細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅油池火效能試驗(yàn)分析研究

周 榕，牛明田，荀振宇

(1.中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢430064;2.大連船舶重工有限責(zé)任公司 軍事代表室，遼寧 大連116000)

機(jī)艙作為船舶的心臟部位，其消防安全越來越受到各國政府部門及研究人員的高度重視。2002年生效的國際人命安全公約(SOLAS)也規(guī)定500 t位以上的客船和2 000 t級(jí)以上的貨船，容積超過500 m3的A類機(jī)器處所均應(yīng)安裝水基即細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。但從世界各國科研人員所開展的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的研究情況來看，細(xì)水霧的滅火效能依然只能作為輔助滅火手段，撲滅或控制機(jī)艙內(nèi)所發(fā)生的初期火災(zāi)，并幫助人員的撤離。為了確保機(jī)艙的消防安全，設(shè)計(jì)人員往往在機(jī)艙內(nèi)還會(huì)設(shè)計(jì)其它如氣體或高倍泡沫滅火系統(tǒng)，以撲滅機(jī)艙內(nèi)因?yàn)槁佣霈F(xiàn)的大火［1］。由于高倍泡沫滅火系統(tǒng)是通過泡沫發(fā)生器發(fā)泡而產(chǎn)生流淌的高倍泡沫，通過覆蓋達(dá)到撲滅油火的目的，而細(xì)水霧會(huì)在火災(zāi)發(fā)生初期就啟動(dòng)滅火，其噴射出的致密壓力細(xì)水霧，會(huì)否對(duì)后續(xù)釋放的高倍泡沫產(chǎn)生消泡而影響滅火效能，或者同時(shí)使用能否產(chǎn)生提高滅火效能，是一個(gè)值得研究的課題［2-5］。從以往的研究情況來看，還缺少對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)聯(lián)用的滅火效果的試驗(yàn)研究，開展此項(xiàng)工作可以為制定船舶機(jī)艙的消防預(yù)案提供參考。

1 試驗(yàn)項(xiàng)目

1.1 高倍泡沫系統(tǒng)滅火試驗(yàn)

1.1.1 試驗(yàn)場(chǎng)景及火源設(shè)置

試驗(yàn)在長20 m，寬15 m，高11 m的四周封閉，頂部開口的試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行。高倍泡沫發(fā)生器流量為12 L/s，安裝高度為4 m;3個(gè)面積均為4 m2的油盤呈品字形布置，其中距離高倍泡沫發(fā)生器最近一只油盤(1#油盤)中心距高倍泡沫發(fā)生器出口水平距離為5 m，另兩只油盤(2#油盤，3#油盤)平行布置，兩油盤中心線距離1#油盤中心為3.5 m，2#與3#油盤中心相距5 m。兩只圓油盤直徑均為2 m，油盤深0.2 m;正方形油盤邊長為2 m，油盤深0.3 m。試驗(yàn)時(shí)每只油盤每次加注40 L的0#柴油，預(yù)燃時(shí)間為30 s。

1.1.2 試驗(yàn)系統(tǒng)

試驗(yàn)高倍泡沫系統(tǒng)主要由等壓置換比例混合器、泡沫液儲(chǔ)罐、高倍泡沫產(chǎn)生器、過濾器、壓力表、控制閥、水泵等設(shè)備構(gòu)成。

1.2 高倍泡沫系統(tǒng)和細(xì)水霧系統(tǒng)聯(lián)用滅火試驗(yàn)

