谈龙妹，焦金庆，郎需庆，吴京峰，尚祖政，王俊杨，杨 勇

(1.中国石化青岛安全工程研究院化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛 2660712.浙江舟山西云净业应急产业有限公司，浙江杭州 311100)

0 前言

目前，石化炼化装置、加油站、油库等场所使用的灭火器材常采用负压式泡沫灭火器。负压式泡沫灭火器是泡沫混合液的高速流体在泡沫产生器内形成负压，依靠文丘里效应从外部吸入空气进入泡沫混合液内。因为混合液与空气主要是在短暂的喷射过程中进行混合，因此形成的气泡处于亚稳状态，泡沫不均匀，泡沫层容易破碎，稳定性差。而压缩空气泡沫灭火系统是将压缩气体注入泡沫混合液中发泡，能形成均匀细腻稳固的泡沫，泡沫的灭火效率高，泡沫及消防水的消耗量低。但市场上现有的系列压缩气体泡沫灭火装置，主要是3 L、6 L的手提式压缩气体泡沫灭火器，泡沫液填充量少，灭火能力有限。因此，开发能快速移动，且泡沫液填充量高的多用途压缩气体灭火装置至关重要。

本文设计开发了一种轻便移动、操作简单的可应用于加油站、罐区、装置区等保护场所的大容量移动式压缩气体泡沫灭火装置。通过考察泡沫发生器出口管径大小、软管卷盘长度、气液比等参数，实现了泡沫发生器等关键部件参数的最优化设计。而且测试了该灭火装置样机的泡沫混合液平均流量、25%析液时间、灭火时间等性能参数，为其在石油化工等消防领域的实践应用提供理论支持。

1 试验部分

1.1 装置介绍

图1为泡沫混合液填充量为200 L的移动式压缩气体泡沫灭火装置实物图。该灭火装置主要由电动托盘搬运车、泡沫混合液储罐、泡沫混合液、液位计、气瓶组、减压阀、干/湿切换阀、加液阀、排气阀、储罐压力表、泡沫发生器、泡沫软管卷盘、操作面板和保护罩等组成。

图1 200 L移动式压缩气体泡沫灭火装置

泡沫发生器是该移动式灭火装置的关键部件，是一种匀泡、稳流、高动能混合发泡装置，见图2。泡沫发生器一端与泡沫混合液储罐出口相连，另一端与泡沫软管卷盘直接连接，并固定在泡沫储罐的上方。泡沫混合液通过泡沫发生器时，在泡沫喷嘴的作用下，喷射到扰流器上形成雾状液流。此时一定量压缩气体通过干/湿切换阀进入到泡沫发生器中，与雾状液流混合碰撞，在混合腔中充分混合，并产生泡沫，进入到消防卷盘。此时打开泡沫枪开关，对准燃烧物进行喷射。

图2 泡沫发生器结构示意

1.2 仪器设备及燃料

所需要的仪器有：移动式压缩气体泡沫灭火装置、插桶泵、泡沫泵、析液器、铁架台、台秤、电子天平、秒表、塑料桶、油盘孔直径3.6 m、高1.5 m，10A木垛。

燃料：120#溶剂油。

1.3 试验方法

喷射距离、A类火灭火试验按GB 8109-2005《推车式灭火器》试验执行。

发泡倍数、25%析液时间按GB 15308-2006《泡沫灭火剂》试验执行。

1.3.1泡沫混合液平均流量测试步骤

a)将移动式压缩气体灭火装置移至试验现场，静置20～30 min。

b)按照移动式压缩气体灭火装置的使用要求，将灭火装置的阀门开至最大；手持泡沫枪，并将控制阀开启到最大进行喷射，待泡沫稳定后，用塑料桶收集泡沫，并同时用秒表计时。

c)待塑料桶充满泡沫后，停止计时，记录时间；并用塑料尺刮平塑料桶桶口泡沫，称重。

d)泡沫混合液平均流量按如下公式计算：

L=m/t×60

式中：L——泡沫混合液平均流量，L/min；

m——泡沫混合液质量，kg；

t——塑料桶收集满泡沫的时间，s。

e)重复2次试验，取3次试验平均值为测定结果。

1.3.2B类火灭火性能测试步骤

a)将试验油盘放置在地面上并保持水平，使油盘处于泡沫喷出口的下风向。

b)将移动式压缩气体泡沫灭火装置移动至油盘附近；并将泡沫软管卷盘的固定螺钉松开，拉取喷射软管至一定长度，并确保喷射枪处于关闭状态。

c)打开气体瓶组阀门，泡沫混合液储罐压力保持在0.7 MPa。

d)选择要喷射的泡沫状态(按下干/湿泡沫转换装置的按钮，可以发出湿泡沫；拉开干/湿泡沫转换装置的按钮，可以发出干泡沫)。

e)在油盘中加入橡胶工业用溶剂油400 L。加入燃料在5 min内点燃，预燃(60±2)s后，手持泡沫枪对准火焰根部喷射泡沫，并同时用秒表计时；待火焰全部熄灭，停止计时，记录灭火时间。

