泡沫灭火剂对石油醚的灭火性能试验研究
摘要：为提升处置石油醚火灾能力，以低沸点石油醚为燃料，通过开展标准油盘火试验评估不同泡沫灭火剂的灭火性能。测定不同灭火剂的理化性能，并分析灭火剂和燃料的理化性能对天火性能的影响。结果表明，大多数市售泡沫灭火剂对石油醚的灭火效能较低，其中AFFF/AR灭火效能最佳。表面张力、发泡倍数和25%析液时间是影响泡沫灭火剂灭火性能的主要因素。
关键词：泡沫灭火剂；低沸点；石油醚；灭火性能；发泡倍数；析液时间
在石油化工火灾事故中，由于低沸点易燃液体闪点低、饱和蒸气压高，其火灾扑救难度较大。石油醚作为一类常见的低沸点易燃液体，国内外学者尚未开展过关于泡沫灭火剂对其灭火性能方面的深入研究，关于泡沫灭火剂理化性能对灭火性能的影响因素研究较少。因此,有必要评估不同类型泡沫灭火剂对石油醚的灭火性能，研究泡沫灭火剂理化性能对灭火性能的影响。
一、试验仪器与方法
1.1试验材料
燃料选择工业级石油醚，沸程30-60相对密度(水=1)0.64g/cm3,饱和蒸气压55.1kPa(22.1℃)，闪点<-40℃(闭杯)，主要成分为戊烷和己烷，经测定其表面张力γO=15.6mN/m。泡沫灭火剂选用市售的泡沫灭火剂产品，样品及其灭火性能级别，见表1所示。
1.2试验方法
1.2.1理化性能的测定表面张力通过Kruss-KlOOc表面张力仪测定，测量方法采用吊片法，试验用水规格符合GB/T6682-2008《分析实验室用水规格和实验方法》三级水要求；泡沫溶液与石油醚间的界面张力通过环拉法测定；发泡倍数和25%析液时间的测定参照GB/T15308-2006«泡沫灭火剂》规定；泡沫黏度通过R/S+流变仪测量。
1.2.2灭火试验
试验环境温度为15〜20℃，泡沫温度为18-20℃，风速小于2m/s,试验方法参考GB15308-2006中强施放灭火试验，泡沫灭火剂供给强度为2.5L/(min-m2)。试验过程:燃料预燃1min后开始供泡，油盘内火焰完全熄灭时停止供泡，即泡沫供给时间和灭火时间。灭火结束后5min进行抗烧试验，记录25%抗烧时间。灭火过程中，发现由于边缘火和残焰长时间存在，使灭火时间过长，仅靠灭火时间和25%抗烧时间难以全面准确评估灭火性能。
为此，笔者将90%控火时间、灭火时间和25%抗烧时间作为灭火性能的评价指标。90%控火时间通过相对热辐射通量变化曲线确定，热辐射通量通过戈登式热流传感器记录，热流传感器离地高度2m,与油盘外沿水平距离1.86m(0.75D),如图1所示。
二、试验结果与讨论
2.1泡沫灭火剂的理化性能
试验结果见表2所示。
AFFF可在大多数油类液体可燃物表面铺展，形成水膜，通过水膜和泡沫的双重作用进行灭火。AFFF成膜条件为:泡沫溶液在液体可燃物表面的扩散系数S>0,计算见式(1)。
S=γO-γF-γi ⑴
式中：γO、γF分别为油相、泡沫溶液表面张力；γi为油相和溶液间界面张力。
对于低沸点燃料石油醚，其表面张力(γO =15.6mN/m)低于泡沫溶液的表面张力γF，由式(1)可得，二者的扩散系数小于零。因此,AFFF溶液不能在石油醚表面铺展形成水膜，传统意义上AFFF成膜作用失效。
在试验过程中，当泡沫施加到燃料表面后，泡沫会与燃料碰撞、混合，同时夹带燃料继续向四周扩散燃烧，表现为泡沫带油燃烧现象。而在泡沫与燃料接触、碰撞过程中，燃料同时也会附着在泡沫表面，对于表面张力相对较高的泡沫，燃料甚至会在泡沫表面铺展。此时二者之间的扩散系数，见式（2）。
S'=γF-γO-γi ⑵
由式（2）可知，泡沫溶液表面张力越低，扩散系数越低。当泡沫溶液与燃料的扩散系数小于零时，燃料不能在泡沫表面铺展成膜，而是以液滴形式附着在泡沫上，此类泡沫带油能力较弱。而表面张力相对较高的泡沫溶液，如FP泡沫溶液，与石油醚的扩散系数为正值（见表2）,石油醚能够在FP泡沫表面铺展形成油膜,泡沫带油能力较强。