1.2.1 試驗(yàn)場(chǎng)景及火源設(shè)置

試驗(yàn)在長20 m，寬15 m，高11 m的四周封閉，頂部開口的試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行。細(xì)水霧采用泵壓式，利用穩(wěn)壓設(shè)備保持系統(tǒng)噴霧壓力恒定;細(xì)水霧進(jìn)水主管道位于高倍泡沫發(fā)生器左側(cè)，支系管路系統(tǒng)設(shè)有4層，安裝高度分別為1.5、4、7和10 m，通過管道截止閥進(jìn)行控制;每層高度細(xì)水霧管路上間隔2.5 m設(shè)置一只細(xì)水霧噴頭，每層管網(wǎng)共安裝有42只細(xì)水霧噴頭，細(xì)水霧系統(tǒng)噴霧工作壓力為0.8 MPa。高倍泡沫發(fā)生器流量為12 L/s，安裝高度為4 m;3個(gè)面積均為4 m2的油盤呈品字形布置，其中距離高倍泡沫發(fā)生器最近一只油盤(1#油盤)中心距高倍泡沫發(fā)生器出口水平距離為5 m，另兩只油盤(2#油盤，3#油盤)平行布置，兩油盤中心線距離1#油盤中心為3.5 m，2#與3#油盤中心相距5 m。兩只圓形油盤直徑均為2 m，油盤深0.2 m;正方形油盤邊長為2 m，油盤深0.3 m。試驗(yàn)時(shí)每只油盤每次加注40 L的0#柴油，預(yù)燃時(shí)間為30 s。

1.2.2 試驗(yàn)系統(tǒng)

1)試驗(yàn)細(xì)水霧系統(tǒng)主要由水泵、貯水設(shè)備、控制系統(tǒng)、持壓閥等壓力穩(wěn)定裝置、管道、細(xì)水霧噴頭、閥門及附件裝置等組成。試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)細(xì)水霧噴頭管網(wǎng)高度分別為1.5、4和7 m，通過控制閥分別控制不同高度細(xì)水霧噴放。

2)試驗(yàn)高倍泡沫系統(tǒng)主要由等壓置換比例混合器、泡沫液儲(chǔ)罐、高倍泡沫產(chǎn)生器、過濾器、壓力表、控制閥、水泵等設(shè)備構(gòu)成。

2 試驗(yàn)方法

2.1 高倍泡沫系統(tǒng)

試驗(yàn)前首先分別向圓形油盤加水深度0.15～0.16 m，方油盤加水深度0.25～0.26 m;再分別在各油盤中注入0#柴油，使油層厚度達(dá)到0.04～0.05 m;之后在油盤中分別加入10 L助燃劑汽油(90#)。高倍泡沫發(fā)泡倍數(shù)不低于550倍，高倍泡發(fā)生器流量為12 L/s。試驗(yàn)采用熱電偶和紅外熱像儀記錄和判斷試驗(yàn)場(chǎng)指定區(qū)域的溫度，采用攝像機(jī)記錄火焰燃燒以及試驗(yàn)滅火過程，利用高倍泡沫測(cè)量標(biāo)尺測(cè)定高倍泡沫堆積與流淌速率。

2.2 高倍泡沫系統(tǒng)和細(xì)水霧系統(tǒng)聯(lián)用

試驗(yàn)前首先分別向圓形油盤加水深度0.15～0.16 m，方油盤加水深度0.25～0.26 m;再分別在各油盤中注入0#柴油，使油層厚度達(dá)到0.04～0.05 m;之后在油盤中分別加入10 L助燃劑汽油(90#)。高倍泡沫發(fā)泡倍數(shù)不低于550倍，高倍泡發(fā)生器流量為12 L/s，在高倍泡沫釋放的同時(shí)，通過控制閥分別控制1.5、4和7 m高度細(xì)水霧噴放。試驗(yàn)采用熱電偶和紅外熱像儀記錄和判斷試驗(yàn)場(chǎng)指定區(qū)域的溫度，采用攝像機(jī)記錄火焰燃燒以及試驗(yàn)滅火過程，利用高倍泡沫測(cè)量標(biāo)尺測(cè)定高倍泡沫堆積與流淌速率。

3 試驗(yàn)情況

3.1 高倍泡沫系統(tǒng)滅火試驗(yàn)

