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压缩空气泡沫系统用于油罐液上喷射的可行性研究

发布日期:2017-10-14 来源: 本网 查看次数: 169 作者:admin

核心提示:  压缩空气泡沫灭火技术是最近二十余年逐渐在国内外得到广泛应用的一种新型泡沫灭火技术,核心部件是压缩空气泡沫系统,则可降低泡沫灭火剂储备量和储备空间,进一步凸显了固定式压缩空气泡沫系统用于油罐火灾防护

  压缩空气泡沫灭火技术是最近二十余年逐渐在国内外得到广泛应用的一种新型泡沫灭火技术,核心部件是压缩空气泡沫系统,则可降低泡沫灭火剂储备量和储备空间,进一步凸显了固定式压缩空气泡沫系统用于油罐火灾防护的性能优势。因此,本研究采用模拟油罐灭火的方式,评价压缩空气泡沫系统用于液上喷射的技术可行性和有效性,从而为基金项目:国家科技支撑计划课题(2011BAK03B04)。

  固定式压缩空气泡系统的工程应用提供有利的技术支撑。

  1试验材料和试验方法1.1试验材料GB50151―2010〈泡灭火系统设计规范中规定61,当采用液上喷射系统时,非水溶性甲、乙、丙类液体储罐低倍数泡液应选用蛋白、氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜泡液;当选用水成膜泡液时,其抗烧水平不应低于现行国家标准GB15308―2006泡表1灭火剂规定的C级。用一套系统同时保护水溶性和非水溶性甲、乙、丙类液体的,必须选用抗溶泡液。综合上述规定要求,本项研究中选用了经GB15308-2006〈泡灭火剂标准检测合格的3%蛋白泡灭火剂(P)、6%氟蛋白泡灭火剂(FP)、3%水成膜泡灭火剂(AFFF)和3%抗溶水成膜泡灭火剂(AFFF/AR)作为试验所用灭火材料71.按GB15308―2006〈泡灭火剂对上述几种泡灭火剂的灭火性能的测试结果如下表1所示。

  试验用泡沫灭火剂的灭火性能名称混合比/%燃料灭火时间25%抗烧时间灭火性能级别橡胶工业用溶剂油工业丙酮橡胶工业用溶剂油液上喷射灭火试验燃料为90车用汽油,车用汽油比标准火灾试验燃料橡胶工业用溶剂油馏程范围更大,并且车用汽油虽然无明确闪点(一般在一50~10C之间),但是按GB5⑴16―2006建筑设计防火规范〉中的分类,应属于非水溶性甲类液体18,目前市售的无铅汽油中往往还会加入甲基叔丁基醚91,进一步增加了灭火难度。因此本文试验选择车用汽油作为试验燃料,相当于选择了一个相对较为苛刻和不利的灭火条件。

  1.2试验设备考虑到目前尚没有专门的标准或小尺度模型可以有效评价泡灭火剂针对油罐火灾的实际灭火性能,而进行油罐实体火灾试验则需要耗费大量试验用燃料,一般的财力、物力很难保证进行多次重复性、规律性探索试验,因此课题组设计了一个模拟油罐,以评价压缩空气泡产生方式用于固定式泡灭火系统的可行性(模拟油罐试验示意图如所示)。具体而言,模拟油罐为敞口设计,直径1.7m,罐壁高1.7m.试验中泡混合液流量固定为11.4L/min,而模拟油罐的截面积为2. 26m2,因此本研究中泡溶液供给强度为5L/(min m2)。此夕卜,在压缩空气泡进口处之后设置一泡旁路出口,便于试验时测定发泡倍数,罐底设置排液管,以便于垫水层的放空。

  试验中使用的泡产生系统为课题组自行研制并符合GB27897―2011A类泡灭火剂标准要求的标准压缩空气泡系统1101,泡出口处使用30m长的软管与模拟油罐的压缩空气泡进口连接。

