S型气溶胶灭火剂灭火时间的影响因素研究 .pdf
doi10. 3969/ j. issn. 1001-8352. 2017. 01. 009 S 型气溶胶灭火剂灭火时间的影响因素研究 ❋ 葛梦珠 黄寅生 王俊杰 张冬冬 南京理工大学化工学院江苏南京,210094 [摘 要] 为了更加高效经济地熄灭火灾,对于同一配方,研究了灭火剂用量、灭火剂用量分配、油池直径对 S 型 气溶胶灭火剂灭火时间的影响。 研究结果表明随着灭火剂用量的增加,灭火时间迅速降低,一定程度后,用量对 灭火时间影响不大;灭火剂总用量不变时,两个灭火装置的灭火效能要高于一个灭火装置,随着灭火室的增大,这 种效果将更为明显;随着油池直径的增加,灭火时间呈现先逐渐增大后减小的趋势。 [关键词] 灭火时间;气溶胶灭火剂;影响因素 [分类号] X924. 4;TQ569 Influencing Factors for Extinguishing Time of S Type Aerosol Fire Extinguishing Agent GE Mengzhu, HUANG Yinsheng, WANG Junjie, ZHANG Dongdong School of Chemical Engineering, Nanjing University of Science and Technology Jiangsu Nanjing, 210094 [ABSTRACT] For the purpose of effective and economical fire extinguish, influencing factors for extinguishing time were investigated for the S type aerosol fire extinguishing agents having same formulation, such as the amount of extinguis- hing agent, numbers of devices, and the diameter of oil pool. Results indicate that increasing the amount of extinguishing agent decreases extinguishing time rapidly. The amount has little influence on the extinguishing time when it reaches a cer- tain extent. With the same amount, the efficiency of two fire extinguishing equipment is higher than that of one. With the increase of fire room, this effect will be more obvious. Extinguishing time shows a trend of increase first and then decrease with the increase of oil pool diameter. [KEYWORDS] extinguishing time; aerosol fire extinguishing agent; influencing factors 引言 S 型气溶胶灭火剂因具有灭火效率高、成本低 廉、对大气臭氧层无破坏作用、空气存留时间短、无 污染等优点被广泛应用。 影响 S 型气溶胶灭火剂灭火时间的因素主要有 灭火剂的组分、物理特性及加工工艺、温度、湿度、空 间位置等。 王鹏等[1]研究了添加剂对气溶胶灭火 剂灭火效能的影响,应用尺寸为 1 m 1 m 1 m 的 灭火效能试验箱对二茂铁等 7 种添加剂对灭火效能 的影响进行研究;结果表明,在气溶胶灭火剂中添加 6%的二茂铁可以提高热气溶胶灭火剂的灭火效能 29%,灭火效能值达到 54. 3 g/ m3。 王华等[2]研究 了配方组分对气溶胶灭火剂燃速的影响规律将不 同的影响因素进行组合,共同作为气溶胶灭火剂的 组分,得到不同的燃速,从而达到被保护场所对于灭 火剂燃速的要求。 杨杰[3]研究了粒度、混合度、氧 平衡值、药柱尺寸、药柱密度、药柱含水率对灭火效 率的影响。 谢晔等[4]研究了温度、湿度对热气溶胶 灭火剂灭火效能的影响在环境温度基本相同的情 况下,随着相对湿度的增大,灭火剂用量越来越少, 灭火效能越高,但是当相对湿度超过 80% 时,其灭 火效能反而降低;相对湿度不变的情况下,温度升 高,灭火效能稍有增大,效果不显著。 葛梦珠等[5] 研究了空间位置对气溶胶灭火时间的影响灭火剂 置于封闭空间的中心位置时,具有最快的灭火效率; 灭火剂置于封闭空间角落位置时,灭火效率最慢。 张磊等[6]研究了热气溶胶灭火剂在开放空间中对 油池火的灭火情况采用灭火棒喷射的施放方式,控 第 46 卷 第 1 期 爆 破 器 材 Vol. 46 No. 1 2017 年 2 月 Explosive Materials Feb. 2017 ❋ 收稿日期2016-07-01 作者简介葛梦珠1988 - ,女,硕士研究生,主要从事消防安全技术方面的研究。 E-mail1020167946@ qq. com 通信作者黄寅生1962 - ,男,教授,主要从事军事化学、应用化学及消防安全技术方面的研究。 