关于公路隧道泡沫灭火装置的改进探索和实践
2024-06-20蓝汉文
蓝汉文
摘要 公路隧道水成膜泡沫灭火装置可扑灭可燃性液体泄漏引起的火灾,在公路隧道内广泛设置,是特长隧道内必须设置的消防设施之一。目前该系统泡沫液比例混合装置多采用文丘里管,该混合装置结构简单,但其性能好坏与压力差、流量的关系密切。在实际使用中很难消除因消防卷盘软管的变形等外在因素造成的压力差及流量不稳定等情况,使得泡沫液无法与消防水正常混合,影响该消防设施的性能。文章探索现有的公路隧道水成膜泡沫灭火装置在正常养护情况下出现的问题及其产生原因,通过改进部分零件和使用方法,使该装置的问题得以改善、功能得以加强、养护得以简化、可靠性得以提升。
关键词 公路隧道消防;泡沫灭火装置;比例混合器;被动泵
中图分类号 U453.8文献标识码 A文章编号 2096-8949(2024)12-0180-03
0 引言
随着这些年社会经济的快速发展和科学技术的进步,我国的公路交通得到了快速发展。截至2022年,全国公路里程达到535.48万千米,共有隧道24 850处。其中长隧道(不小于1 km而小于3 km)6 715处、1 172.82万延米,特长隧道(不小于3 km)1 752处、795.11万延米。水成膜泡沫灭火装置喷射至燃烧物,特别是油类表面形成泡沫覆盖层,可以有效隔氧、降温实现扑灭初起火灾,补充灭火器的灭火时间,所以在特长隧道内均有设置[1]。
该装置按《公路隧道养护技术规范》开展日常养护,定期检查该装置的使用性能与防渣情况,为了测试泡沫灭火装置功能的完整性,还需进行喷射测试。但在实际日常养护过程中,发现以下问题:①卷盘内的软管在抽出或回卷时,经常卡入两导轮之间,导致抽出(回卷)卡住;②消防水倒灌至泡沫液容器内;③喷射出的消防水射程不足且发泡不正常;④泡沫桶内泡沫液流光等异常现象。另外,在测试泡沫灭火装置功能的完整性时,若不将软管完全抽出,则无法正确测试泡沫的喷射情况;若将软管全部抽出,则需花费很长时间,也影响隧道内车辆的正常行车安全[2]。
1 改进前公路隧道泡沫灭火装置的工作原理
改进前水成膜泡沫灭火装置的结构如图1所示,主要由球阀(供水阀)、比例混合器、软管卷盘、泡沫喷枪、泡沫容器、出液阀等重要组件构成。其工作原理是:取下泡沫喷枪,先将卷盘内软管从导向架完全抽出,再打开球阀(供水阀);待消防水从供水管依次经过过滤器、球阀(供水阀)、比例混合器、软管,从泡沫喷枪射出;最后打开出液阀,将泡沫液吸入比例混合器,经混合后形成泡沫液喷射至燃烧物表面,使其与空气隔绝,起到灭火和自救作用。
2 公路隧道泡沫灭火装置故障原因分析
(1)软管卡入两导轮之间,抽出(回卷)卡住。产生原因是:软管在无水压的状态下会变形干瘪,当两导轮之间的间隙过大时,软管极易卡入两导轮边缘之间的缝隙内,导致抽出(回卷)卡住。
(2)消防水倒灌至泡沫液容器内。产生原因是:软管回卷至卷盘不整齐,导致软管相互层叠挤压变形,特别是卷盘内侧的软管管口与卷盘出水口连接处弯折变形,产生不可恢复的永久性形变,导致出水滞阻;另外,泡沫喷枪的多孔板被异物堵住,也会导致出水滞阻。出水滞阻导致比例混合器出口压力而无法产生负压区,导致消防水倒灌至泡沫液容器内的现象。
(3)喷射出的消防水射程不足且发泡不正常。产生原因是:软管回卷至卷盘不整齐,导致软管相互层叠挤压变形,特别是卷盘内侧的软管管口与卷盘出水口连接处弯折变形,产生不可恢复的永久性形变,导致出水滞阻,增大了比例混合器出口压力;另外,过滤器的过滤网被沙土、树叶等异物堵住,减小了比例混合器的进口流量,导致比例混合器无法产生负压区,导致消防水射程不足且发泡不正常现象。
(4)泡沫桶内泡沫液流光。产生原因是:泡沫桶破裂或者在进行泡沫灭火装置功能测试后,出液阀未关闭或关不紧,软管内残余的消防水在回卷时会继续流出,泡沫液在虹吸的作用下慢慢流光。
3 公路隧道泡沫灭火装置的改进原则和改进方案
改进需考虑泡沫灭火装置已在公路隧道内进行了广泛设置,在保证不对原有装置大范围更换和拆卸的情况下,通过修改和增设部分零部件,进行简捷而有效的改进。同时应考虑增设的零部件设计合理、简洁有效、经济耐用,且便于日常巡检和维护。
在上述改进原则下,从表1所示的4个方面作为研究和改进方向。
4 隧道泡沫灭火装置的改进和实施
4.1 软管卡入两导轮之间,抽出(回卷)卡住的改进
(1)将卷盘内软管更换成既柔韧又耐压且在无压下不会干瘪的软管,可以有效避免该问题发生。另外,在日常检查中出现卡住时可通过改变软管抽出(回卷)的操作方法,避免抽出(回卷)卡住现象。具体流程为:先将喷枪附近软管对折,打开球阀,给软管充水使干瘪的软管鼓起后,再关闭球阀,最后抽出(回卷)软管。通过水的压力将干瘪的软管鼓胀,可有效消除日常检查中直接抽出(回卷)的卡住问题[3]。
