A类泡沫灭火系统应用技术研究
关键词:A类泡沫系统;灭火;隔热保护
一、引言
A类泡沫灭火系统是一种高效的泡沫灭火系统,在欧美等国已广泛使用,并做了大量研究,在应用技战术方面积累了大量的经验。其主要优点为控制火势快、火场用水效率高、具有较好的防止复燃的作用、减少了火灾的水渍损失等。近些年来,压缩空气A类泡沫灭火系统产品已经引入国内,但是对于A类泡沫灭火系统,尤其是压缩空气泡沫灭火系统的应用研究国内尚未展开,有必要结合我国消防部队的实际情况,对A类泡沫灭火系统技术进行应用研究,为消防部队灭火作战提供指导。
二、试验研究及分析
2.1灭火试验
2.1.1灭A类火试验
在5m×5m×6m的燃烧试验室内点燃若干组2A的木垛火,预燃150s后,用预混的A类泡沫混合液(氮气充装压力1.0MPa)喷射灭火。根据多次试验及测量得到的不同混合比泡沫混合液的灭火时间、灭火用量,绘制的曲线见表1和图1。
由表1和图1可以看出,A类泡沫灭火系统的混合比在0.3%左右时,灭火最经济,效率最高。随着混合比的增加,对于灭火效率的提高很少,但是使用的A类泡沫液增加了。随着混合比减少,灭火效率大大降低,灭火用量大大增加,尤其是用清水(混合比为0)灭火时,灭火用量是0.2%泡沫混合液的2.5倍,灭火时间也延长了一倍多。试验证明了A类泡沫液的添加提高了水的灭火效率,是清水灭火效率的3倍左右。
2.1.2灭B类火试验
对同一灭火强度、不同混合比的干泡沫灭2B汽油火性能进行试验研究。2B油盘内的汽油预燃30s,预混不同混合比的A类泡沫混合液,空气压缩机的充装压力0.5MPa,灭火强度(3±0.3)L/(min·m2)。
调节空气压缩机的进气量,第I组灭火的干泡沫发泡倍数10倍～15倍左右,第Ê组灭火的干泡沫发泡倍数>18倍,进行灭火试验,结果如表2所示,灭火时间-混合比曲线如图2所示。
由图2可以看出,发泡倍数10倍～15倍左右的干泡沫灭火(曲线I)比发泡倍数>18的干泡沫灭火(曲线Ê)要迅速,这是由于其流动性好,可以迅速覆盖整个油面。对于同一曲线,同一灭火强度时,随着混合比的增加,灭火效率有所提高,0.5%左右是个拐点,低于这个混合比的压缩空气A类泡沫已经不适合灭B类火。推荐灭B类火的最佳混合比为0.6%～0.8%,发泡倍数大于10倍,但不宜过大。
对同一混合比、不同灭火强度的干泡沫灭2B汽油火性能进行试验研究。2B油盘内的汽油预燃30s,预混混合比为0.8%的A类泡沫混合液,空气压缩机的充装压力0.5MPa,调整好空气压缩机的进气量,改变灭火强度,进行灭火试验。试验结果如表3所示,灭火时间-灭火强度曲线,如图3所示。
在混合比不变的情况下,随着灭火强度的增加,灭火时间大大缩减,但是在灭火强度≥4L/(min·m2)时可获得比较理想的效果,灭火时间≤80s。
2.2隔热保护试验
对压缩空气A类泡沫的隔热效果进行试验研究。
试验采用600mm×500mm×1.5mm的钢板作为接受热辐射的目标。钢板垂直安装在台架上,正面距离1m处配置功率为12kW的电热辐射屏,钢板背向热辐射屏的面上安装热电偶,热电偶连接数据采集板,并将数据传输至计算机,记录有干泡沫隔热保护和无泡沫隔热保护时钢板的温度变化。钢板朝向热电偶一侧喷挂干泡沫的发泡倍数为15.9,25%泡沫的析水时间为375s。试验结果见图4。
根据试验结果分析,钢板受热面有压缩空气A类泡沫保护时从5℃升至75℃的时间为900s左右,比无泡沫保护的相应时间(350s)之差为9min以上。也就是说在上述强热辐射的火场条件下,对被保护对象仅需间隔9min喷射一次,即可达到良好的隔热保护效果。与用消防水枪不间断地向被保护对象喷水的常规冷却保护的方式相比较,在减少大中型火场冷却保护用水量方面所带来的变化显然具有重要的意义。
三、压缩空气A类泡沫灭火系统对灭火战术的影响
