泡沫灭火剂覆盖效果的研究
摘要：泡沫灭火剂对流淌的易燃或有毒液体的覆盖作用和效果的研究，结果表明泡沫层抑制液面挥发的效果受泡沫种类、施放方式、现场风力、覆盖后持续的时间和环境的温度的影响，且不同种类泡沫的覆盖效果有较大的差异。
关键词：灭火救援；泡沫灭火剂；发泡倍数；析液时间
一、导言
易燃或有毒液体泄漏现场常会形成大面积的挥发性液滩，因其不断向四周和低洼处流淌，以及液面不断蒸发的易燃或有毒气体的扩散，使得泄漏事故危害范围扩大，爆炸或中毒危险对现场实施处置的消防人员也是严重的威胁。液滩流淌及其蒸气的扩散是液态化学危险品泄漏事故危害区域扩大的主要原因，其中挥发扩散的蒸气是引发人员中毒和爆炸的重要因素。为了抑制易燃或有毒液滩的挥发，在灭火救援实践中常采用砂土覆盖、泡沫覆盖、水层覆盖、燃烧等方法。其中因泡沫易运送、易产生、易施放、易流动、质量轻、覆盖范围大等优点，挥发性液滩的泡沫覆盖抑制方法已成为最常用的方法之一。
液滩表面的泡沫覆盖层能抑制其蒸气的挥发，从而控制现场危险源及其危害性。因为易燃或有毒液滩的挥发速度与其蒸气扩散可能形成的危害范围有直接关系挥发速度越快，可能的危害范围越大反之，则越小。例如，一起丙烯腈贮罐严重泄漏事故造成露天现场形成了一块直径50m的液滩。当时是晴天，现场10m上空风速为5m/s，该液滩的挥发速度可达2.4kg/s。若液滩未及时得到任何覆盖处置，则从液滩挥发的丙烯腈蒸气形成的毒害范围可在下风向达750m（范围边界浓度以90mg/m³计）；若采取适当措施进行覆盖，并使液滩的挥发速度降低至原来的1/10，经计算其扩散蒸气在下风向的毒害区域边界可缩短至100m。如果覆盖效果很好，并使液滩的挥发速度降至原来的1/100，丙烯腈蒸气将形成不了有实际作用的毒害区域。
然而，泡沫层多厚才能有控制效果、泡沫覆盖可控制的时间长短、不同种类泡沫的覆盖控制效果是否相同等问题，本文通过相关的试验，进行了探讨。
二、小型试验
2.1试验条件
在小型14m水平试验风筒内对油盘中的易燃油品，用不同类型的泡沫灭火剂进行覆盖试验，在风筒下风出口处检测油蒸气平均浓度及其随时间的变化，确定油盘液面质量挥发速度。根据液面质量挥发速度的大小和变化情况，评价泡沫灭火剂的覆盖控制效果。
试验风筒内中间底部放置一个500mm×500mm的油盘，其上边缘装有泡沫管和喷嘴，以实施对油盘内试验油品表面的覆盖。风筒内油盘上空气的流速（V，单位m/s）随距油液面的高度（H，单位m）单位按下式分布：
V=2.75+1nH ……（1）
试验油品为正戊烷、异戊烷、正己烷和异辛烷；覆盖用泡沫有蛋白泡沫、合成泡沫、水成膜泡沫和抗溶性泡沫，其主要性质如下表所示。
试验中主要测定油品用泡沫覆盖前后的质量挥发速度。测定泡沫覆盖后的挥发速度时，通过泡沫管和喷嘴对盘内壁施放泡沫，直至液面上形成5cm厚泡沫层。随后，开始计时和从风筒下风口采样点检测油蒸气的平均浓度，根据此浓度可间接计算油液面的挥发速度。
2.2试验结果与讨论
测得的泡沫覆盖前各油液面的挥发速度如图1所示。
泡沫覆盖后油液面挥发速度随覆盖时间的变化如图2所示。图2采用了双对数坐标，其纵坐标为泡沫覆盖后与前测得的油液面挥发速度的比值，代表泡沫覆盖控制效果，此比值越小，泡沫覆盖控制效果越好。根据试验的观察和测定结果，3#泡沫一经在油表面上形成5cm厚泡沫覆盖层，就有明显的抑制油面蒸发的作用，一般可使油面的挥发速度降低至覆盖前的1/10以下；待泡沫覆盖10min左右后，这种抑制作用开始进人最佳期，最佳控制效果可使挥发速度降至覆盖前的1/100左右，其最佳抑制期长短因被覆盖的油品种类不同而有所不同，可从几十分钟至百十分钟，例如覆盖正己烷最佳抑制期能持续110min；泡沫最佳抑制期结束后，泡沫覆盖层的控制效果明显下降，直至丧失。对于3#泡沫，其控制作用在覆盖120min后开始失效。
