìn)水中，降低滅火器在冬天結(jié)冰的速度；將增稠劑添加到水中，可以提高滅火器出稅務(wù)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(shí)候滅火器水分的流失；將減阻劑運(yùn)用到水中，減少滅火時(shí)的阻力；在水中添加氟碳表面活性劑，可降低水在滅火時(shí)候的表面張力，使得其在滅火時(shí)候會(huì)在著火物表面形成一個(gè)妨礙膜。

在改變細(xì)水霧的化學(xué)性質(zhì)方面，由于加入添加劑后，其中的金屬離子捕捉火場(chǎng)中的自由基，使火災(zāi)規(guī)模不能繼續(xù)發(fā)展或熄滅。如添加鹽類強(qiáng)化劑（如K2CO3、KHCO3、Na2CO3等），除了有水本身的滅火作用外，添加物質(zhì)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(guò)氧化物反應(yīng)中止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，撲滅火災(zāi)。對(duì)于堿金屬碳酸鹽而言，其滅火效率的順序?yàn)椋篕2CO3>KHCO3>Na2CO3>NaHCO3。因此，不同類型的金屬，其在火場(chǎng)中與自由基反應(yīng)的過(guò)程有所不同，滅火效率也有較大的差異。

2.3 添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

添加劑在溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)細(xì)水霧液滴直徑和速度有直接影響，質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，粒徑越大，速度越低即霧動(dòng)量越低。但加入添加劑后，物理或化學(xué)抑制作用增強(qiáng)。根據(jù)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究，無(wú)NaCl以及NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%時(shí)，細(xì)水霧滅火效果均較差，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到5%，細(xì)水霧滅火效果有了明顯的提高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增大到7.5%，滅火效果略有下降，滅火時(shí)間增加；質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增大到10%，滅火效果又有所提高，優(yōu)于7.5%，接近5%時(shí)性能；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到15%時(shí)，滅火效果又有所下降，但程度較小；而質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到20%，滅火效果與15%時(shí)相比較，有較小程度的下降。因此，隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，滅火效果呈W形變化，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)得到最佳的滅火效果。目前關(guān)于添加劑添加配比選擇尚沒(méi)有定量的指導(dǎo)原則，且針對(duì)不同的添加系統(tǒng)，尚不確定是否存在相對(duì)較固定量的范圍，如添加NaOH為17.5%，而NaCl的最優(yōu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。因此，添加劑的定量問(wèn)題也是需要研究解決的一大問(wèn)題。

3.單流體細(xì)水霧滅火的實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)方法與步驟

方法：試驗(yàn)中記錄在熱電偶測(cè)試下，相同高度下經(jīng)噴頭噴出的水霧對(duì)定型定量汽油的火焰溫度的影響，應(yīng)用軟件進(jìn)行電腦模擬記錄變化時(shí)間。

步驟：（1）安裝好噴頭，將油盤(pán)、熱電偶、輻射熱通量計(jì)和攝像機(jī)放置到相應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試位置。（2）調(diào)整好細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的工作狀態(tài)，保證滅火過(guò)程中供水充足、壓力穩(wěn)定。（3）開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和攝像機(jī)，并開(kāi)始預(yù)記錄。（4）向油盤(pán)中加入水墊層，用量杯量取實(shí)驗(yàn)所需汽油量后將其倒入油盤(pán)，點(diǎn)燃油盤(pán)中的汽油并使其自由燃燒一段時(shí)間，保證火焰進(jìn)入穩(wěn)定燃燒階段。（5）打開(kāi)細(xì)水霧系統(tǒng)，使噴頭噴放細(xì)水霧。（6）待火焰完全熄滅后延時(shí)噴放5s左右關(guān)閉細(xì)水霧系統(tǒng)，保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（7）如果滅火時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)，則在火焰熄滅后將油盤(pán)移出熱點(diǎn)偶測(cè)溫范圍進(jìn)行引燃，以判斷是否由于燃料燃盡導(dǎo)致滅火。

3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

（1）霧通量的影響

通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究不同的流量溫度變化規(guī)律：

設(shè)定噴射距離為1.4m，泡沫含量為1.5%，噴射壓力3Mp的實(shí)驗(yàn)條件，則可得出其中一個(gè)流量為140L/h，另一個(gè)流量為240L/h，但兩者溫度上升差值較大，且流量大的滅火時(shí)間短。分析原因：由于流量增大，霧通量相對(duì)增大，霧滴數(shù)量增多，對(duì)火焰和燃料表面的冷卻作用增強(qiáng)，導(dǎo)致火焰溫度上升幅度小，滅火時(shí)間短。

（2）泡沫含量的影響

通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究不同的體積分?jǐn)?shù)溫度變化規(guī)律：

設(shè)定噴射距離為1.4m，噴頭壓力為5Mp的實(shí)驗(yàn)條件。則可得到隨著泡沫體積分?jǐn)?shù)的增加，火焰溫度上升幅度逐漸降低，滅火時(shí)間呈現(xiàn)變短的趨勢(shì)。分析原因：隨著泡沫添加劑體積分?jǐn)?shù)的增加（泡沫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也相對(duì)增大），達(dá)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(fā)和窒息滅火的作用。

結(jié)語(yǔ)

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著霧動(dòng)量的增大、添加劑含量的增加，到達(dá)火焰根部的細(xì)水霧數(shù)量增多，細(xì)水霧的冷卻作用和添加劑的隔氧窒息作用增強(qiáng)，單流體細(xì)水霧裝置產(chǎn)生的細(xì)水霧出口壓力較大，滅火效果較好。主要體現(xiàn)在滅火時(shí)間上，在11s～60s之間，因此，滅火效率提高。

參考文獻(xiàn)

[1]崔正心，廖光煊.細(xì)水霧抑制障礙物穩(wěn)定火焰的實(shí)驗(yàn)研究[J].火災(zāi)科學(xué)，2001，10（3）：174-177.

[2]叢北華，毛濤，廖光煊.含氯化鈉添加劑細(xì)水霧與油池火的相互作用[C].高等學(xué)校工程熱物理研究會(huì)第十屆全國(guó)學(xué)術(shù)會(huì)議，2003：677-685.