摘要：A类泡沫是针对固体火灾的新型灭火技术产品，其采用正压式泡沫产生方式时的灭液体火性能有待准确评估。采用标准油盘火试验模型定量评价其用于非水溶性液体危险品的灭火防护效果，同时对压缩空气A类泡沫的泡沫性能及影响泡沫稳定性的因素进行评估，分析泡沫稳定机制。结果表明，正压式泡沫产生方式是提高A类泡沫稳定性的重要手段，而泡沫稳定性是影响其灭火防护效果的重要因素，混合比、发泡倍数与泡沫析液稳定性呈正比关系，而温度与泡沫析液稳定性呈反比关系，液膜的自我修复及气泡间的气体扩散是影响泡沫稳定性的微观机制。

关键词：安全工程；A类泡沫；防护；析液；稳定性；压缩空气泡沫系统

引言

A类泡沫是一类主要用于扑救固体可燃物火灾的新型高效泡沫灭火剂。其中一些A类泡沫产品还具备产生高稳定泡沫的性能，可用于石油化工可燃性液体危险品储罐火灾时的比邻储罐防护。有研究表明，A类泡沫结合正压式泡沫产生系统使用时，还可用于某些石油化工可燃性液体危险品火灾的扑救。并且这种泡沫产生方式所形成的灭火泡沫具备高稳定性，是其和传统负压式泡沫产生方式的重要区别。

因此，本文采用标准油盘火试验定量评估A类泡沫结合正压式泡沫产生系统扑救可燃性液体危险品火灾的性能，探索A类泡沫稳定性对其灭火效果的影响，同时对A类泡沫稳定性的影响因素和机理进行研究，以期为有效发挥A类泡沫对液体危险品火灾应急防护作用提供指导。

一、试验

1.1材料与仪器

A类泡沫灭火剂，昆山宁华消防系统有限公司，符合企业标准Q/320583 KSNH 003-2008；正压式泡沫产生系统，即压缩空气泡沫灭火系统，是通过充入适量空气至泡沫溶液，并可在一定范围内连续调整泡沫状态的充气式泡沫产生系统，自行研制；负压式泡沫产生系统是通过泡沫溶液射流在吸气孔位置形成负压区并进而吸人空气形成灭火泡沫的吸气式泡沫产生系统，自行研制，符合国家标准GB 15308-2006(泡沫灭火剂》。

1.2试验方法一

25%析液时间和发泡倍数这两个泡沫性能指标，以及灭火时间和25%抗烧时间这两个灭火性能指标的测试，采用ISO 7203.1一l995《灭火材料泡沫浓缩液第1部分：用于非水溶性液体火灾顶部释放的低倍数泡沫液》规定的测试方法。试验采用的标准油盘面积为4.52m，试验析液测定器尺寸按原标准遁当放大。按照标准规定，灭火试验选用的标准燃料为橡胶工业用溶剂油。试验时将泡沫液流量控制在(11.4±0.4)L／min；同时为保证各次试验之间的可比性，如无特殊说明，试验过程中均将灭火泡沫的温度调整至(20±2)℃。

