细水雾与高倍泡沫联用灭油池火效能试验分析研究

2013-06-12牛明田荀振宇

船海工程 2013年2期

周榕，牛明田，荀振宇

(1.中国舰船研究设计中心，武汉430064;2.大连船舶重工有限责任公司军事代表室，辽宁大连116000)

机舱作为船舶的心脏部位，其消防安全越来越受到各国政府部门及研究人员的高度重视。2002年生效的国际人命安全公约(SOLAS)也规定500 t位以上的客船和2 000 t级以上的货船，容积超过500 m3的A类机器处所均应安装水基即细水雾灭火系统。但从世界各国科研人员所开展的细水雾灭火系统的研究情况来看，细水雾的灭火效能依然只能作为辅助灭火手段，扑灭或控制机舱内所发生的初期火灾，并帮助人员的撤离。为了确保机舱的消防安全，设计人员往往在机舱内还会设计其它如气体或高倍泡沫灭火系统，以扑灭机舱内因为蔓延而出现的大火［1］。由于高倍泡沫灭火系统是通过泡沫发生器发泡而产生流淌的高倍泡沫，通过覆盖达到扑灭油火的目的，而细水雾会在火灾发生初期就启动灭火，其喷射出的致密压力细水雾，会否对后续释放的高倍泡沫产生消泡而影响灭火效能，或者同时使用能否产生提高灭火效能，是一个值得研究的课题［2-5］。从以往的研究情况来看，还缺少对两个系统同时联用的灭火效果的试验研究，开展此项工作可以为制定船舶机舱的消防预案提供参考。

1 试验项目

1.1 高倍泡沫系统灭火试验

1.1.1 试验场景及火源设置

试验在长20 m，宽15 m，高11 m的四周封闭，顶部开口的试验场内进行。高倍泡沫发生器流量为12 L/s，安装高度为4 m;3个面积均为4 m2的油盘呈品字形布置，其中距离高倍泡沫发生器最近一只油盘(1#油盘)中心距高倍泡沫发生器出口水平距离为5 m，另两只油盘(2#油盘，3#油盘)平行布置，两油盘中心线距离1#油盘中心为3.5 m，2#与3#油盘中心相距5 m。两只圆油盘直径均为2 m，油盘深0.2 m;正方形油盘边长为2 m，油盘深0.3 m。试验时每只油盘每次加注40 L的0#柴油，预燃时间为30 s。

1.1.2 试验系统

试验高倍泡沫系统主要由等压置换比例混合器、泡沫液储罐、高倍泡沫产生器、过滤器、压力表、控制阀、水泵等设备构成。

1.2 高倍泡沫系统和细水雾系统联用灭火试验

1.2.1 试验场景及火源设置

试验在长20 m，宽15 m，高11 m的四周封闭，顶部开口的试验场内进行。细水雾采用泵压式，利用稳压设备保持系统喷雾压力恒定;细水雾进水主管道位于高倍泡沫发生器左侧，支系管路系统设有4层，安装高度分别为1.5、4、7和10 m，通过管道截止阀进行控制;每层高度细水雾管路上间隔2.5 m设置一只细水雾喷头，每层管网共安装有42只细水雾喷头，细水雾系统喷雾工作压力为0.8 MPa。高倍泡沫发生器流量为12 L/s，安装高度为4 m;3个面积均为4 m2的油盘呈品字形布置，其中距离高倍泡沫发生器最近一只油盘(1#油盘)中心距高倍泡沫发生器出口水平距离为5 m，另两只油盘(2#油盘，3#油盘)平行布置，两油盘中心线距离1#油盘中心为3.5 m，2#与3#油盘中心相距5 m。两只圆形油盘直径均为2 m，油盘深0.2 m;正方形油盘边长为2 m，油盘深0.3 m。试验时每只油盘每次加注40 L的0#柴油，预燃时间为30 s。

1.2.2 试验系统

1)试验细水雾系统主要由水泵、贮水设备、控制系统、持压阀等压力稳定装置、管道、细水雾喷头、阀门及附件装置等组成。试验场内细水雾喷头管网高度分别为1.5、4和7 m，通过控制阀分别控制不同高度细水雾喷放。

2)试验高倍泡沫系统主要由等压置换比例混合器、泡沫液储罐、高倍泡沫产生器、过滤器、压力表、控制阀、水泵等设备构成。

2 试验方法

2.1 高倍泡沫系统

试验前首先分别向圆形油盘加水深度0.15～0.16 m，方油盘加水深度0.25～0.26 m;再分别在各油盘中注入0#柴油，使油层厚度达到0.04～0.05 m;之后在油盘中分别加入10 L助燃剂汽油(90#)。高倍泡沫发泡倍数不低于550倍，高倍泡发生器流量为12 L/s。试验采用热电偶和红外热像仪记录和判断试验场指定区域的温度，采用摄像机记录火焰燃烧以及试验灭火过程，利用高倍泡沫测量标尺测定高倍泡沫堆积与流淌速率。

2.2 高倍泡沫系统和细水雾系统联用

试验前首先分别向圆形油盘加水深度0.15～0.16 m，方油盘加水深度0.25～0.26 m;再分别在各油盘中注入0#柴油，使油层厚度达到0.04～0.05 m;之后在油盘中分别加入10 L助燃剂汽油(90#)。高倍泡沫发泡倍数不低于550倍，高倍泡发生器流量为12 L/s，在高倍泡沫释放的同时，通过控制阀分别控制1.5、4和7 m高度细水雾喷放。试验采用热电偶和红外热像仪记录和判断试验场指定区域的温度，采用摄像机记录火焰燃烧以及试验灭火过程，利用高倍泡沫测量标尺测定高倍泡沫堆积与流淌速率。