E-mailhuangyinsheng@ sina. com 制施放角度、施放距离、火焰作用位置及风速等条 件,进行油池火的局部灭火试验,结果表明,热气溶 胶灭火剂与火焰作用的瞬间会加剧火焰的燃烧,且 只有当灭火剂作用于火焰根部时才能有效地抑制油 池火。 朱静丽等[7]研究了可燃剂对气溶胶灭火剂 燃烧温度的影响,结果表明可燃剂对气溶胶灭火剂 燃烧温度影响显著,增加可燃剂含量可降低气溶胶 灭火剂的燃烧温度。 占必文等[8]研究了硬脂酸通 过包覆对气溶胶灭火剂吸湿性的影响,结果表明包 覆后,灭火剂吸湿很小,质量增加不超过 2%,通过 扫描电镜 SEM 测试,包覆后结块较小,分布均匀,对 燃烧没有影响。 气溶胶灭火剂燃烧生成的灭火介 质,符合菲克扩散定律[9],灭火介质质量浓度不同, 灭火时间存在明显差异。 为了表征灭火介质质量浓 度、位置及灭火时间的关系,笔者从梯度增加灭火剂 用量、平均分配后并放置不同位置以及油池尺寸 3 个方面,观察火焰是否熄灭和熄灭时间,以此来表征 灭火介质的浓度和弥漫性。 1 试验 对于同一灭火室和火源,灭火剂位于角落时,产 物达到均匀有效灭火浓度的时间最长[5]。 因此,为 了减小空间位置对试验的影响,将灭火剂均置于角 落位置,火源均位于灭火室底部中心位置。 灭火时 间[10]是指火源熄灭时间与灭火装置喷射时间的 比值。 试验使用的小灭火室尺寸为 22 cm 22 cm 44 cm,大灭火室尺寸为 70 cm 45 cm 55 cm。 使 用 97#汽油,灭火剂均装于直径 1. 5 cm、高 4. 0 cm 的圆柱模具中。 药剂的制备过程均采用手工磨制, 每次配制 20 g 药剂,均匀分散于模具中。 每次药剂 进行 3 次平行试验,取平均值作为结果。 试验温度 为25 5 ℃,相对湿度为 30% 50%。 对试验灭 火过程进行摄像机拍摄,通过视频图片转换软件进 行转换,记录时间变化。 选取其中一组灭火视频中 典型气溶胶灭火剂的灭火过程,如图 1 所示。 2 试验结果与讨论 2. 1 灭火剂用量对灭火时间的影响 油池和灭火剂在灭火室中的位置如图 2,油池 均置于灭火室底部中心位置。 大、小灭火室使用的 油池直径分别为 5. 0 cm 和 2. 2 cm。 灭火剂用量梯 度增加,研究气溶胶灭火剂用量对灭火时间的影响, 灭火剂在灭火室中的灭火性能如表 1 和表 2 所示。 由试验数据可知,对于同一灭火室,随着灭火剂 图 1 火焰随时间变化的过程 Fig. 1 Variation of flame in extinguish chamber a大灭火室 b小灭火室 图 2 灭火室空间布局 Fig. 2 Spatial distribution of fire extinguish chamber 表 1 大灭火室气溶胶灭火性能 Tab. 1 Extinguish performances of aerosol in large extinguish chamber 药量/ g 含水率/ % 线燃速/ cms -1 灭火时间 残渣率/ % 3. 00. 600. 23342. 008. 05 4. 00. 730. 22317. 007. 05 5. 00. 760. 2254. 545. 78 6. 01. 230. 2323. 515. 65 7. 00. 870. 2423. 664. 74 表 2 小灭火室气溶胶灭火性能 Tab. 2 Extinguish performances of aerosol in small extinguish chamber 药量/ g 含水率/ % 线燃速/ cms -1 灭火时间 残渣率/ % 0. 50. 600. 19817. 23423. 60 1. 00. 720. 2234. 63113. 90 1. 50. 670. 2211. 11011. 10 2. 00. 880. 1981. 1249. 75 2. 50. 690. 2240. 8618. 48 24 爆 破 器 材 第 46 卷第 1 期 用量的增加,灭火时间迅速减少;当灭火剂用量达到 一定程度后,继续增加药量,对灭火效果影响不大。 对试验曲线进行多项式回归拟合,如图 3 所示。 a大灭火室 b小灭火室 图 3 灭火剂用量与灭火时间的关系曲线 Fig. 3 Relationship between quality of aerosol and extinguish time 大、小灭火室灭火剂用量与灭火时间的拟合方 程如式1和式2所示。 y = -120. 89x +18. 61x2-0. 95x3+262. 88; 1 y = -68. 25x +36. 14x2-6. 24x3+43. 08。2 2. 2 灭火剂用量分配对灭火时间的影响 对于相同药量下多个灭火装置与单个灭火装置 的情况,提出多个灭火装置效果优于单个灭火装置 的猜想。 由菲克扩散定律扩展到气溶胶灭火剂扩散 三维模型[9]。 əC ət = D əC2 əx2 + əC2 əy2 + əC2 əz2 。3 式中x,y,z为空间中的某一点的位置;C 为气溶 胶灭火剂的质量浓度;D 为烟气扩散系数。 将理想化的 C 和 R2= x2+ y2+ z2作为烟气扩散 蒸汽云球面的半径,引出方程 CR,t = Q 4πDt 3 2 e - R2 4Dt。 4 式中Q 是气溶胶灭火剂质量。 将式4转化为 Q C4πD 3 2t 3 2 = e R2 4Dt。 5 由式5可知,质量 Q、扩散系数 D、半径 R 不 变,灭火浓度越大,则灭火时间就越短。 多个灭火装 置同时燃烧相当于增大了灭火剂的灭火质量浓度, 理论上多个灭火装置要优于单个灭火装置。 进行试验验证,将灭火剂用量均分成两份,油池 直径与图 2 相同。 