圖1 高倍泡沫滅火過程CCD試驗(yàn)錄像序列

圖1 為高倍泡沫滅火過程CCD試驗(yàn)錄像序列圖。試驗(yàn)時(shí)點(diǎn)火員持火炬將三只油盤成功點(diǎn)火之際作為計(jì)時(shí)0 s。油池著火后火勢(shì)逐漸增大，計(jì)時(shí)10 s后，油池燃燒已較為充分，柴油燃燒生成的大量黑煙使得試驗(yàn)場(chǎng)可見度迅速降低。計(jì)時(shí)20 s時(shí)油池火勢(shì)穩(wěn)定，此時(shí)平均火焰高度約為2.5～3.0 m。計(jì)時(shí)30 s時(shí)高倍泡沫系統(tǒng)啟動(dòng)，計(jì)時(shí)31 s時(shí)高倍泡沫進(jìn)入1#油盤。當(dāng)泡沫推進(jìn)至油盤內(nèi)時(shí)，火焰瞬時(shí)增強(qiáng)，隨著泡沫的不斷涌入，并在油盤表面形成完全覆蓋，火焰便可被完全熄滅。計(jì)時(shí)40 s時(shí)1#油盤被高倍泡沫完全覆蓋熄滅，計(jì)時(shí)61 s時(shí)2#、3#油盤池火被高倍泡沫完全覆蓋熄滅。計(jì)時(shí)110 s時(shí)，高倍泡沫停止噴放，此時(shí)試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)高倍泡沫堆積高度達(dá)到1.4 m。試驗(yàn)平均滅火時(shí)間約31 s。

3.2 高倍泡沫系統(tǒng)和細(xì)水霧系統(tǒng)聯(lián)用滅火試驗(yàn)

3.2.1 高度1.5 m細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火

圖2為高度為1.5 m細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火試驗(yàn)過程的CCD錄像序列圖。

圖2 高度1.5 m細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火過程CCD試驗(yàn)錄像序列

試驗(yàn)時(shí)點(diǎn)火員持火炬將3只油盤成功點(diǎn)火之際作為計(jì)時(shí)0 s。油池著火后火勢(shì)逐漸增大，計(jì)時(shí)10 s后，油池燃燒已較為充分，柴油燃燒生成的大量黑煙使得試驗(yàn)場(chǎng)可見度迅速降低。計(jì)時(shí)20 s時(shí)油池火勢(shì)逐漸穩(wěn)定，此時(shí)平均火焰高度約為2.5～3.0 m。計(jì)時(shí)30 s后高倍泡沫和細(xì)水霧系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)。相對(duì)于高倍泡沫，細(xì)水霧作用與火焰速度更快。1. 5 m 細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火試驗(yàn)平均滅火時(shí)間約為19 s。

3.2.2 高度4 m細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火

圖3為4 m細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火過程CCD試驗(yàn)錄像和紅外熱像試驗(yàn)序列圖。

圖3 高度4 m細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火過程CCD試驗(yàn)錄像序列

由圖3可見，在計(jì)時(shí)20 s時(shí)油池火燃燒基本穩(wěn)定，平均火焰高度約為2.5～3.0 m。計(jì)時(shí)30 s后高倍泡沫和細(xì)水霧系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)。當(dāng)水霧液滴作用于火焰羽流，使得火焰燃燒也瞬時(shí)增強(qiáng)，但由于水霧噴頭高度增大，與1.5 m高度細(xì)水霧相比，4 m高度細(xì)水霧水霧射流對(duì)火焰面的擾動(dòng)效果相對(duì)減弱;隨著高倍泡沫的不斷推進(jìn)，1#油盤火最先被高倍泡沫覆蓋熄滅，在高倍泡沫未能到達(dá)之前，在細(xì)水霧持續(xù)作用下2#、3#油盤火火勢(shì)也得到有效抑制，并最終在兩者綜合作用下而完全熄滅。4 m細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火試驗(yàn)平均滅火時(shí)間約為21.8 s。

3.2.3 高度7 m細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火

圖4為7 m細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火過程CCD試驗(yàn)錄像和紅外熱像試驗(yàn)序列圖。

