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超細水霧滅火裝置的應(yīng)用及原理

  摘要:超細水霧滅火與鹵代烷、CO2,泡沫等滅火方法相比,具有滅火劑用量少、設(shè)備簡單、造價低以及綠色無害等優(yōu)點,并且體積小巧,非常適合于移動電源車輛。目前,國外的一些研究機構(gòu)已經(jīng)開始在軍用戰(zhàn)車上進行細水霧滅火,用以有效保護軍用車輛免受火災(zāi)危害的研究。北京恒泰消防淮海滅火器工廠直營價格敬請電詢,北京負責配送,專營MFZ5/ABC手提式干粉滅火器及二氧化碳、水基型等類型手提式滅火器,提供滅火器年檢維修充裝服務(wù),提供消防設(shè)施檢測及電氣檢測服務(wù),消防專營資質(zhì),放心選購,品質(zhì)三包。


  1 問題的提出


  移動電源車大多以柴油為燃料,柴油是閃點為60℃的丙類液體,具有較大的火災(zāi)危險性,屬于易燃車輛裝備。一旦火災(zāi)發(fā)生,輕者造成設(shè)備損壞、燒毀,重者使部隊作戰(zhàn)及保障系統(tǒng)癱瘓,因而迅速撲滅移動電源車內(nèi)的初期火災(zāi)顯得尤為重要。雖然目前車上都配有泡沫、二氧化碳、干粉等滅火器,但是這些滅火器都不能實現(xiàn)自動滅火,發(fā)生火清后操作人員在未經(jīng)專門訓練情況下,不可避免地會手忙腳亂。要求他們在最短時間內(nèi)冷靜地完成跑向滅火器-摘下滅火器-拔下保險銷-靠近并對準火焰底部-按下鴨嘴開關(guān)開始噴射等一系列動作,在當時緊迫情況下未免有些難度過大,因而常常會貽誤火情。再者,這些滅火器的存放都有一定的溫濕度要求,必需每隔1年進行換藥或者作水壓實驗,這些因素使得滅火器在關(guān)鍵時刻很可能不能發(fā)揮作用。因此,有必要針對移動電源這樣的易發(fā)火災(zāi)車輛,尋求一種迅速可靠、高效經(jīng)濟、占地面積小的滅火裝置。


  2 超細水霧滅火的應(yīng)用及機理


  2.1超細水霧滅火的應(yīng)用


  水是人們認識最早也是應(yīng)用最廣的滅火劑,它經(jīng)歷了水-水噴琳-水噴霧-細水霧-超細水霧這樣的發(fā)展歷程,相應(yīng)的水滴平均直徑由水噴淋1一2mm,水噴霧200um,發(fā)展到超細水霧50um,用水量從原來的很大發(fā)展為極小。人們對細水霧及超細水霧滅火系統(tǒng)的青睞,主要是因為其用水量極小,再加上水來源廣、無毒、廉價以及綠色環(huán)保,非常適合于艦船、飛機、列車等移動的封閉空間。目前,細水霧以及超細水霧滅火系統(tǒng)越來越受到各國研究者的關(guān)注。70年代末,美國海軍用有限的艦載水源,以超細水霧撲救潛艇艙室火災(zāi)試驗,開始了超細水霧滅火的新技術(shù)。80年代中期,英國海軍進行了用超細水霧撲救潛艇魚雷艙火災(zāi)試驗。其后,英國民航局(CAA)和美國聯(lián)邦航空局(FAA)都出資支持用超細水霧撲救民航機客艙火災(zāi)以延長逃生時間的研究工作。近年來,通行在英法海底隧道的列車上也成功安裝了超細水霧滅火系統(tǒng)。


  傳統(tǒng)的水噴淋滅火方式在撲救B類火災(zāi)時,因為水滴粒徑大,落下時會沖擊油面,飛濺油火,致使火勢蔓延,因此不適用。相反超細水霧滅火由于水滴粒徑小,沖擊力小,不會造成油火四濺,并且當霧狀水以一定的速度噴向非水溶性可燃液體表面時,由于水霧的沖擊作用,在可燃液體表面形成一層由"油包火"和非水溶性液體混合組成的乳狀物,覆蓋了可燃液體的表面,從而使得可燃液體的燃燒難以進行。因此,可以用于撲救汽油、煤油、乙醇等低燃點液體可囘燃囘物的火災(zāi),也可以用于濃硫囘酸、濃硝酸場所的火災(zāi)。并且,由于霧狀水滴之間是不連續(xù)、不導電的,所以,也可以用于撲救帶電設(shè)備的火災(zāi)。另一方面,由于用水量極小,在相同滅火時間內(nèi)僅相當于水噴淋系統(tǒng)用水量的5%,因此,熱沖擊與水漬損失小,對保護對象、環(huán)境及人體無任何損害與污染。當使用純水作為滅火劑時,可以用于貴重電子設(shè)備、計算機房等場合。


