高原低压环境泡沫灭火剂灭火性能参数研究

王淮斌 王钦正

摘要：本文基于真实实验环境，研究不同海拔高度下低倍数泡沫灭火剂的发泡倍数、析液时间、灭火时间等性能参数随海拔高度（环境压力）变化的规律。研究结果表明，随着海拔高度升高，泡沫灭火剂发泡倍数变小、析液时间变短，泡沫灭火时间变长。该研究成果可以为不同海拔高度下A类仓库火灾扑救技战术的完善提供理论支撑。

关键词：低压环境;泡沫灭火剂;发泡倍数;灭火时间

我国经济发展迅猛统筹规划科学合理，建设的步伐逐年加快，从而驱动高原地区的交通建设不断发展，高海拔地区的基础设施建设不断加强。随着生活的需求和军事战略的部署，高原地区的油库、机场、铁路、仓库数量不断增多[1-3]。仓库具有储存物资集中，火灾危险大的特点，仓库一旦起火，轻则影响正常的物流运转，重则造成重大的人员伤亡、财产损失，给社会带来严重的影响。仓库按照火灾危险性分类可以分为甲类仓库、乙类仓库、丙类仓库、丁类仓库、戊类仓库。其中甲类仓库是指存放物品的闪点小于28℃的液体或者爆炸下限小于10%的气体。一旦存放甲类物品的仓库发生火灾，极易造成严重的财产损失，甚至人员伤亡。

由于高原地区海拔高、空气稀薄，环境压力低，植被覆盖面积较小，仓库物质火灾燃烧特性与平原地区存在较大的区别，一旦发生火灾，火势蔓延难以预测，很难及时扑灭[4]。此外，泡沫灭火剂是扑灭A类物品仓库最常用的灭火剂，泡沫灭火剂的性能参数会受环境压力的影响，并随着环境压力的改变，出现不同程度的变化[5-6]。鉴于此，非常有必要开展高原低压环境下泡沫灭火剂的性能参数及扑灭A类火灾的灭火效能研究，进一步丰富火灾理论知识，补充高原灭火技战术的研究内容，服务和指导灭火救援实战，为消防救援队扑救高原A类仓库火灾提供了理论和技术支持。

一、实验环境

为了研究泡沫灭火剂在不同环境压力下的性能参数变化规律，在四川省消防救援总队的大力支持和帮助下，选取四川省阿坝州作为实验地点。阿坝州地处青藏高原东南边缘，有盆地区、山地区和高原区，海拔分布广，北部与青海、甘肃省相邻。根据实验需求和针对消防救援队实际作战要求，选取阿坝州所属的汶川、马尔康、红原、查针梁子四个高原实地环境开展实验。根据平原和高原地区大气压和含氧量的不同，大气压力与海拔的关系式可以按照式（1）计算，得到海拔高度和环境压力的关系如表1所示。

二、实验设计

实验用泡沫灭火剂为AFFF低倍数泡沫灭火剂，以《泡沫灭火剂（GB 15308-2006）》为基准，实验所用泡沫产生装置为国标规范所要求的低倍数泡沫产生装置。该装置由容积为100L的钢制耐压储罐、流量为5.7L/min的标准泡沫枪、示数范围是0—1.6MPa的压力表、高度为1m的钢制支架、泡沫液输送管和进气管组成，如图1所示。

三、结果与讨论

（一）发泡倍数

选取平原和四个高海拔地区为实验地点开展AFFF发泡倍数的实地实验，如图2所示。在实验过程中始终保持泡沫耐压储罐达到额定工作压力，并对AFFF在93kPa、87kPa、73kPa、66kPa和59kPa环境下所得实验结果进行汇总分析，得到不同海拔高度下AFFF发泡倍数变化趋势如图3所示。

从图3可以看出，随着海拔逐渐升高AFFF灭火剂的发泡倍数逐渐降低，呈现对数变化规律。图3中随着环境压力逐渐降低AFFF灭火剂的发泡倍数由5.51减小到3.99，减小27.6%。

（二）析液时间

根据实验需要，选取93kPa、87kPa、73kPa、66kPa和59kPa环境下开展AFFF析液时间的实地实验，实验过程与实验结果如图3所示。

可以看出，随着海拔逐渐升高AFFF灭火剂的析液时间逐渐降低，并呈现多项式拟合规律。随着环境压力逐渐降低AFFF灭火剂的析液时间由162s减小到33s，减小了79.7%。