压缩空气A类泡沫灭火系统(CAFS)具有灭火效率高、灭火范围广、消防用水利用率高和降低操作强度等特点。20世纪80年代以来,迅速在工业发达国家得到推广应用,其主要技术装备形式就是CAFS消防车,CAFS消防车的应用将对传统的火场供水及灭火战术产生重大的影响,主要表现在以下方面。
3.1城市消火栓系统供水能力不足将得到显著缓解
随着我国城市化进程加快,各大中城市的消火栓系统的建设远远落后于建筑和人口的发展,消火栓供水能力低下,大多区域的供水量不超过25L/s,致使普遍配备的车载消防炮(40L/s～50L/s)无法连续喷射,往往无法支撑4支以上的消防水枪同时用于灭火和冷却保护。对大中型火灾现场,往往需要调动多台消防车远距离输送水源以供灭火需要。
CAFS的试验结果表明,该系统直接扑灭A类火灾的用水仅为传统用水量1/3以下,干泡沫用于冷却保护的用水仅为传统用水量的1/10～1/20。以常规的消防炮和消防水枪进行比较,从表4中可以看出CAFS显著的节水和灭火能力。
CAFS消防车的应用,使消防部队具备了在现有城市消火栓供水条件下实现车载消防炮连续喷射灭火的能力,也具备了在一个火场区域同时使用8支～10支消防水枪进行灭火和冷却保护的作战能力。CAFS消防车的推广应用,将使我国城市消火栓供水能力制约消防部队灭火作战能力的严峻局面得到显著改善。
3.2实现火场车组作战中的头车配备优化
消防车自身的载水量是初始灭火阶段灭火能力的体现。在现代化消防作战中,对大、中型火灾的消防作战出动力量是根据火灾现场的具体情况,对头车、主战车、通信指挥、后勤器材保障等各类消防车辆进行有针对性地组合。
在工业发达地区的城市由于消火栓管网供水能力较强,通常情况下除了大型举高车之外,一般不配置大吨位消防车,中、小型消防车的载水量为1t～3t。实际上,一辆消防车装载的15t水,也仅能供给常规40型水炮喷射6min的用量。
CAFS的应用将为配备理想的消防头车成为可能。从表5可以看出,轻型CAFS消防车装载的700L水量,可以显著增加灭火喷射的时间。
3.3增强主战消防车的供水灭火能力
目前,我国消防部队配备的主战消防车合理配置水泵的供水量为40L/s,可以供1门移动式消防炮(32型泡沫炮或40型水炮),或者同时供给5支65型消防水枪(7.5L/s)。大型火灾现场往往需要更多的消防水枪、炮同时进行直接灭火和对周围目标的冷却保护,此时就需要更多辆主战消防车同时供水。
CAFS主战消防车的应用将对大型火场中消防车供水的形式产生重大改观。以一辆BXF5150GXFA40型CAFS消防车为例,其配备的40型水泵可以分别实现以下两种工况:
工况1:同时进行1门40型消防炮喷射湿泡沫(20L/s)、4支65型消防水枪喷射湿泡沫、5支65型消防水枪喷射干泡沫。
工况2:同时进行8支65型消防水枪喷射湿泡沫、10支65型消防水枪喷射干泡沫。
上述工况表明,在大型火场中,1辆CAFS主战消防车的供水作战能力,至少相当于3辆常规主战消防车。CAFS消防车的应用将对火场上的车辆数量、品种、布点位置、后方供水、战斗人员配置以及灭火战术等多方面的消防作战理念带来重大的影响。
3.4提高供水装备器材使用的可靠性能
消防车在火场供水的动力装备是发动机和水泵,输送装备如消防水带。在大型和特种火灾现场往往需要长时间大流量供水,此时消防车发动机长时间高负荷运转以及消防水带耐压力冲击的可靠性至关重要。
工业发达国家消防车的设计理念是可靠性优于灭火技术性能参数指标,消防车发动机功率有较大的储备,不仅保证在额定消防灭火工况条件下长时间可靠运行,并且必要时可以在一定时间内提供超额定工况的供水能力。长期以来我国遵循灭火性能参数至上的消防车设计理念,车用发动机带动水泵提供额定供水流量和压力时功率已几乎没有剩余,大多生产企业的消防车产品的4h连续工况试验检测仅能勉强通过,在大型火场上很多国内消防车不能适应长时间大流量供水的需要。以2003年北京燕山化工厂火灾为例,大多国产消防车3h～5h只能被迫退出供水车行列,而日本引进的消防车24h后仍在正常供水运行。