  2.2超細水霧滅火的機理


  撲救火災(zāi)的指導思想為盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并將其撲滅,這就要求水盡可能多地在最短時間內(nèi)汽化。而水的汽化時間與它的直徑的平方成正比,因此,要求水滴尺寸盡可能小,以增大表面積。這就是超細水霧滅火與水噴淋滅火的區(qū)別之處,其索太爾平均直徑一般為50um左右。超細水霧滅火雖然可視為水噴淋滅火的拓展,但二者在滅火機理上卻大相徑庭,因而在滅火速度、用水量、適用火災(zāi)類型、對設(shè)備的損害方面也相差很遠。對于超細水霧來說,其滅火機理主要體現(xiàn)在以下幾個方面:


  (1)吸熱降溫作用由于單個水滴尺寸很小,它的總表面積很大,因而水滴的表面換熱系數(shù)增大,在環(huán)境溫度高時,可以迅速汽化。由熱力學可知,水的汽化潛熱很大,可達約2280КJ/kg,遠比水溫升吸熱量大得多,因而可吸收大量熱量,使火焰及燃燒物表面的溫度迅速降低,降低封閉空間內(nèi)的溫度;


  (2)隔氧窒息作用超細水霧在受熱氣化過程中不僅吸收大量熱量,同時產(chǎn)生原體積1700倍的水蒸氣。水滴以其蒸發(fā)的徹底性和快速性產(chǎn)生的大量水蒸氣能降低燃燒區(qū)氧的體積分數(shù)(也即氧氣含量),使燃燒因缺氧而受到抑制。同時由于水滴迅速蒸發(fā),在火焰外部形成一高濃度的水蒸汽層,該層的存在阻礙了外界氧氣向火焰區(qū)的擴散,而火焰區(qū)內(nèi)由于可燃燒物燃燒消耗大量氧氣而使氧氣含量迅速下降,達到自身窒息滅火;


  (3)阻隔輻射作用超細水霧噴人火場后,蒸發(fā)形成的蒸汽迅速將燃燒物、火焰和煙羽籠罩,并且由于外圍超細水霧具有很大的表面積和很高的密度,對火焰的輻射熱具有**的阻隔能力,能有效抑制輻射熱引燃周圍其他物品,達到防止火災(zāi)蔓延的效果。


  3 移動電源車超細水霧滅火裝置設(shè)計


  柴油發(fā)電機的火災(zāi)主要是柴油火災(zāi),其次是發(fā)電機和電纜的電氣火災(zāi)〔'〕,因此,用超細水霧滅火系統(tǒng)非常適合。其具體思路為采用局部滅火方式,在柴油發(fā)電機和配電箱上部各安裝一個超細水霧噴頭,由火災(zāi)探測器自動控制或由手動方式控制,一旦發(fā)現(xiàn)火情就立即啟動噴霧裝置,可以在最短時間內(nèi)撲滅火災(zāi)。系統(tǒng)圖如圖1所示,實物圖如圖2所示。

超細水霧滅火裝置的應(yīng)用即原理.jpg

  3.1超細水霧動力方式


  目前,產(chǎn)生細水霧的動力源主要是預(yù)安裝系統(tǒng)和高壓水泵直接霧化系統(tǒng),后者中水需要被加壓至8MPa乃至更高,對水泵及管路有很高要求。而預(yù)安裝系統(tǒng)則由事先充人壓縮氣體的高壓鋼瓶以及儲水罐組成,無可運動部件,且無需電力驅(qū)動,一次補水充氣可保證長時間使用,因此,非常適合在車輛上使用。


  高壓鋼瓶內(nèi)充儲壓力為10MPa、純度不低于95%的氮氣,工作時分兩路供氣,一路經(jīng)節(jié)流降壓后用于推動儲水罐內(nèi)的水,另一路節(jié)流降壓后直接供到噴嘴。平時儲水罐內(nèi)的水處于常壓,滅火時由高壓氣體推動而進人防護區(qū)。


