水成膜泡沫与超细干粉灭火剂联合灭火试验

王馨，严震海，武红梅

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)



水成膜泡沫与超细干粉灭火剂联合灭火试验

王馨，严震海，武红梅

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)

进行水成膜泡沫与超细干粉灭火剂联合灭火的对比试验，分析灭火机理及灭火效能，总结出水成膜泡沫灭火系统中干粉最佳添加量，运用典型的模拟水成膜泡沫灭火系统灭火试验进行验证，给出系统设计方法及注意事项。试验结果表明，融合超细干粉的水成膜泡沫能够发挥2种灭火剂的功效，对火焰的抑制效果较好，与单一使用水成膜泡沫进行灭火对比，灭火效果明显好。

水成膜泡沫；超细干粉；灭火试验

船舶火灾具有特殊性，飞行甲板、机库的火灾载荷密度较高，风险较大，是主要的火灾高发区域，这些火灾高发区域的火灾特性决定了水成膜泡沫灭火系统在船舶领域有较为广泛的应用，是机库重要的灭火系统，是飞行甲板重要且惟一的消防手段。因此，有效提升水成膜泡沫灭火系统的灭火效能对提高航母的消防安全具有重大意义。

超细干粉无毒无害，具有较强的斥水性和抑爆功能，可用于A，B，C，E类火灾[1-5]；水成膜泡沫对B类火具有较好的灭火效果和抗复燃性能[6]。考虑将2种灭火剂联合使用，使释放的灭火剂与火焰面有更大的接触面积，发挥2种灭火剂的功效，特进行2种灭火剂联合使用的试验。

1 试验方案

1.1 标准试验

目前国内外还没有泡沫和超细干粉联用的相关标准和试验要求。使用泡沫枪或泡沫炮进行灭火时，操作角度，喷出的水成膜泡沫进入火场的角度对灭火效果有较大影响，在验证泡沫和超细干粉联用系统效能时具有一定的局限性。试验采用固定式泡沫喷头来验证系统的灭火性能，火源模型根据泡沫灭火剂相关试验标准进行设置。

超细干粉及水成膜泡沫联合喷洒后的物理形态表明，干粉添加量应与水成膜泡沫混合液展开面积相关而不是与其喷洒的体积相关。为了限制水成膜泡沫的展开面积，将泡沫喷头放置于钢制油盘的正中位置，试验前油盘内加入250 mm深度的水，喷头距离水面0.2 m处，见图1。

当仅施放泡沫进行灭火时，首先启动消防泵，打开手动控制阀1和手动控制阀2，泡沫混合液通过泡沫喷头来扑灭油盘的火灾；当泡沫和超细干粉联用进行灭火时，首先启动消防泵，打开手动控制阀1和手动控制阀3，打开高压气瓶，高压氮气经过减压器将干粉储罐中的超细干粉压入文丘里管，在此与泡沫混合液进行混合，通过泡沫喷头将泡沫和超细干粉喷洒到油盘中进行灭火。系统电子称以便计量每次试验的干粉添加量。

试验用火源燃料为90号汽油，油盘为圆形钢制，直径2.5 m,深度不小于280 mm，标准试验喷头布置见图2。

1.2 系统试验

选择模拟甲板泡沫喷洒系统进行灭火试验，喷头数量为4个，系统水成膜泡沫混合液流量为3.4 L/(m2·min)，喷头均匀分布在油盘各边正中位置且距油盘边2 m，见图3。

选择试验用火源为RP-5航空煤油油池火。为了保证足够的燃烧时间，试验前，将油盘中先注人25 mm深的水，再加人10 mm深(37.5 L)的RP-5航空煤油。

试验时，引燃燃料后应保证预燃30 s，待燃油充分燃烧后，启动系统喷洒泡沫或泡沫与超细干粉的混合液，保证系统能够连续喷洒5 min，同时还应满足以下条件。

1)喷射的泡沫层必须完全覆盖燃料表面；

2)泡沫喷射结束前火应完全熄灭；

3)灭火后泡沫覆盖的燃料不得复燃、烛烧或闪然。

RP-5航空煤油燃点较高，在油盘中应入适量的汽油作为引燃剂。

试验系统组成见图4。

当泡沫混合液进入管网，控制箱采集到压力传感器信号后，开启干粉输入系统，将干粉注入到干粉比例混合器中，实现干粉与水成膜泡沫混合液的混合释放。

1.3 试验方法

超细干粉初始数值粗定为0.2 kg(标准试验值，系统试验为2 kg)，然后按0.1 kg(标准试验值，系统试验为1 kg)的超细干粉量递增，当灭火时间不再减少或有增加现象时，即确定出最接近超细干粉灭火用量粗选的范围；然后以选定的范围为最低点为参照点，按每次100 g(标准试验值，系统试验为200 g)精选超细干粉的量递增；并在精选的范围之内，选定一合理的超细干粉用量，经换算后即为设计值。

