王婷　呂岳　楊博　王信群

(中國(guó)計(jì)量學(xué)院質(zhì)量與安全工程學(xué)院　杭州 310018)

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受限空間中化學(xué)活性超細(xì)粉體的全淹沒滅火性能*

王婷呂岳楊博王信群

(中國(guó)計(jì)量學(xué)院質(zhì)量與安全工程學(xué)院杭州 310018)

在容積為1.5 m3的受限空間中開展超細(xì)ABC粉體全淹沒滅火性能研究，測(cè)量施加超細(xì)粉體后火焰溫度變化及火災(zāi)抑制、熄滅全過程，探究滅火劑充裝壓力、滅火劑用量等參數(shù)對(duì)滅火效果的影響。研究表明，充裝壓力從0.8 MPa增加到1.2 MPa時(shí)，滅火時(shí)間從5 s減少到3 s，因而提高充裝壓力可改善噴射效果，改善滅火性能。通過驅(qū)動(dòng)氮?dú)狻⒊?xì)粉體的耦合作用及單純驅(qū)動(dòng)氣體滅火相比較，證明驅(qū)動(dòng)氮?dú)鈱?duì)火災(zāi)抑制、熄滅的作用忽略不計(jì)，但驅(qū)動(dòng)氣體對(duì)提高超細(xì)ABC粉體與火焰相互作用的進(jìn)程起到至關(guān)重要的作用。兩組工況下的火焰未能全部熄滅，但其中一組工況噴射滅火劑，其火焰燃燒強(qiáng)度得到顯著抑制。

超細(xì)粉體受限空間全淹沒滅火

0　引言

化學(xué)活性超細(xì)粉體粒徑小且彌散性較好、比表面積較大，具有單個(gè)粒子質(zhì)量小沉降速度慢的顯著特點(diǎn)，與傳統(tǒng)干粉滅火劑相比，呈現(xiàn)出較強(qiáng)滅火能力[1-2]。國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)超細(xì)微粒滅火劑滅火性能影響因素做了大量研究。其中周曉猛等[3]研究了超細(xì)化及表面改性碳酸氫鈉粉體的滅火性能，得出超細(xì)化后碳酸氫鈉粉體粒徑分布更加均勻，表面改性后超細(xì)粉體滅火時(shí)間減少1/5～2/3；況凱騫等[4]對(duì)比3種粉體的滅火性能，得出粉體粒徑和顆粒表面形態(tài)對(duì)滅火性能有很大影響；王立等[5]對(duì)比其制備的兩種干粉滅火性能，得出粒徑較小和高溫下良好的熱分解特性使超細(xì)氫氧化鎂粉體具有更優(yōu)的滅火性能；楊冬雷等[6]將細(xì)化后的BC粉體與未細(xì)化的BC粉體滅火效果相比，發(fā)現(xiàn)細(xì)化后粉體滅火性能優(yōu)于未細(xì)化粉體，且側(cè)面施加滅火劑的方式優(yōu)于從底部施加等；殷志平等[7]對(duì)ABC干粉進(jìn)行超細(xì)化和表面改性，得出滅火劑粒徑在小于4.11 μm時(shí)，能夠在空中滯留15 min以上，且滅火劑質(zhì)量濃度隨著滅火劑的平均直徑的減小而減??；唐聰明等[8]利用超音速氣流粉碎機(jī)將粉體超細(xì)化并利用甲基含氫硅油對(duì)粉體進(jìn)行表面處理，得到了平均粒徑為7.28 μm、流動(dòng)性及疏水性等性能都較優(yōu)的超細(xì)磷酸銨鹽，由滅火實(shí)驗(yàn)表明處理后的滅火劑滅火效率增加。

上述研究主要集中于利用超細(xì)粉體開展局部作用滅火，即實(shí)施滅火時(shí)，噴頭正對(duì)火源上方或火焰根部，進(jìn)行“點(diǎn)射”，旨在探究粉體粒徑、比表面積等參數(shù)對(duì)滅火效果的影響。本文在受限空間內(nèi)，以全淹沒滅火方式開展了超細(xì)ABC粉體滅火劑的滅火效果研究。與局部作用方式滅火的主要區(qū)別在于，噴頭與火源位置之間沒有相關(guān)性，重點(diǎn)探索了滅火劑充裝壓力、噴頭與火源相對(duì)位置等參數(shù)對(duì)滅火效果的影響，旨在為某些無人值班、值守的場(chǎng)所如無線通信基站采用該類滅火措施提供技術(shù)支持。