二、结果与讨论

2.1灭火试验结果

使用标准灭火试验方法对A类泡沫结合正压式泡沫产生系统扑救非水溶性液体火的灭火效果进行测试，结果见表1。

由试验结果可知如下内容。

1)A类泡沫不仅可用于传统市政火灾(主要为固体火灾)安全防护，其结合正压式泡沫产生系统使用还可用于石油化工等领域的非水溶性液体危险品的灭火防护。在试验中采用将灭火泡沫直接释放到液体燃料表面上的强施放供泡方式，A类泡沫可在较短时间内快速灭火，并且具有较长的25%抗烧时间(25%抗烧时间是指在液体燃料表面建立一个泡沫层以后，植入一个一定面积的引火源，测定油盘上25%面积的灭火泡沫被引火源烧毁的时间，该指标用于表征灭火泡沫的耐高温稳定性)，灭火性能良好。一般而言，普通低倍泡沫灭火剂主要用于石油化工非水溶性液体火灾扑救，其中具有抗溶(醇)功能的抗溶性泡沫灭火剂，还可以用于醇、醚、醛、酮等水溶性液体火灾扑救。参照国际通用的ISO 7203-1995标准中对于低倍泡沫灭火剂灭火性能级别的划分方法l5J，本文选用的A类泡沫灭火性能级别为IA，为目前所有低倍泡沫灭火剂用于非水溶性液体火灾扑救所能达到的最高灭火性能级别。

2)正压式泡沫产生方式改善了A类泡沫的泡沫性能，特别是提高了灭火泡沫稳定性。发泡倍数与25%析液时间是衡量灭火泡沫实际应用性能的重要指标。其中发泡倍数是指灭火泡沫的体积与构成该泡沫的泡沫溶液体积的比值，用于衡量泡沫灭火剂的发泡能力。25%析液时问是指从灭火泡沫中析出其质量25%的液体所需要的时间，是以灭火泡沫液膜的析液速度来衡量灭火泡沫稳定性的一个指标。试验结果表明，A类泡沫以正压式泡沫产生方式使用时，所产生灭火泡沫的发泡倍数和25%析液时间均大于传统负压式泡沫产生系统。特别是对于25%析液时间这一指标，传统负压式泡沫产生方式下的灭火泡沫25%析液时间一般在2～10min，而本文A类泡沫的25%析液时间达到20min以上，说明灭火泡沫在常温下即具有较高的稳定性。正压式泡沫产生方式改善A类泡沫稳定性的主要原因在于：一方面这种产生方式可以获得较高的发泡倍数，而较高的发泡倍数可以提供较好的泡沫稳定性；另一方面这种产生方式改善了灭火泡沫的微观结构，可获得粒径分布更为均匀的灭火泡沫，而灭火泡沫的气泡粒径是影响其稳定性的重要因素。

3)高稳定性是A类泡沫具有良好火灾防护效果的重要原因。一般认为，维持一定的灭火泡沫稳定性，是泡沫层发挥覆盖、隔绝等灭火防护作用的重要保障，因此，A类泡沫的高稳定性是其具有良好灭火效果的重要原因。为进一步说明高稳定性对于泡沫灭火效果的影响，本文还测试了A类泡沫结合负压式泡沫产生系统使用时的灭火效果。试验结果表明，在混合比等试验条件不变的情况下，A类泡沫结合负压式泡沫产生系统使用时所产生的灭火泡沫，不仅发泡倍数和25%析液时间远低于正压式泡沫产生系统，而且无法扑灭试验选用的标准火。这说明压缩空气A类泡沫所具备的高稳定性是其具备优异灭火效果的重要原因。

2.2泡沫析液稳定性试验结果

从宏观形态角度讲，灭火泡沫是由泡沫溶液通过吸气或充气方式形成的大量微小气泡组成的聚集体。每个气泡均由液膜分隔包围一定含量的气体所组成，其中气相为分散相，液相为连续相，气泡相互接触的边界称为Plateau边界。从热力学角度讲，无论采用正压式还是负压式的泡沫产生方式，均是一种能量引入过程，因此灭火泡沫是一种热力学不稳定体系。根据热力学原理，在起泡过程中自由能△G=γ△A，其中γ为泡沫溶液的表面张力，△A为表面积的变化。由于泡沫溶液发泡时表面积△A为正值，所以体系自由能自发降低的趋势会导致气泡逐渐破灭，而灭火泡沫的稳定性就是指灭火泡沫在各种因素作用下的泡沫持久性，即泡沫的寿命。目前普遍认为，液膜中的液体通过Plateau边界的流失和气体透过液膜的扩散，是泡沫衰变的重要机制。以下分别通过发泡倍数、泡沫温度和混合比等因素对A类泡沫25%析液时间的影响，来探讨其对A类泡沫稳定性的作用机制。