  油罐液上喷射压缩空气泡灭火的试验方法如下:向油罐中加入自来水,使水层高度为1.2m.启动标准压缩空气泡系统,调节系统压力,使泡溶液出口流量维持在试验要求的范围内。)进一步调整标准压缩空气泡系统,使泡状态至试验要求的相应发泡倍数,记录相关压力参数。

  向罐内加入90车用汽油,使水层上方的燃料层厚度维持在30mm.将罐内车用汽油点燃,同时启动标准压缩空气泡沫系统。系统稳定后开启泡沫旁路出口阀门,试发泡倍数。预燃60s后,开启泡沫入罐阀门施放灭火泡沫,并记录90%控火时间和灭火时间。

  2试验结果与讨论2.1不同供给强度的影响合比2/3条件下泡沫溶液供给强度对控、灭火效果的影响,试验结果如表2所示。试验结果表明,较高的泡沫供给强度可以获得更好的灭火效果。虽然未进行更为细致的供给强度试验,但可以初步判断,5LAmin m2)已经接近临界供给强度。GB50151―2010〈泡沫灭火系统设计规范〉中对非水溶性液体储表2罐液上喷射系统的泡沫混合液供给强度规定为:蛋白6L/(minm2),氟蛋白、水成膜和成膜氟蛋白5L/(minm2)。本研究的试验结果虽然并未体现出压缩空气泡沫产生方式在泡沫溶液供给强度方面的优势,但是试验条件为设计混合比的2/3,可以推测在泡沫灭火剂用量方面,压缩空气泡沫灭火技术具备一定优势。此外,对这一试验结果进一步引申可以认为在未来的固定式压缩空气泡沫系统用于油罐液上喷射工程设计中,蛋白泡沫灭火剂设计供给强度同样应高于水成膜泡沫灭火剂。

  不同泡沫液类型的影响不同供给强度的控。灭火性能试验结果样本编号混合比/%供给强度八1/!11一1 m一发泡倍数90%控火时间灭火时间10min未灭火实际上从表2中已经能够初步体现出泡沫液类型对灭火性能的影响。抗溶水成膜泡沫灭火剂中含有氟表面活性剂,因此其灭火性能优于普通蛋白泡沫灭火剂,从表1的灭火性能级别上就可体现出这一点。具体到本试验中,在3L/(minm2)供给强度下,虽然3%AFFF/AR的灭火时间长于3'55",但3%表3 p在此供给强度下已无法灭火。为进一步明确泡沫液类型对灭火性能的影响,本研究还对3%AFFF和6%FP在供给强度相同条件下的控、灭火性能进行了比较试验。本研究中所用泡沫灭火剂的控、灭火性能数据如表3所示。

  对于90%控火时间,表3中数据体现出如下趋51/(min.m2)供给强度下的控。灭火性能试验结果样本名称混合比/%供给强度八!/!1―1发泡倍数90%控火时间灭火时间验结果还可以表述为:加入了氟表面活性剂的泡沫液,其控火性能优于不添加氟表面活性剂的品种,而添加了氟表面活性剂的品种中,“成膜型”泡沫灭火剂优于“非成膜型”泡沫灭火剂。依据当今的泡沫灭火剂配方技术水平,除蛋白泡沫灭火剂外,为提高其他用于B类火灾扑救的低倍数泡沫灭火剂的灭火泡沫在油面上的流动性,均会在配方中加入氟表面活性剂组分,而所加入氟表面活性剂降低泡沫溶液表面张力的能力不同,又使泡沫灭火剂分为“成膜型”和“非成膜型”两种。虽然是否“成膜”除取决于泡沫溶液本身表面张力以外,还取决于被保护液体的表面张力,但是泡沫溶液表面张力始终是决定灭火泡沫在油面流动性的关键因素,即针对同一种被保护液体而言,在相近发泡倍数条件下的泡沫溶液表面张力越低,灭火泡沫的在液面上的流动性越好。