1　實(shí)驗(yàn)裝置及方法

全淹沒滅火實(shí)驗(yàn)所用裝置見圖1。加壓驅(qū)動(dòng)氣體為氮?dú)?，滅火劑采用平均粒徑?0.64 μm的超細(xì)ABC粉體。滅火室為空間體積約1.5 m3的受限空間，其頂棚、底板及3個(gè)壁面均為防火石膏板構(gòu)建，一個(gè)壁面為鋼化玻璃墻體用以觀察滅火全過程?；鹪礊?00 mL的0#柴油，盛于直徑為90 mm、高為35 mm油盤之中。滅火室中共放置5個(gè)油盤，其相對(duì)位置如圖1所示。使用K型鎧裝熱電偶陣列用以測(cè)量滅火過程每個(gè)油盤燃燒火焰區(qū)的溫度變化，并以此表征火焰抑制過程。每組熱電偶陣列由4根熱電偶組成，第1根熱電偶置于可燃液體內(nèi)部，用于觀測(cè)火災(zāi)過程中產(chǎn)生的熱量對(duì)未燃介質(zhì)的熱反饋，其余3根分別距離可燃液體起始液面50，100，150 mm。

1-加壓儲(chǔ)粉裝置；2-滅火室；3-油盤；

實(shí)驗(yàn)根據(jù)預(yù)先設(shè)定值充裝滅火劑、驅(qū)動(dòng)氣體，然后將滅火室頂部防火石膏板打開，逐個(gè)點(diǎn)燃油盤后將防火石膏板蓋關(guān)閉，以保證受限空間為封閉狀態(tài)。預(yù)熱20～50 s至火焰穩(wěn)定，打開閥門施放滅火劑進(jìn)行滅火。同時(shí)利用數(shù)碼相機(jī)記錄實(shí)驗(yàn)中從點(diǎn)火到火滅全過程。典型實(shí)驗(yàn)工況如表1所示。

表1　超細(xì)ABC粉體全淹沒滅火實(shí)驗(yàn)工況表

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)過程中，超細(xì)ABC粉體在氮?dú)怛?qū)動(dòng)下噴出，為證明實(shí)驗(yàn)中火焰的熄滅不是由驅(qū)動(dòng)氣體造成，將表1中工況1作為空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)?；鹧嫒紵龝r(shí)外焰溫度最高，火焰熄滅時(shí)相對(duì)應(yīng)外焰的溫度變化最明顯，因此工況1下只分析5個(gè)油盤中外焰的溫度變化情況，即油面以上15 cm處熱電偶溫度變化情況，如圖2所示。Ⅱ號(hào)油盤中火焰溫度在噴射驅(qū)動(dòng)氣體后立即下降至47 ℃，此時(shí)Ⅱ號(hào)油盤中火焰熄滅。其他油盤中火焰溫度受驅(qū)動(dòng)氣體氣流影響，火焰不穩(wěn)定，火苗偏離熱電偶測(cè)溫區(qū)。因此驅(qū)動(dòng)氣體釋放后，Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ和Ⅴ號(hào)油盤中的熱電偶溫度測(cè)量數(shù)據(jù)抖動(dòng)較厲害，但火焰并沒有熄滅，火焰溫度也沒有明顯下降趨勢(shì)。說明在超細(xì)ABC粉體的全淹沒滅火實(shí)驗(yàn)中，僅依靠氣體無法將油盤中火全部熄滅。工況1中Ⅱ號(hào)油盤中火的熄滅，是由于Ⅱ號(hào)油盤距離噴頭最近，1.2 MPa氮?dú)庵饕饔迷冖蛱?hào)油盤上，隔離了Ⅱ號(hào)油盤周圍的氧氣。當(dāng)充粉量不為0 g時(shí)，噴出氣體的能量將會(huì)被粉體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)消耗一部分，氣體單獨(dú)作用在火焰上能量將會(huì)降低且對(duì)火焰周圍氧氣濃度的影響也會(huì)大大降低，因此氣體在其他工況下的滅火作用可忽略不計(jì)。