如图1所示，发泡倍数对于A类泡沫稳定性有重要影响，随着发泡倍数的提高，A类泡沫25%析液时间相应增加。如前所述，发泡倍数是指灭火泡沫的体积与构成该泡沫的泡沫溶液体积的比值，在同等灭火泡沫体积下，较高的发泡倍数代表其含有的泡沫溶液较少，气泡总表面积较大，因此气泡的液膜相对较薄，而相对较薄的液膜有助于降低气泡的析液速率。

如图3所示，泡沫温度与25%析液时间成反比关系(为排除其他因素影响，试验混合比统一定为1%，并且控制发泡倍数为38±0.5)，泡沫温度越高，25%析液时问越短，泡沫稳定性越低。温度对泡沫稳定性的影响，一般认为是由于温度的升高加快了液膜中液体的蒸发，从而间接加快了析液速度。并且温度的升高还可以促进气体在液膜中的扩散，加速气泡的聚并过程，其宏观表现即为小气泡中的气体向大气泡扩散，直至小气泡消失，大气泡逐渐增大，并最终破裂。

泡沫溶液混合比对A类泡沫稳定性的影响见图4。随着混合比从0.3%升至1.0%，25%析液时间相应增加(试验中控制发泡倍数为17±0.5)，A类泡沫稳定性呈上升趋势。泡沫溶液混合比是指产生泡沫时泡沫溶液与水混合的体积比。提高混合比，相当于提高泡沫溶液中用于发泡的表面活性剂浓度。从微观角度解释，表面活性剂浓度的上升提高了液膜双分子层中表面活性剂的吸附量和排列紧密度，有助于提高液膜的自我修复能力，并降低液膜的析液速度。必须指出，表面活性剂浓度提高到一定值后，液膜双分子层中的表面活性剂会达到饱和吸附，继续提高表面活性剂浓度，会使液膜的“刚性”增强，导致泡沫稳定性降低。但是由于A类泡沫在实际应用中最高使用混合比一般为1.0%，因此本文并未对更高混合比条件下的A类泡沫稳定性进行考察。

需要指明的是，限于尚未建立灭火泡沫与火焰相互作用过程以及灭火泡沫微观结构表征等方面的测试方法，上述试验是针对A类泡沫的可燃性液体危险品火灾防护性能和机制的一些初步评估测试和分析。关于A类泡沫稳定性机理及灭火防护机制有待于进一步探索，并进一步加强高稳定性A类泡沫用于液体危险品火灾和泄露应急技术方面的研究，从而切实提升A类泡沫的应用水平和范围。

三、结论

1)通过标准油盘火试验模型证明A类泡沫结合正压式泡沫产生系统使用时，所产生的灭火泡沫具有高稳定性，其用于非水溶性液体危险品火灾安全应急防护的效果良好。

2)正压式泡沫产生方式可以提高A类泡沫25%析液时间和发泡倍数，而A类泡沫稳定性提高的原因在于正压式泡沫产生方式有助于高发泡倍数且粒径均匀的灭火泡沫形成。

3)发泡倍数、混合比与25%析液时间成正比关系，泡沫温度与25%析液时间成反比关系，这些因素主要通过改变气泡液膜厚度、液膜自我修复能力以及气泡间气体扩散速度等微观作用机制影响A类泡沫的稳定性。

4)A类泡沫稳定性机理及灭火防护机制有待于进一步深入探索，并应加强高稳定性A类泡沫用于液体危险品火灾和泄露应急技术的研究。

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本文主要内容来自于：包志明，陈涛，傅学成，张宪忠，王荣基

(公安部天津消防研究所，天津300381)

中图分类号：X937文献标识码：A

DOI：10.3969／j.issn.1009—6094.2013.03.049

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