  虽未进行实际测试,但试验中不同类型的泡沫灭火剂,其表面张力由低到高的顺序应为:FFFAFFF/AR  对于本研究中AFFF/AR的控火时间长于AFFF这一情况,推测主要原因在于AFFF/AR中含有的高分子多糖类“抗醇”成分,导致在压缩空气泡沫产生方式下其泡沫粘度相对较高,在一定程度上弱化了AFFF/AR的“成膜”效果。而对于本研究中FP与P的控火时间较为接近这一情况,推测其主要原因在于压缩空气泡沫产生方式使蛋白型泡沫具备了极高稳定性这一特点,弱化了氟蛋白泡沫流动性优于蛋白泡沫这一特性,从而导致蛋白泡沫灭火剂和氟蛋白泡沫灭火剂在压缩空气液上喷射方式下的控火时间差异不大。

  对于灭火时间,同样遵从“成膜型”泡沫灭火剂优于“非成膜型”泡沫灭火剂这一规律。而对于AFFF/AR的控火时间长于AFFF,灭火时间却短于AFFF这一情况,推测其主要原因在于AFFF/AR的泡沫稳定性优于AFFF,从而较AFFF更易控制边缘火,缩短了灭火时间。

  2.3固定式压缩空气泡沫系统的有效性分析受经费和时间等因素限制,以及单个试验样本不具备整体代表性等原因,本文中在此实验情况下尚未对更广范围下发泡倍数的影响和更多试验样本进行深入研究,须在后续研究中采用相对小尺度的大量基础试验对此问题进行深入探索和证实。

  本研究的试验结果仍具有较强的理论和现实意义,初步证明了固定式压缩空气泡沫系统采用液上喷射方式具有技术可行性。使用现行泡沫灭火系统设计规范〉中规定的蛋白泡沫灭火剂、氟蛋白泡沫灭火剂、水成膜泡沫灭火剂和抗溶水成膜泡沫灭火剂在5L/(min m2)这一不大于现有规范设计要求的泡沫溶液供给强度下,均取得灭火试验成功,说明固定式压缩空气泡沫系统采用液上喷射方式具有比较可靠的技术可行性。虽然试验中所选取泡沫灭火剂的灭火时间受到每次试验时风速、风力、温度等外界因素的影响,并且存在只有很小的边缘火未扑灭而导致整体灭火时间延长的情况,从而使每次试验的灭火时间不具备完全可比性,但这并不影响最终的技术可行性结论。

  本研究还进一步证明了压缩空气泡沫灭火方式具有比吸气式泡沫产生方式更好的灭火性能。在所有的试验中,低倍数泡沫灭火剂所使用的混合比,均低于其设计混合比,如3%水成膜灭火剂,按照2%混合比使用即取得了灭火成功,进一步证实了压缩空气泡沫灭火方式具有比吸气式泡沫产生方式更好的灭火性能,具备应用于油罐火灾防护的潜力和应用价值。未来固定式压缩空气泡沫灭火技术研究的方向应是固定式压缩空气泡沫系统工程应用问题,包括供气、供液方式设计、气液混合方式和气液平衡方式的优化设计、通过泡沫输送管路长度对泡沫状态进行控制以及如何根据现有泡沫灭火系统设置形式进行适当兼容性改造设计等。

  3结论固定式压缩空气泡沫系统采用液上喷射方式具有技术可行性,特别是在泡沫灭火剂储备量方面可低于现有吸气式泡沫系统。

  较高的泡沫供给强度可以获得更好的灭火效果,5L/(min如2)已接近液上喷射压缩空气泡沫的临界供给强度。

  加入了氟表面活性剂的泡沫液,其控火性能优于不添加氟表面活性剂的品种,而添加了氟表面活性剂的品种中,“成膜型”泡沫灭火剂优于“非成膜型”泡沫灭火剂。对于灭火时间,同样遵从“成膜型”

  泡沫灭火剂优于“非成膜型”泡沫灭火剂这一规律。

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