圖2工況1油面以上15 cm熱電偶溫度變化曲線

2.1超細(xì)ABC粉體滅火劑對(duì)火焰的抑制作用

選取工況1、2中油盤火焰均未熄滅、距離噴頭最遠(yuǎn)的Ⅴ號(hào)油盤作為研究對(duì)象，分析在油盤中火焰未熄滅的情況下滅火劑對(duì)火焰的抑制作用。當(dāng)1.2 MPa氮?dú)鈬娤驕缁鹗液?，Ⅴ?hào)油盤中油面以上5～15 cm三處熱電偶溫度在驅(qū)動(dòng)氣體氣流作用下，抖動(dòng)較厲害，一直處于升溫的趨勢(shì)直至油燒完溫度才降低，見圖3。當(dāng)工況2中400 g超細(xì)ABC粉體在0.6 MPa壓力下噴出后，Ⅴ號(hào)油盤中三個(gè)高度處的熱電偶溫度均立即下降，見圖4。60 s時(shí)，油面以下熱電偶溫度從209 ℃下降到185 ℃；油面以上5 cm處的熱電偶溫度從468 ℃下降至254 ℃；油面以上10 cm處的熱電偶溫度從392 ℃下降到260 ℃；油面以上15 cm處熱電偶溫度從618 ℃下降到335 ℃?？梢姽r1中，驅(qū)動(dòng)氣體僅會(huì)引起Ⅴ號(hào)油盤中火焰抖動(dòng)，并不會(huì)降低火焰和油的溫度，即僅依靠1.2 MPa氮?dú)鈱?duì)火焰沒有明顯抑制作用。而工況2中，雖然400 g滅火劑在0.6 MPa的壓力下不足以將Ⅴ號(hào)油盤中火焰熄滅，但是其油盤中火焰與滅火劑作用，火焰溫度明顯下降，且滅火劑覆蓋在油面上也使油面溫度降低，說明超細(xì)滅火劑對(duì)火焰具有非常明顯的抑制作用。

圖3工況1中Ⅴ號(hào)油盤火焰溫度變化曲線

圖4工況2中Ⅴ號(hào)油盤火焰溫度變化曲線

2.2充裝壓力對(duì)超細(xì)ABC滅火劑滅火性能的影響

工況3、工況4、工況5的滅火時(shí)間分別為5.46,3.64,2.98 s。在火焰燃燒階段，外焰溫度最高，在火焰熄滅后外焰溫度變化最明顯，因此為了分析超細(xì)ABC粉體的滅火性能，此處只分析3個(gè)工況下的外焰溫度，即油面以上15 cm熱電偶溫度數(shù)據(jù)，見圖5～圖7。油面以上15 cm處火焰溫度隨時(shí)間變化趨勢(shì)包括升溫預(yù)燃階段、滅火階段和降溫階段。在升溫預(yù)燃階段，3個(gè)工況中5處火焰由于其周圍氣流的影響，會(huì)出現(xiàn)火焰位置稍微偏離測(cè)溫區(qū)而引起測(cè)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象。施加滅火劑后，3個(gè)工況下各處油盤中火焰溫度均明顯下降至50 ℃左右，說明此時(shí)油盤中火焰均被熄滅，這與表1中記錄的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。工況3中施放滅火劑時(shí)，位于滅火劑主要流動(dòng)路徑上的Ⅱ號(hào)油盤中火焰最先與滅火劑作用，且火焰溫度迅速下降并熄滅。而Ⅲ號(hào)和Ⅴ號(hào)油盤都位于距離噴頭較遠(yuǎn)處的角落，與滅火劑作用較晚，因此溫度下降速度較Ⅱ號(hào)油盤稍慢。圖6和圖7中Ⅱ號(hào)油盤中火焰下降速度也明顯快于Ⅲ號(hào)與Ⅴ號(hào)油盤中火焰的下降速度。對(duì)比圖5、圖6和圖7，得出工況3的滅火時(shí)間最長(zhǎng)，工況5的最短。說明當(dāng)裝粉量相同時(shí)，隨著氣體壓力增加，超細(xì)ABC粉體滅火時(shí)間隨著壓力升高而降低。這是由于壓力逐漸增大時(shí)會(huì)增加超細(xì)粉體顆粒的動(dòng)量，當(dāng)粉體顆粒的動(dòng)量在一定范圍內(nèi)增大時(shí)，其穿透火羽流到達(dá)火焰深處的時(shí)間降低，即更有效更快速地熄滅火焰。