  3.2水一氮兩相流噴嘴


  噴嘴是超細水霧滅火系統(tǒng)的最關(guān)鍵部件之一,它直接決定著滅火效能。衡量噴嘴性能的主要參數(shù)為霧滴的平均粒徑、速度和噴嘴出口霧化角。


  (1)霧滴的平均粒徑如前所述,霧滴的平均粒徑在很大程度上決定了水霧吸收熱量并汽化的能力,對火焰流場結(jié)構(gòu)的影響很大。


  (2)霧滴的速度霧滴速度決定著噴霧的動量。在水滴粒徑一定的情況下,霧滴速度越大則噴霧的動量越大。噴霧的動量決定著霧滴穿越空間中的障礙物的能力,以及霧滴能否克服火焰周圍上升熱氣流及火羽而到達火焰內(nèi)部繼而吸熱汽化。


  (3)霧化角霧化角表示噴嘴出口處霧化流的擴張角,它決定了霧滴的空間分布以及單個噴嘴所能滅火的有效面積。


  本文設(shè)計研究的水霧化方式采用水一氮氣雙流體(或稱兩相流)噴嘴,噴嘴由內(nèi)腔、外腔及共振腔組成,內(nèi)腔為水通道,外腔為壓縮氮氣通道。當高速氣流噴出沖擊共振腔時,在出口與腔之間由于聚能會產(chǎn)生超聲波場。從內(nèi)腔噴出的水在氣流粉碎作用及強超聲波場的雙重作用下,迅速被霧化成濃密的微細水霧。噴嘴結(jié)構(gòu)如圖3所示。經(jīng)測量,在氣壓為0.45MPa,水量為40L/h時,粒徑<50um的霧滴個數(shù)占總數(shù)的79.9%,可見霧化質(zhì)量非常好。另外,噴嘴有效射程為3m,有很強的穿越障礙能力,即使在車箱門窗全敞開情況下也不影響使用效果。噴嘴出口處霧化角為60°,按車箱高度2m計算,則單個噴嘴可保護直徑達2.3m的圓形區(qū)域,這對車載柴油機已經(jīng)足夠了。


  利用高速氮氣的動能攜帶細小的水霧噴射囘到可囘燃囘物表面,這樣避免了霧滴太小不能穿透火焰的問題。另外重要得一點是,噴向火場的高速的氮氣流會使火災(zāi)失去穩(wěn)定燃燒的條件,這克服了超細水霧本身對滅小火效果不佳的缺點,非常適用于初發(fā)火災(zāi)。同時氮氣本身就是很好的滅火劑,因而,超細水霧的滅火性能將大大提高,這是水一氮氣兩相流超細水霧獨有的滅火機理。


  3.3系統(tǒng)控制


  通常情況下,車內(nèi)火情由耐高溫、防水(防爆)型火災(zāi)探測器監(jiān)測。發(fā)生火災(zāi)時探測器給電控箱信號,由電控箱控制聲光報替器報警,同時給噴嘴前的水、氣電磁閥打開指令,隨即噴嘴噴霧滅火。車箱內(nèi)還設(shè)有手動開關(guān),用以在特殊情況下(如火災(zāi)探測器未響應(yīng))緊急噴霧滅火。


  4 結(jié)論


  超細水霧滅火與鹵代烷、CO2,泡沫等滅火方法相比,具有滅火劑用量少、設(shè)備簡單、造價低以及綠色無害等優(yōu)點,并且體積小巧,非常適合于移動電源車輛。目前,國外的一些研究機構(gòu)已經(jīng)開始在軍用戰(zhàn)車上進行細水霧滅火,用以有效保護軍用車輛免受火災(zāi)危害的研究。細水霧系統(tǒng)在備用狀態(tài)時儲水瓶為常壓,不存在泄漏問題,安裝與日常維護十分便捷。另外,進行的帶電噴放細水霧試驗表明,由于細水霧是由不連續(xù)水滴組成的氣溶膠,因而,具有很好的電絕緣性能,已經(jīng)被大量應(yīng)用于油浸式變壓器等場合。這種滅火裝置還可以用于氣源車、易燃液體罐車等車輛,有著很廣泛的應(yīng)用前景。文/李剛秦巖郭劍峰

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