（三）灭火效能

选取了平原和高原地区93kPa、87kPa、73kPa、66kPa、59kPa五个海拔高度，利用国标规范所规定的泡沫枪开展AFFF泡沫灭火剂的灭火效果测试实验。在不同海拔环境下进行灭火实验时要考虑环境等因素对实验结果的影响。为了尽可能减小实验误差降低实验事故的风险，在实验场地的选择时尽量选取较为平坦空旷且无风或者风速特别小的环境并且环境温度要适宜，尽可能避免温差较大的情况出现。在进行灭火实验时油料选取为93#车用汽油。油盘尺寸分别是34B、70B、55B以及144B。不同海拔高度、不同供给强度下实验结果如图5所示。

在同一供给强度条件下，随着海拔高度升高，AFFF的灭火时间也随之增加。在93kPa—59kPa条件下，供给强度为5.33kg/（min·m2）时，AFFF灭火时间由25s增加到81s，增加了224%;供给强度为3.29kg/（min·m2）时，AFFF灭火时间由41s增加到117s，增加了185.4%;供给强度为2.59kg/（min·m2）时，AFFF灭火时间由61s增加到210s，增加了244.3%;供给强度为1.26kg/（min·m2）时，AFFF灭火时间由97s增加到232s，增加了139.2%。

（四）抗烧时间

灭火实验结束后，将抗烧罐放置于铺满泡沫灭火剂的罐体中，点燃抗烧罐中油品，记录时间，待抗烧罐中火焰引燃燃料表面后，停止实验。实验场景与结果如图3所示。

从图3可以看出，随着海拔逐渐升高AFFF灭火剂的抗烧时间逐渐降低，呈现出多项式变化规律。随着环境压力逐渐降低AFFF灭火剂的抗烧时间由1876s减小到670s，减小了64.3%。

四、结语

本文通过理论和实验研究，选取平原环境压力分别是93kPa、87kPa、73kPa、66kPa、59kPa的地区搭建A类物品火灾燃烧及灭火实验平台。开展了消防队常用的AFFF灭火剂的灭火性能参数灭火效果实验，测试了发泡倍数、析液时间、灭火时间以及抗烧时间等随海拔高度变化的规律，主要结论如下：

第一，环境压力从93kPa降到59kPa过程中，AFFF泡沫灭火剂发泡倍数随着海拔升高逐渐减小，减小幅度是27.6%。

第二，环境压力在93kPa降到59kPa变化过程中，AFFF泡沫灭火剂析液时间随着海拔升高逐渐减小，减小幅度为79.7%。

第三，在同一供给强度下，随着海拔高度的升高，AFFF泡沫灭火剂的灭火时间逐渐增大。

第四，环境压力在93kPa降到59kPa变化过程中，AFFF泡沫灭火剂抗烧时间随着海拔升高逐渐减小，减小幅度是64.3%。

未来将继续开展特殊环境下A类仓库火灾燃烧的危害性研究，并基于A类仓库火灾燃烧行为和特点研发并优化新型灭火装备，探究特殊环境下A类仓库火灾的着火及火焰传播机理，为特殊场所的火灾扑救能力的提升奠定理论基础。

参考文献：

[1]张念，谭忠盛，毛军.高海拔对火灾燃烧特性影响的试验研究[J].太原理工大学学报，2011（09）：546-548.

[2]李海航.低压条件下气体射流的燃烧特性与火焰形态研究[D].合肥：中国科学技术大学，2014.

[3]曾怡.低压下射流扩散火焰的燃烧特性与图像特征[D].合肥：中国科学技术大学，2013.

[4]胡小康.高海拔地区油池火燃烧和烟气特性研究[D].合肥：中国科学技术大学，2012.

[5]杨满江.高原环境下压力影响气体燃烧特征和烟气特性的实验与模拟研究[J].合肥：中国科学技术大学，2011.

[6]曾怡，方俊，涂然等.高原環境室内小型池火顶棚烟气质量浓度变化规律[J].燃烧科学与技术，2011，17（04）：332-336.