(2)考虑该装置实际使用人具有的不确定性,可将现有的导轮直径加大,减少两导轮之间间隙,也能有效避免软管卡入导轮之间的问题。
4.2 消防水倒灌至泡沫液容器内的改进
(1)如4.1(1)更换卷盘内软管或改变软管抽出(回卷)的操作方法,解决回卷不整齐导致软管干瘪变形而产生的出水滞阻问题。
(2)修改卷盘内圈结构,减少突变台阶。具体流程为:将卷盘进水管和软管连接处由内圈表面改至内圈内部,再以螺旋线过渡至表面,避免连接处出现弯折。
(3)增加被动泵,加大泡沫液压力。在比例混合器泡沫液入口端,增加一种依靠水流动力的被动泵(如图2所示)对泡沫液加压,以提高泡沫液在比例混合器入口端的压力。被动泵包括:叶轮、轮座、轮盖、齿轮A、齿轮B、泵体及密封件和联轴器。具体原理为:管道内消防水通过叶轮(9)使其被动旋转,并经过联轴器(8)带动齿轮A(5)转动,齿轮A(5)、齿轮B(4)与泵体(3)组成齿轮泵将泡沫液压送至比例混合器入口端,再与消防水进行混合。这样就克服了原比例混合器因压力差及流量不稳定,导致的泡沫液无法与消防水可靠混合的问题。
(4)维修作业后,及时检查清理多孔板。前端设有过滤网,但后端多孔板仍然出现阻塞,这是因为灭火装置在安装、维修作业后产生的生料带、垢块等杂物造成的堵塞。因此,在安装和维修作业后应及时检查清理多孔板,在检查、更换过滤网后也应同步清理多孔板。
4.3 喷射出的消防水射程不足且发泡不正常的改进
(1)如4.1(1)更换卷盘内软管或改变软管抽出(回卷)操作方法,解决回卷不整齐导致软管干瘪变形而产生的出水滞阻问题。
(2)如4.2(2)修改卷盘内圈结构。
(3)如4.2(3)增加被动泵,加大泡沫液压力。
(4)定期检查,清洗过滤网。消防管道内的锈垢、沙土、树叶等杂物应及时清除;过滤网孔洞堵塞无法疏通时应进行更换。
4.4 泡沫桶内泡沫液流光的改进
(1)加强检查人员培训,避免巡检后出现出液阀忘关现象;对破损的泡沫桶、出液阀及时更换[4]。
(2)提高泡沫枪悬挂位置。测试后,将原本平躺的泡沫枪头悬挂起来,使泡沫枪出口高于泡沫液最高液面,消除虹吸现象发生。
5 改进后隧道泡沫灭火装置的工作原理
改进后的隧道泡沫灭火装置如图3所示,其结构基本保持不变,主要由球阀、被动泵、比例混合器、软管、泡沫喷枪、泡沫容器、出液阀等重要组件构成。其工作原理是:取出泡沫喷枪,将卷盘内软管从导向架抽出,打开球阀(供水阀);消防水从供水管依次经过过滤器、球阀、比例混合器、软管,从泡沫喷枪射出;最后打开出液阀,将泡沫液通过被动泵压送、比例混合器抽吸与消防水混合后,形成泡沫液喷射至燃烧物表面,使燃烧物与空气隔绝,起到灭火作用。
6 隧道泡沫灭火装置改进前后的效果对比
(1)加大导轮直径后,原来的软管不会卡入导轮之间,抽出(回卷)顺畅。
(2)提高泡沫枪悬挂位置后,不存在泡沫液倒吸流光现象。
(3)针对现场软管变形、导致出水滞阻、消防水倒灌至泡沫液容器内、发泡不正常的泡沫灭火装置,增加被动泵后,异常现象均得以消除。
(4)卷盘内软管更换成PVC钢丝软管测试时,也能很好的消除以上异常现象,目前正在寻找和测试满足卷盘柔韧性、抗压性、抗老化、抗腐蚀等的软管[5]。
7 结束语
造成隧道泡沫灭火装置不稳定的主要原因是比例混合阀进出口的压差不足,导致该阀失效而无法吸入泡沫液。该研究原则是在不采用外部电力的情况下,依靠内部动力源利用泵将泡沫液压送至消防管内与消防水进行有效混合。水成膜泡沫装置经部分改进和增加被动泵后,泡沫液无法吸入问题得到有效改善,提升了装置的有效性和可靠性。在日常巡查检查时,可在软管不抽出的条件下直接检查泡沫灭火装置的泡沫性能情况,也解决了养护单位的巡查难题,提升了工作效率。新增的被动泵结构简单,已经申请实用新型专利,专利申请号为2024204139313。
参考文献
[1]交通运输部. 2022年交通运输行业发展统计公报[N]. 中国交通报, 2023-06-16(002).
[2]公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施: JTG D70/2—2014[S]. 北京:人民交通出版社股份有限公司, 2014.
[3]公路隧道养护技术规范: JTG H12/2—2015[S]. 北京:人民交通出版股份有限公司, 2015.
[4]杨可桢, 程光蕴, 李仲生. 机械设计基础(第七版)[M]. 北京:高等教育出版社, 2020.
[5]黄裕. 国内公路隧道消防灭火系统设计规范的梳理[J]. 中国房地产, 2019(9): 193-195.