2 试验结论及分析

2.1 标准试验

2.1.1 超细干粉、水成膜泡沫联合灭火优化设计试验

不同超细干粉用量的试验记录见表1。水成膜泡沫流量在每次试验中基本稳定在3.5 L/s，超细干粉添加量从0～0.43 kg的灭火时间最短为5.9 s，最长时间为8.5 s。随着干粉用量的增加，灭火时间逐渐减少，但是，灭火时间并没有随着超细干粉用量的增加而无限制减少，当干粉添加量达到0.40 kg范围时，灭火时间基本稳定，之后进行泡沫和超细干粉联用灭火在超细干粉添加量为0.41～0.43 kg的范围试验，灭火时间最大相差在0.3 s以内，因精选量提高的灭火效率较小，因此选定0.4 kg为合理超细干粉用量。经过换算得到水成膜泡沫平面面积的干粉最佳添加量为80 g/m2。添加较多超细干粉不会对灭火效果做出更多贡献，超细干粉的粘滞作用将阻碍了泡沫的流动性，水成膜泡沫无法包裹过多的超细干粉导致其在立体空间中的弥撒，对于敞开露天环境中的二维油池火或者流淌火，可能导致超细干粉浪费。

表1 不同超细干粉用量的试验记录

注：喷头压力0.6 MPa；管道压力1.0 MPa。

2.1.2 水成膜泡沫灭火与超细干粉、水成膜泡沫联合灭火的对比试验

试验中，将对水成膜泡沫平面面积的干粉添加量为80 g/m2的工况和单纯使用水成膜泡沫进行灭火的工况进行对比。

1)水成膜泡沫灭火试验。水成膜泡沫灭火试验共计3次，灭火时间分别为9.8，9.1，9.4 s，平均灭火时间约为9.4 s。

图5为使用水成膜泡沫灭火工况火源上方热电偶测得的温度随时间变化曲线。

由图5可见，距离油盘0.5 m处温度达到最高，约为800 ℃，随着高度的升高，温度逐渐成下降趋势。灭火系统启动以后，随着灭火剂的投入，火源上方温度骤减。灭火时间约为9 s。

2)添加超细干粉(最优添加量0.4 kg)的水成膜泡沫灭火试验。试验共计3次，灭火时间分别为：5.9，5.9，6.0 s，平均灭火时间为5.9 s。

图6为最佳超细干粉添加量的水成膜泡沫灭火试验灭火工况火源上方热电偶测得的温度随时间变化曲线。

由图6可见，火源预燃30 s，距离油盘0.5 m处温度达到最高，约为800 ℃，随着高度的升高，温度逐渐成下降趋势，灭火系统启动以后，随着灭火剂的投入，火源上方温度骤减。灭火时间约为6 s。

图7为泡沫与超细干粉联用摄像。由图7可见，泡沫及干粉能够有效的喷洒在油盘内部，基本没有灭火剂溢出油盘的现象。31 s，超细干粉迅速压制火焰，35 s时，超细干粉抑制火焰燃烧泡沫覆盖油面，37 s灭火完毕表面覆盖一层泡沫防止复燃。

2.1.3 小结

1)泡沫与超细干粉联用的灭火效果比单纯泡沫灭火的效果更佳，灭火时间提高了37.2%。

2)综合灭火试验结果换算出水成膜泡沫平面面积的干粉最佳添加量为80 g/m2。

2.2 系统试验

不同超细干粉量的系统试验记录见表2。试验喷头压力接近原船系统工作压力0.6 MPa，每次泡沫混合液流量约3.4 L/(min·m2)，干粉添加量为0～9 kg时，灭火时间最短36 s，最长47 s。前8次粗选超细干粉灭火时间中可以看出，灭火时间呈现是先减小后增加的趋势，灭火时间最低点是在第3次和第4次处，即确定出粗选超细干粉应在4～5 kg范围内；然后按照超细干粉精选200 g的增量试验3次，灭火时间在超细干粉为4.4 kg时为最低点，3次灭火时间相差约1 s，由此确定超细干粉合理用量为4.5 kg。换算出水成膜泡沫平面面积的干粉最佳添加量约为80 g/m2，与标准试验结论基本一致。

在超细干粉添加为4.5 kg的条件下进行试验3次，其平均灭火时间为36.6 s；单纯使用水成膜泡沫灭火系统灭火试验共计3次，平均灭火时间为46.7 s，灭火时间提高了21.6%。