CAFS消防车的应用将显著改变消防车供水的负荷。在一般情况下,以泡沫形态喷射时水泵的供水量不超过20L/s,供水压力不超过1.0MPa,此时水泵转速不超过2500r/min,发动机转速不超过1800r/min(常规为2150r/min左右),消防车在低负荷的工况条件运行,显然提高了可靠性和寿命。
使用水枪喷射压缩空气A类泡沫时,消防水带中呈气-混合液两相流体,湿泡沫时水枪进口压力不超过0.15MPa,干泡沫时水枪进口压力不超过0.02MPa。消防水带承受的压力如此之低,其中压缩空气的体积可缩性也避免了压力剧变时对消防水带的水锤冲击,保证了供水输送的可靠性。此外,消防水带中的压缩空气使搬动水带变得非常轻便,大大降低了在火场搬动水带造成的摩擦损伤,降低了消防员的操作强度,机动性大大增强。
3.5增强远距离及高层供水能力
常规消防水带远距离供水,在较大流量时伴随着较大的摩擦阻力损耗,为了维持远距离火场消防水枪的喷射压力和流量的需求,消防车必须在高负荷工况下运行供水。即使如此,其远距离供水的能力也是有限的。以消防车采用80型有衬里消防水带作为供水主管线供2支65型水枪(流量为15L/s)为例,在500m距离上水带阻力为0.845MPa,要维持水枪在0.35MPa额定压力的喷射,水泵供水压力必须达到1.2MPa。对于常规消防车,上述远距离供水工况已经达到极限。
CAFS的应用将压缩空气泡沫在消防水带中远距离输送,这种形式使得沿程磨损变得微乎其微。根据以色列军方测试结果,CAFS在消防水带中输送距离为600m时,水枪喷射压力和系统输出压力几乎相等。在向高层建筑供水时,消防车的供水压力必须满足水枪喷射压力、位差以及沿程阻力三者之和的要求。除了上述沿程阻力降低的因素之外,由于压缩空气泡沫在水带中的比重仅为水的1/2以下,所以向高层供水的能力将会成倍的提高。
3.6减少隔热保护供水量
火灾的灭火过程中,对火源周围建筑物进行冷却和隔热保护是减少火灾损失,防止火势蔓延的必要火场消防作业。在大中型火灾的冷却隔热保护过程中,消耗的水量大于直接灭火所需的水量。常规隔热冷却保护,是用水枪(或水炮)不断向被保护目标喷水,但这一过程中水的有效利用率是很低的,绝大部分的水喷射至目标表面后流淌至地面而不能参与上述吸热过程,参与吸热冷却的仅占全部冷却喷水量的5%～10%。
CAFS形成的干泡沫具有较高的泡沫倍数和稳定性能,可以附着在被保护目标表面形成一层稳定的泡沫层,由于泡沫中的空气的良好隔热能力,与单一的水相比则显著提高了隔热冷却效果。
四、结论
A类泡沫灭火系统,尤其是压缩空气A类泡沫灭火系统的灭火技术在我国的应用前景非常广阔,笔者的研究成果对于消防部队的灭火作战具有指导意义:
(1)0.3%的A类泡沫混合液扑灭A类火效果显著,可节省水高达2/3,如果采用泡沫形式,其省水效果将更加显著;
(2)混合比≥0.6%、发泡倍数≥10倍的干泡沫,具有扑灭B类火灾的理想性能;
(3)干泡沫附着力强,具有良好的隔热保护效能,与常规喷水冷却相比节水效果显著;
(4)A类泡沫灭火系统的应用将为火场灭火战术带来巨大变革。
往期文章
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本文主要内容来自于：薛林,王丽晶(公安部上海消防研究所,上海200438)
中图分类号:TQ569,TU89 文献标识码:A 文章编号:1009-0029(2005)06-0739-04
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