圖4 高度7 m細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火過程CCD試驗(yàn)錄像序列

由圖4可見，在計(jì)時(shí)20 s時(shí)油池火燃燒基本穩(wěn)定，平均火焰高度約為2.5～3.0 m。計(jì)時(shí)30 s后高倍泡沫和細(xì)水霧系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)。由于水霧噴頭安裝在7 m高度，水霧射流強(qiáng)度及霧滴運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)較小，水霧霧滴對(duì)火焰面的擾動(dòng)效果相對(duì)較弱;隨著高倍泡沫的不斷推進(jìn)，1#油盤火最先被高倍泡沫覆蓋熄滅，在細(xì)水霧持續(xù)作用下2#、3#油盤火火勢(shì)也得到一定程度的抑制，并最終在高倍泡沫和細(xì)水霧綜合作用下而完全熄滅。7 m細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火試驗(yàn)平均滅火時(shí)間約為21.4 s。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過試驗(yàn)情況可以看出，細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用，一方面由于細(xì)水霧噴霧射流沖擊以及水霧霧滴消泡作用，對(duì)高倍泡沫堆積以及泡沫流淌產(chǎn)生一定程度影響;另一方面適當(dāng)條件的細(xì)水霧作用不僅可增強(qiáng)對(duì)油池火的抑制效果，還可對(duì)火場(chǎng)及其周邊環(huán)境起到冷卻降溫的作用。另外細(xì)水霧對(duì)高倍泡沫的沖擊以及消泡效應(yīng)與細(xì)水霧特性參數(shù)以及細(xì)水霧安裝方式有關(guān)，雖然細(xì)水霧作用影響了高倍泡沫的堆積速率，但在一定安裝高度條件下細(xì)水霧對(duì)高倍泡沫的沖擊作用是有限的，同時(shí)滿足一定噴灑強(qiáng)度的細(xì)水霧還可很大程度地抑制油池火燃燒、降低火場(chǎng)溫度，并加速高倍泡沫流淌，從而提高高倍泡沫的滅火效率。由此可見，針對(duì)大面積地表油池火，細(xì)水霧系統(tǒng)與高倍泡沫系統(tǒng)可進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，在一定條件下細(xì)水霧對(duì)高倍泡沫具有兼容性和促進(jìn)作用，可有效提高高倍泡沫滅火效率。

5 結(jié)論

1)1.5 m高度細(xì)水霧噴灑沖擊力度最大，其次為4 m高度細(xì)水霧，隨著細(xì)水霧安裝高度的增大，水霧沖擊力度相應(yīng)減小;4 m高度細(xì)水霧對(duì)高倍泡沫堆積速率影響最大，并且能較大程度地提高高倍泡沫流淌速率，細(xì)水霧噴頭高度越大，其對(duì)高倍泡沫的影響也就越小。

2)細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火，1.5 m細(xì)水霧與高倍聯(lián)用平均滅火時(shí)間約為19 s，4 m細(xì)水霧與高倍聯(lián)用平均滅火時(shí)間約為21.8 s，7 m細(xì)水霧與高倍聯(lián)用平均滅火時(shí)間約為21.4 s，1.5 m細(xì)水霧沖擊力度最大，與高倍聯(lián)用的滅火效率最高。

3)4 m細(xì)水霧與高倍泡沫聯(lián)用滅火時(shí)，對(duì)火場(chǎng)及環(huán)境的冷卻降溫效果最顯著，其次為1.5 m細(xì)水霧;細(xì)水霧噴頭距離地面(油池)安裝高度越高，其對(duì)火場(chǎng)的抑制作用以及對(duì)環(huán)境的冷卻降溫效果越不明顯。

4)由于機(jī)艙內(nèi)有可能設(shè)置氣體和細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，所以可以繼續(xù)開展氣體和細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的聯(lián)用滅火試驗(yàn)聯(lián)用滅火試驗(yàn)研究工作，以為正確、高效使用消防系統(tǒng)提供依據(jù)。

［1］周 榕.低壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在船舶機(jī)艙中的應(yīng)用研究［J］.船海工程，2011，40(5):125-128.

［2］IMO.MSC/Circ.1165通函附錄A:等效的水基滅火系統(tǒng)部件制造標(biāo)準(zhǔn)［S］.國際海事組織，2002.

［3］IMO.MSC/Circ.1165通函附錄B:A類機(jī)器處所和貨船泵艙的等效水基滅火系統(tǒng)滅火試驗(yàn)的試驗(yàn)方法［S］.國際海事組織，2005.

［4］IMO.MSC/Circ.913認(rèn)可導(dǎo)則:固定式局部水基滅火系統(tǒng)試驗(yàn)方法［S］.國際海事組織，2002.

［5］GB20031—2005泡沫滅火系統(tǒng)及部件通用技術(shù)條件［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.