对比不同灭火剂间泡沫性能，可知FP发泡倍数较低，发泡性能较差，仅为5倍左右，其他类型灭火剂样品的发泡性能较佳，均在7倍以上；由25%析液时间可知，抗溶型泡沫灭火剂（AFFF/AR和FP/AR）因含有高分子化合物，泡沫稳定性较高,25%析液时间均大于10min。
采用流变仪测试灭火剂样品的泡沫粘黏度，部分试验结果如图2所示，可知泡沫黏度随着剪切速率增大逐渐减小，泡沫呈现出剪切变稀现象。同一剪切速率下，抗溶型泡沫灭火剂的泡沫黏度最高-AFFF泡沫黏度最低。
2.2试验结果及分析
2.2.1试验现象
观察试验过程可知，石油醚油盘火较难扑灭，灭火过程中泡沫带油燃烧现象明显，尤其是靠近泡沫施加一侧，泡沫溢出油盘后，火仍继续燃烧，此外油盘边缘位置火势也较难灭，泡沫层上方常发生闪燃现象。图3为3%AFFF-2#灭火试验过程，不同样品的灭火试验现象，见表3所示。上述试验现象的主要原因为：一方面石油醚相对分子量小，分子间作用力小，燃料黏度和密度较低，泡沫在与油面接触、碰撞过程中，部分燃料会以小油滴形式进入泡沫液膜内，以乳化油滴形式存在液膜之间，使泡沫更容易带油燃烧；另一方面，石油醚沸点较低，且分子链较短，挥发的燃料气体容易穿透泡沫液膜，充斥在泡沫内甚至穿透泡沫层，表现出泡沫闪燃及边缘火现象。
2.2.2结果及分析
由表3试验结果可知，泡沫灭火剂均能在短时间内控制火势，其90%控火时间均小于3min,图4为6%AFFF/AR-W灭火过程中相对热辐射通量变化情况。
由于油盘边缘火和带油泡沫长时间的燃烧，除6%AFFF/AR-3#样品外，其他泡沫灭火剂均无法达到3min灭火要求标准，其灭火时间均在10min以上。因此，石油醚油盘火灭火难度较大。对于此类低沸点油类液体，GB5015《泡沫灭火系统设计规范》要求，灭火剂供给强度应由试验确定。结合前期低沸点炷类液体泡沫灭火试验，泡沫溶液供给强度即使超过24L/(min-m2),仍不能彻底扑灭低沸点液体火。因此，对于此类液体储罐，有必要筛选并配备石油醚灭火效能最佳的泡沫灭火剂。
由表3可知.AFFF/AR灭火性能最佳，不同类型的泡沫灭火剂次序如下:AFFF/AR和FP/AR>AFFF>FP»这是因为AFFF/AR发泡倍数适宜，25%析液时间较长，泡沫性能较佳，且泡沫溶液表面张力较低，泡沫溶液与燃料的铺展系数S<0,泡沫不容易带油燃烧，灭火效能最高。而AFFF25%析液时间较短，液膜变薄速度较快，泡沫的封闭性和抗烧性较差，灭火性能相对较低。对比试验结果，可知FP发泡倍数低，泡沫动量大，施加过程中容易破坏泡沫层，而且泡沫溶液表面张力较高，与石油醚的扩散系数S'>0,灭火性能最低。此外，所有泡沫均能快速在燃料表面铺展。因此，在低倍数泡沫灭火系统中，泡沫黏度并不是影响灭火性能的主要因素。
试验结果表明，即使长时间施加当前市售泡沫灭火剂仍难以彻底有效扑灭石油醚油盘火。鉴于石油醚等低沸点液体燃料较难扑救特点，建议对此类液体储罐提高消防安全标准。此外，有必要开发石油醚专用灭火剂，提升我国处置石油醚火灾的技术水平。
三、结论
(1)成膜型泡沫灭火剂溶液无法在石油醚表面成膜，且低倍数泡沫难以有效抑制燃料挥发，泡沫闪燃和带油燃烧现象明显，油盘边缘火较难扑灭，灭火难度较大。
(2)所用泡沫灭火剂类型中,AFFF/AR灭火效能最佳，在选配石油醚液体泡沫灭火剂时可优先选用AFFF/AR。鉴于当前泡沫灭火剂不能快速有效扑救石油醚火灾，建议研发石油醚专用泡沫灭火剂。
(3)表面、界面性能和泡沫性能是影响泡沫灭火剂扑救石油醚等低沸点液体火灾的关键因素，表面张力低、析液时间长、具有适宜发泡倍数的泡沫灭火剂灭火效能较高。
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本文主要内容来自于：包志明，靖立帅，张宪忠，胡成，陈涛，傅学成，陈场(应急管理部天津消防研究所，天津300381)
中图分类号：X924.4,TQ569文献标志码：A
文章编号：1009-0029(2019)07-0991-03
版权归属于原作者。
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