泡沫喷雾灭变压器油火试验研究

2022-11-16王鹏举中国人民警察大学

消防界(电子版) 2022年19期

■ 王鹏举中国人民警察大学

变压器是变电站、换流站中的核心设备，近年来变压器事故时有发生，一旦发生火灾不仅损坏站内昂贵设备、威胁站内人员安全，而且往往会导致大面积的停电事故，造成更为严重的后续经济损失。因此，研究固定消防设施扑灭变压器油火是近年的热点。

变压器油自身是一种高闪点（大于130℃）、高燃点（350℃）液体，因此在常温下很难被引燃[1]，汪亚龙[2]通过改变油盘尺寸、油品的初始油温、油品的厚度探究了KI50X 变压器油的燃烧特性。在发生事故时，局部的高温会加速变压器油蒸发，引发气体膨胀，故障电弧会引燃变压器油蒸汽，容易发生爆炸，造成变压器内大量变压器油泄露，并在漏油池进一步形成油池火[3]。陈晟[4]研究了变压器油池火的燃烧规律，探究了油池火稳定燃烧时的热释放速率和辐射热量。由于变压器油工作温度较高（65℃～90℃），且热值较大，容易形成难以扑灭的热油火，一般变电站的变压器之间布置较为紧密，如果不能及时扑灭火灾，将会有火灾进一步蔓延的风险。消防车上常用的水炮、干粉炮、泡沫炮都不能迅速有效地处理该类火灾[5,6]。张佳庆[7]研究了超细干粉灭热油火的规律，发现超细干粉能有效扑灭200℃以下的初期火灾且不会复燃，但燃烧时间超过1min 后就有复燃风险。现有的固定灭火设施[8]以泡沫喷雾为主，但泡沫喷雾因其发泡不充分，响应时间较慢，热稳定性较差，在大面积变压器油火的这种高热辐射场[9]中难以在短时间内完全覆盖油面，所以希望引入固定干粉灭火设施[10]来与泡沫喷雾系统形成联用系统[11]，能够更迅速更高效地扑灭变压器火灾。文章主要研究不同初始油温对泡沫喷雾灭变压器油火的影响。

一、试验设计

（一）试验台

试验台由上部泡沫喷头（2 个）和干粉喷头组成，下方由油盘、加热炉、隔热板和天平组成，温度测量装置主要由火焰羽流中心线温度、油温和油盘壁面温度的热电偶组成，布置方式如图1 所示，干粉与泡沫喷头均可灵活调整高度。油盘直径350mm，侧壁高200mm，油盘上方的热电偶束，间距200mm，最低T5 距油面200mm；油盘中热电偶束自油盘底部中心位置，竖直间隔10mm，水平间隔10mm，依次排布；油盘侧壁热电偶自油盘底部间距10mm，依次排布。

（二）油品、灭火剂与泡沫喷头的选择

试验变压器型号选择的是昆仑润滑油公司生产的KI25X 型，这是目前国内换流站大型变压器主要使用油品；选用3%AFFF 作为此次泡沫灭火剂。

（三）工况设计

试验在装有顶部排烟净化装置的4m×8m×4m 的房间内进行，忽略环境风速影响，试验环境温度在10±5℃。试验工况如表1。

（四）试验步骤

向油盘内注入30mm 厚变压器油，加热炉将油品加热至指定温度，使用庚烷或火源引燃油品，燃烧到达90s 后，施放灭火剂（联用情况下，先使用干粉扑灭明火，再施放泡沫），灭火完成后待油温降至100℃以下，停止泡沫施放，此时认定灭火成功且无复燃风险。期间使用热电偶记录火焰温度、油温、壁温变化；使用天平记录油盘整体质量变化和干粉罐施放前后质量差；使用摄像机记录灭火全过程火焰羽流形态变化。

二、实验结果与分析

启动单一的泡沫喷雾灭火系统，在灭火过程中出现了明显的火焰加强现象如图2，持续喷射一段时间后火焰逐渐熄灭，在变压器油燃烧达到稳定燃烧状态后施加泡沫喷雾，液滴在落下后迅速蒸发压低火焰温度，但液滴落入油盘后会使油品剧烈沸腾，使油品的蒸发速率加速，增加了油品的燃烧速率，同时泡沫喷雾的喷射动能会增加空气扰动，使油品蒸汽更充分地与新空气混合，所以会出现火焰加强的情况。

在泡沫灭火过程中，灭火时间会随着初始油温的升高而明显增长，具体数据见图3（d），初始油温越高，火焰能更快达到稳定燃烧状态，且燃烧速率更快。

在图3（a）中，使用庚烷引燃变压器油后经过约90s 达到稳定燃烧状态，在施放泡沫后迅速被熄灭，没有出现火焰温度再升高的现象，火焰被迅速熄灭。在图3（b）中，初始油温为220℃的状态下，引燃后火焰只经过约20s 迅速达到稳定燃烧状态。在泡沫施放后，火焰温度出现明显的先下降后反弹的现象，对应了灭火过程中的火焰增强现象，并经过泡沫31s 的持续喷放才熄灭。在图3（c）中，初始油温为300℃的状态下，油品发生自燃现象，火焰迅速升温达到稳定燃烧状态，在施加泡沫后，火焰上层温度出现了迅速升高的现象，火焰下层温度受液滴蒸发影响而压低，但油品也因液滴落入油盘中而沸腾，加速蒸发，而油品蒸汽受扰动后向上扩散，在上层与空气更充分混合，燃烧更为剧烈。在灭火过程中火焰温度出现多次温度反弹现象，经过84s 明火熄灭。