系统试验灭火时间和干粉量对照见图8。分析图8得到与标准试验基本相似的结论，即随着干粉用量的增加，灭火时间逐渐减少，但是，灭火时间并没有随着超细干粉用量的增加而无限减少，当超细干粉用量达到4.5 kg左右时，灭火时间基本稳定，之后随着超细干粉添加量的增加，灭火时间呈递增趋势。

不添加超细干粉条件下的水成膜泡沫灭火系统灭火试验工况，油池高度方向0.5，1，1.5，2，2.5 m位置温度测点的温度随时间变化见图9。火场最高温度在距离油面约0.5～1.0 m处达到了500 ℃。随着距离油池高度的增加，温度逐渐下降。水成膜泡沫灭火系统启动后，温度显著升高，分析这是由于水成膜泡沫喷出后卷吸周围新鲜空气反而使火势出现了有短暂的增大现象，随着水成膜泡沫灭火剂投入的逐渐增多，火势得到了有效控制，温度逐渐降低，火源逐渐熄灭。

表2 系统试验不同超细干粉量的试验记录表

注：喷头压力0.6 MPa；管道压力1.0 MPa。

添加超细干粉条件下的水成膜泡沫灭火系统灭火试验工况(干粉添加量约为5 kg)，油池高度方向0.5，1，1.5，2，2.5 m位置温度测点的温度随时间变化见图10。由图10可见，受室外环境风速、风向的影响，火场最高温度达到了800 ℃。随着灭火系统的启动，火场温度骤减，火势得到有效抑制。60 s时，火源基本熄灭。与图9对比，随着灭火系统的启动，并没有出现温度升高火势短时增大的现象，这是由于干粉对火源有效的化学抑制作用的结果。

图11为试验摄像，当灭火剂释放后，火焰能够得到有效压制，没有出现火焰突然增大的现象；水成膜泡沫与超细干粉混合较好，没有出现超细干粉的弥散现象，超细干粉的添加量合理。灭火后观察火场情况，超细干粉基本漂浮在水成膜泡沫灭火剂表面，没有影响水成膜泡沫的流动性。

3 结论

1)泡沫与超细干粉联用的灭火效果比单纯泡沫灭火的效果更佳，灭火时间提高了21.6%。

2)泡沫与超细干粉联用比泡沫灭火对火焰的抑制效果好，即控火效果好。

3)干粉的量添加过多并没有对灭火更有利。

4)综合根据灭火试验计算出干粉最佳添加量约为80 g/m2，与标准试验结论基本一致。

5)实际火焰形态、温度分布和灭火时间会受风场环境的影响。灭火的效果与喷头的样式和喷洒形式有关。

6)对于固定式水成膜泡沫与超细干粉联和灭火系统的设计需要注意：应按照系统喷洒水成膜泡沫后的展开面积来计算超细干粉的添加量；对于应用于露天敞开空间的固定式系统，末端喷头的设计形式应能保证水成膜泡沫与超细干粉的混合性能，即喷出的水成膜泡沫混合液能够将超细干粉充分包裹和压制，不能出现超细干粉弥撒的现象，这将导致失去超细干粉的灭火效果。

[1] 周文英，介燕妮，罗永乐，等.超细干粉灭火剂[J].消防技术与产品信息，2004(10)：71-72.

[2] 周文英，杜泽强，介燕妮，等.超细干粉灭火剂[J].中国粉体技术,2005(1)：42-44.

[3] 杜力强，柴涛.超细干粉灭火技术探讨[J].机械管理开发，2008(3)：93-95.

[4] 刘慧敏，庄爽，秦玉旺.超细干粉灭火剂局部应用性能研究[J].消防科学与技术，2015(2)：230-232.

[5] 王戈，王斌，何明国.超细干粉灭火剂的研发应用进展[J].消防科学与技术，2013(9)：75-77.

[6] 刘大鹏，王煊军，夏本立，等.水成膜泡沫灭火剂的发展与应用[J].化学工程与装备，2013(2)：139-142.

Research on Fire-fighting Experiments of AFFF Extinguishing Agent Combined with Superfine Powder

WANG Xin, YAN Zhen-hai, WU Hong-mei

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Through the experiments of AFFF extinguishing agent combined with superfine powder, the fire extinguishing mechanism and efficiency were analyzed. The specific parameters for the design of the combined use of AFFF and superfine power were studied, as well as the matters should be paid attention. The experimental results showed that AFFF extinguishing system superfine power can play the effect of flame, so the fire suppression effect is better. Compared with the single use of AFFF, the efficiency is significantly improved.

AFFF; superfine powder; fire-fighting experiment

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.03.009

2017-01-18

王馨(1982—)，女，硕士，工程师

研究方向：船舶消防

U664.88

A

1671-7953(2017)03-0041-05

修回日期：2017-03-27