3 试验情况

3.1 高倍泡沫系统灭火试验

图1 高倍泡沫灭火过程CCD试验录像序列

图1 为高倍泡沫灭火过程CCD试验录像序列图。试验时点火员持火炬将三只油盘成功点火之际作为计时0 s。油池着火后火势逐渐增大，计时10 s后，油池燃烧已较为充分，柴油燃烧生成的大量黑烟使得试验场可见度迅速降低。计时20 s时油池火势稳定，此时平均火焰高度约为2.5～3.0 m。计时30 s时高倍泡沫系统启动，计时31 s时高倍泡沫进入1#油盘。当泡沫推进至油盘内时，火焰瞬时增强，随着泡沫的不断涌入，并在油盘表面形成完全覆盖，火焰便可被完全熄灭。计时40 s时1#油盘被高倍泡沫完全覆盖熄灭，计时61 s时2#、3#油盘池火被高倍泡沫完全覆盖熄灭。计时110 s时，高倍泡沫停止喷放，此时试验场内高倍泡沫堆积高度达到1.4 m。试验平均灭火时间约31 s。

3.2 高倍泡沫系统和细水雾系统联用灭火试验

3.2.1 高度1.5 m细水雾与高倍泡沫联用灭火

图2为高度为1.5 m细水雾与高倍泡沫联用灭火试验过程的CCD录像序列图。

图2 高度1.5 m细水雾与高倍泡沫联用灭火过程CCD试验录像序列

试验时点火员持火炬将3只油盘成功点火之际作为计时0 s。油池着火后火势逐渐增大，计时10 s后，油池燃烧已较为充分，柴油燃烧生成的大量黑烟使得试验场可见度迅速降低。计时20 s时油池火势逐渐稳定，此时平均火焰高度约为2.5～3.0 m。计时30 s后高倍泡沫和细水雾系统同时启动。相对于高倍泡沫，细水雾作用与火焰速度更快。1. 5 m 细水雾与高倍泡沫联用灭火试验平均灭火时间约为19 s。

3.2.2 高度4 m细水雾与高倍泡沫联用灭火

图3为4 m细水雾与高倍泡沫联用灭火过程CCD试验录像和红外热像试验序列图。

图3 高度4 m细水雾与高倍泡沫联用灭火过程CCD试验录像序列

由图3可见，在计时20 s时油池火燃烧基本稳定，平均火焰高度约为2.5～3.0 m。计时30 s后高倍泡沫和细水雾系统同时启动。当水雾液滴作用于火焰羽流，使得火焰燃烧也瞬时增强，但由于水雾喷头高度增大，与1.5 m高度细水雾相比，4 m高度细水雾水雾射流对火焰面的扰动效果相对减弱;随着高倍泡沫的不断推进，1#油盘火最先被高倍泡沫覆盖熄灭，在高倍泡沫未能到达之前，在细水雾持续作用下2#、3#油盘火火势也得到有效抑制，并最终在两者综合作用下而完全熄灭。4 m细水雾与高倍泡沫联用灭火试验平均灭火时间约为21.8 s。

3.2.3 高度7 m细水雾与高倍泡沫联用灭火

图4为7 m细水雾与高倍泡沫联用灭火过程CCD试验录像和红外热像试验序列图。

图4 高度7 m细水雾与高倍泡沫联用灭火过程CCD试验录像序列

由图4可见，在计时20 s时油池火燃烧基本稳定，平均火焰高度约为2.5～3.0 m。计时30 s后高倍泡沫和细水雾系统同时启动。由于水雾喷头安装在7 m高度，水雾射流强度及雾滴运动速度相对较小，水雾雾滴对火焰面的扰动效果相对较弱;随着高倍泡沫的不断推进，1#油盘火最先被高倍泡沫覆盖熄灭，在细水雾持续作用下2#、3#油盘火火势也得到一定程度的抑制，并最终在高倍泡沫和细水雾综合作用下而完全熄灭。7 m细水雾与高倍泡沫联用灭火试验平均灭火时间约为21.4 s。

4 试验结果分析

通过试验情况可以看出，细水雾与高倍泡沫联用，一方面由于细水雾喷雾射流冲击以及水雾雾滴消泡作用，对高倍泡沫堆积以及泡沫流淌产生一定程度影响;另一方面适当条件的细水雾作用不仅可增强对油池火的抑制效果，还可对火场及其周边环境起到冷却降温的作用。另外细水雾对高倍泡沫的冲击以及消泡效应与细水雾特性参数以及细水雾安装方式有关，虽然细水雾作用影响了高倍泡沫的堆积速率，但在一定安装高度条件下细水雾对高倍泡沫的冲击作用是有限的，同时满足一定喷洒强度的细水雾还可很大程度地抑制油池火燃烧、降低火场温度，并加速高倍泡沫流淌，从而提高高倍泡沫的灭火效率。由此可见，针对大面积地表油池火，细水雾系统与高倍泡沫系统可进行联合应用，在一定条件下细水雾对高倍泡沫具有兼容性和促进作用，可有效提高高倍泡沫灭火效率。