泡沫覆盖层在油液面上刚形成时，因施放过程中的搅动泡沫或多或少地会带起油滴，并混合在泡沫中。因处于泡沫层上部的油滴挥发受不到泡沫层的覆盖抑制作用，故开始有一段时间的控制效果并非为最佳，只有在这些油滴挥发殆尽，泡沫的覆盖抑制作用方进人最佳期。在最佳期内泡沫层能够保持完整，且能明显看到蒸气进人泡沫层后使之胀起的现象。随着油液面挥发的蒸气不断作用于泡沫层，在泡沫层中将逐渐形成蒸气的沟道，最终可导致泡沫层的密封性破坏，因此泡沫覆盖抑制作用有一定的有效时间。
图3为试验测得的四种泡沫对正戊烷液面覆盖控制效果的比较。
从图3中四种泡沫覆盖控制效果曲线可看出不同类型的泡沫覆盖控制效果存在较大的差异，如2#泡沫最佳抑制期在9min左右结束，其使液滩挥发速度最大降低倍率约20倍；3#泡沫最佳抑制期可延至60min，其使液滩挥发速度最大降低倍率为100倍以上。四种泡沫中3#泡沫的覆盖抑制作用最强，其原因可能与水成膜或氟碳表面活性剂泡沫不易带起油滴和泡沫表面韧性好有关。
三、露天试验
3.1试验条件
利用露天的直径为5m的试验油盘，对油液面挥发性进行泡沫控制效果的试验。试验所用油品为正己烷、苯、甲苯和异辛烷。试验前，在试验盘内预先注水深30cm，再注人试验油品，并形成5mm-10mm厚的油液层。待油液面平稳10min后，在油盘边缘下风向1m及距油盘上缘30cm处，测定油蒸气的浓度采用相同的方法，对油液面覆盖泡沫10min后的油蒸气浓度也进行测定。利用泡沫覆盖前后测得的油蒸气浓度，来评价泡沫对油液面挥发性的控制效果。
试验中采用了低倍和中倍泡沫液，它们的主要性质如表2所示。各种试验油品表面覆盖施用泡沫量均为100kg左右。
3.2试验结果与讨论
图3、4、5给出了试验结果。与小型试验相比，露天试验中的泡沫层对油液面挥发性的控制效果更好。因为后者在施放泡沫时，采取了先向液面上部安置的挡板喷射，让泡沫平缓流向油液面，从而明显地减弱了施放时泡沫带起油液的现象。试验中风速的变化对泡沫层的抑制作用有显著影响。当离地面1m高处的风速大于4m/s时，泡沫层会失去覆盖效果，因为泡沫轻且浮于油液面上，易被风吹走。
从泡沫种类来看，低倍泡沫的控制效果相对地好于中倍泡沫，但中倍泡沫易于缓慢施放而减少带起的油量；抗溶性氟表面活性剂泡沫比其他泡沫抑制油液面挥发的能力要强。
假设该实验中测得的油蒸汽浓度与油液面挥发速度成正比关系，露天试验结果可表明；最佳的泡沫覆盖层能在较长时间内（20min），一直维持油液面透过泡沫层的蒸汽挥发速度在原来的1/100左右。
四、结论
4.1采用泡沫对挥发性液滩进行覆盖，其抑制液面挥发的效果主要受泡沫的种类、泡沫的施放方式、现场风力、覆盖后持续的时间和环境的温度的影响。
4.2 泡沫的施放方式直接影响到泡沫层的带油问题，带油会明显地降低泡沫层对油液面挥发的抑制性，对于覆盖易挥发的有毒有害液体，采用非常缓和的泡沫施放方式尤为重要。
4.3在实际应用中，应注意现场处置程序。泡沫覆盖前的同时可积极进行泄漏点的堵漏工作，堵漏成功后应进行有毒有害液体的输转工作。
4.4对于大面积的有毒有害液滩，应及时施用泡沫覆盖；而对于能与水发生反应或者破坏泡沫的化学物质液滩，则不能采用此法。
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本文主要内容来自于：李建华.中国人民武装警察部队学院
版权归属于原作者。
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