圖5工況3油面以上15 cm熱電偶溫度變化曲線

圖6工況4油面以上15 cm熱電偶溫度變化曲線

圖7工況5油面以上15 cm熱電偶溫度變化曲線

3　結(jié)語

(1)在1.5 m3受限空間中，當(dāng)施加超細(xì)ABC粉體總量不變，充裝壓力從0.8 MPa增加到1.2 MPa，全淹沒滅火時(shí)間從5 s減至3 s。因而提高驅(qū)動(dòng)氣體充裝壓力，可改善噴射效果，使超細(xì)粉體的滅火性能明顯改善。

(2)將單純驅(qū)動(dòng)氣體滅火效果，與驅(qū)動(dòng)氮?dú)夂统?xì)粉體的耦合作用效果相比較，證明驅(qū)動(dòng)氮?dú)鈱?duì)火災(zāi)抑制、熄滅的作用可忽略不計(jì)?；鹧娴南缡浅?xì)粉體的作用結(jié)果，但驅(qū)動(dòng)氣體對(duì)提高超細(xì)ABC粉體與火焰相互作用的進(jìn)程起到至關(guān)重要的作用。

(3)實(shí)驗(yàn)中兩組工況下的火焰未能全部熄滅，但一組為添加超細(xì)粉體的實(shí)驗(yàn)工況，其火焰的燃燒強(qiáng)度得以顯著抑制。說明ABC超細(xì)粉體對(duì)于未熄滅的火焰仍具有明顯的抑制作用。

[1]況凱騫.細(xì)化粉基滅火介質(zhì)與火焰相互作用的模擬實(shí)驗(yàn)研究[D].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),2008.

[2]周文英,杜澤強(qiáng),介燕妮,等.超細(xì)干粉滅火劑[J].中國(guó)粉體技術(shù),2005,11(1):42-44.

[3]周曉猛,姜麗珍,陳濤.超細(xì)粉體滅火介質(zhì)的表面特性及滅火性能[J].燃燒科學(xué)與技術(shù),2009,15(3):214-218.

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[7]殷志平,潘仁明,曹麗英. 超細(xì)磷酸銨鹽微粒滅火劑與B類火作用的有效性研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2007,7(4):125-128.

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Total Flooding Fire Extinguishing Performance of Superfine Powder Fire Extinguishing Agent in Confined Space

WANG TingLYU YueYANG BoWANG Xinqun

(CollegeofQualityandSafetyEngineering,ChinaJiliangUniversityHangzhou310018)

The experiment is carried out in 1.5 m3confined space, in which the variation of flame temperature, fire suppression and full process of extinguish are measured by thermocouples and the effects of filling pressure, fire extinguishing agent dosage and other parameters on the suppression are researched. When the filling pressure is increased from 0.8 MPa to 1.2 MPa, the fire extinguishing time is reduced from 5 s to 3 s, so the increase of the filling pressure can improve the results of injection and the performance of fire extinguishing. By comparing couple effects of drive nitrogen and superfine powder fire extinguishing agent, it proves that the impact of injection gas in the flame is negligible, but drive nitrogen can make great contributions to the process of the interaction of flame and superfine powder fire extinguishing agent. The fire will be extinguished in two different working circumstances, but in one of the working conditions of sprayed extinguishing agent, the flame intensity is significantly inhibited.

superfine powderconfined spacetotal flooding fire extinguishing

國(guó)家自然科學(xué)基金(51174182)，國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)(2013DFG71760)。

王婷，女，1990年生，碩士，主要從事火災(zāi)爆炸預(yù)防控制技術(shù)及裝備方面的研究。

2015-06-28)