油池与灭火剂在灭火室的位置如 图 4 所示。 灭火剂具体用量如表 3 和表 4 所示,比 较单一灭火装置和两个灭火装置对灭火时间的影 响,两个灭火装置的灭火性能如表 3 和表 4 所示。 a大灭火室 b小灭火室 图 4 灭火室空间布局 Fig. 4 Spatial distribution of fire extinguish chamber 表 3 大灭火室气溶胶灭火性能 Tab. 3 Extinguish performances of aerosol in large extinguish chamber 药量/ g 含水率/ % 线燃速/ cms -1 灭火时间 残渣率/ % 5. 00. 660. 2254. 3425. 64 2. 5 +2. 50. 750. 2324. 0739. 60 表 4 小灭火室气溶胶灭火性能 Tab. 4 Extinguish performances of aerosol in small extinguish chamber 药量/ g 含水率/ % 线燃速/ cms -1 灭火时间 残渣率/ % 1. 50. 500. 2433. 36811. 2 0. 75 +0. 750. 650. 2233. 20817. 2 由表 3 和表 4 可以看出,对于同一灭火室,灭火 剂总量及位置相同时,两个灭火装置的灭火效能要 优于单个灭火装置。 随着灭火室的增大,这种效果 将更为明显。 验证了猜测的正确性。 2. 3 油池大小对灭火时间的影响 根据 2. 2 的试验结果,并考虑经济因素,选取最 佳药量,小灭火室为 1. 5 g,大灭火室为5. 0 g。 试验 采用单一灭火装置,灭火剂和油池的位置与图 2 相 同。 改变油池的大小,研究油池直径对灭火时间的 影响。 使用不同直径的油池时,灭火剂的灭火性能 342017 年 2 月 S 型气溶胶灭火剂灭火时间的影响因素研究 葛梦珠,等 万方数据 如表 5 和表 6 所示。 表 5 大灭火室气溶胶灭火性能 Tab. 5 Extinguish performances of aerosol in large extinguish chamber 油池直径/ mm 含水率/ % 线燃速/ cms -1 灭火时间 残渣率/ % 200. 650. 2212. 2356. 88 300. 770. 2232. 9116. 56 400. 800. 2173. 6846. 26 500. 760. 2245. 4726. 65 600. 750. 2236. 0605. 94 700. 770. 2335. 6725. 98 800. 560. 2234. 7837. 02 900. 870. 2013. 4426. 43 1001. 010. 2242. 5426. 36 1100. 870. 2141. 9156. 58 1200. 650. 2231. 7256. 76 表 6 小灭火室气溶胶灭火性能 Tab. 6 Extinguish performances of aerosol in small extinguish chamber 油池直径/ mm 含水率/ % 线燃速/ cms -1 灭火时间 残渣率/ % 200. 750. 2431. 00011. 6 250. 770. 2301. 22214. 5 300. 750. 2141. 80313. 1 350. 960. 1964. 67012. 2 401. 050. 2238. 21710. 9 450. 770. 2234. 58010. 5 500. 860. 2341. 30010. 8 550. 580. 2161. 16011. 2 600. 970. 2231. 10010. 9 由试验数据可知,当灭火剂位置和灭火剂总量 相同时,随着油池直径的增加,灭火时间呈现先逐渐 增大后逐渐减小的趋势。 随着油池直径的增加,火 势增大,单位时间燃烧产生的热量增加,温度降低速 率减慢,离子结合时间延长,导致灭火时间延长;当 油池的直径增大到一定程度时,油池燃烧单位时间 的耗氧量增加,导致灭火室内氧气含量不足,灭火时 间减小。 分别对大、小灭火室最大直径油池火进行 燃烧试验,得到的燃烧时间几乎是使用灭火剂的 3 倍,说明起到熄灭油池火作用的主要是灭火剂。 采 用 Gauss 函数对试验数据进行拟合,如图 5。 大、小灭火室灭火时间与油池直径的拟合方程 分别如式6和式7所示。 a大灭火室 b小灭火室 图 5 油池直径与灭火时间的关系曲线 Fig. 5 Relationship between quality of aerosol and extinguish time y =1. 71 + 5. 48 π 2 e -2x -62. 82 2 39. 92;6 y =1. 11 + 8. 89 π 2 e -2x -39. 9 2 8. 452。7 3 结论 通过以上试验研究可以得出以下结论 1对于同一灭火室,随着灭火剂用量的增加, 灭火时间迅速降低,当灭火剂用量到达一定程度后, 继续增加用量,对灭火效果影响不大。 2当灭火剂的用量不变时,两个灭火装置的灭 火效能要高于一个灭火装置;随着灭火室尺寸的增 大,这种效果将更为明显。 3随着油池直径的增加,灭火时间呈现先逐渐 增大后逐渐减小的趋势。 参 考 文 献 [1] 王鹏,李玉. 添加剂对热气溶胶灭火剂灭火效能的影 响[J]. 消防科学与技术,2012,3412168-170. 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