f)重复2次试验，取3次试验平均值为测定结果。

g)灭火结束后，关闭气体瓶组阀门；通过放气阀将泡沫混合液储罐内的气体排出，然后对设备进行复原操作。

2 结果和讨论

2.1 灭火装置关键组件参数设定

2.1.1泡沫出口管径的影响

泡沫出口管径的大小直接影响泡沫喷射距离和泡沫性能。为了确定泡沫出口合适的管径尺寸，测试了不同管径大小对泡沫性能的影响，结果见表1。

表1 泡沫出口管径大小对泡沫性能的影响

从表1中可看出，泡沫喷射距离随泡沫出口管径的变大而逐渐减小。当泡沫出口管径为35.0 mm时，泡沫稳定、细腻、均匀，其喷射距离为16.2 m。因此，最终本产品选用的泡沫出口管径为35.0 mm。

2.1.2软管卷盘长度的影响

泡沫混合液在泡沫发生器中通过扰流器产生雾状液滴，与进入的压缩气体混合后形成泡沫进入到软管卷盘中，泡沫在软管卷盘中进一步充分混合，其管线越长，泡沫混合得越均匀、稳定。表2是灭火装置消防软管卷盘管线长度对泡沫状态的影响。

从表2中可看出，当管线长度达到30 m以上时，发泡倍数为8.0，泡沫均匀、细腻、稳定，泡沫处于理想状态，说明此时泡沫混合液在软管卷盘中气液混合较充分。因此，最终本产品选用的软管卷盘长度为30 m。

表2 软管卷盘管线长度对泡沫性能的影响

2.1.3气液比的影响

泡沫发生器是该移动式灭火装置的关键部件，泡沫混合液与压缩气体在泡沫发生器中混合，产生泡沫。通过改变气体节流孔径，可以调变接气孔板体积，进而改变进入混合腔中气体的流量，简捷方便地进行气液比的调节，实现干、湿泡沫的灵活切换。

表3是灭火装置不同气液比对泡沫性能的影响。从表3看出，充装同样体积的泡沫混合液，由于泡沫发生器的气液比不同，其泡沫各项性能指标差异较大。当气液比较小时，气量低，影响发泡，泡沫呈湿态；当气液比较大时，需加大气量，但气源不足，影响泡沫的细腻匀均性。因此，最终该装置气液比比值选用8.5∶1。

表3 不同气液比下对泡沫性能的影响

2.2 灭火装置性能参数研究

2.2.1泡沫混合液平均流量与喷射距离

表4是移动式压缩气体灭火装置泡沫混合液平均流量与喷射距离的数据。泡沫混合液平均流量指的是单位时间内，从泡沫枪喷出的泡沫液质量。喷射距离指的是在泡沫枪控制阀完全开启状态下，泡沫喷出的最远点与泡沫枪枪口之间的水平距离。从表4可以看到，在干、湿泡沫2种喷射状态下，泡沫混合液平均流量分别为21.8，40.7 L/min，喷射距离分别为15.2，18.0 m。相同时间内，由于湿泡沫含水量较高，因此泡沫混合液流量较大。而市场上常用的手提式正压灭火器的平均流量一般都≤10 L/min。较大的泡沫液喷射流量和较长的喷射距离，有利于提高灭火效率，减少火灾损失，最大可能地避免事故扩大。

表4 灭火装置泡沫混合液平均流量和喷射距离

2.2.2发泡倍数与25%析液时间

泡沫灭火的原理是泡沫混合液与气体混合后形成泡沫层，覆盖在着火液面上，通过降低油面温度、抑制油面挥发、隔离氧气等方式完成灭火。原则上发泡倍数越高，形成的泡沫层越厚。但发泡倍数太高，泡沫含水量太少，不利于水膜的形成。而且由于油燃烧造成向上的气流，若泡沫太轻则容易被气流带走。泡沫层的质量决定着泡沫的灭火性能。

表5是灭火装置喷射出的泡沫发泡倍数、25%析液时间数据。从表5看到，干泡沫发泡倍数、25%析液时间分别为14.3，12.0 min；湿泡沫发泡倍数、25%析液时间分别为7.0，8.1 min。根据消防规范要求，B类火灾常采用低倍数泡沫(≤20)实施灭火，该装置喷射出的干、湿两种状态的泡沫均满足标准要求。而且干泡沫的25%析液时间高达12.0 min，析液时间越长，其泡沫的稳定性越高，灭火后的抗复燃能力越强。因此利用该移动式压缩气体灭火装置和组合联用的泡沫混合液可以满足针对加油站、罐区和装置区等石化场所的小规模初期火灾。

表5 灭火装置泡沫混合液发泡倍数和25%析液时间 min

2.2.3灭火性能

以10A木垛火作为移动式压缩气体灭火装置扑灭A类火试验模型，按照GB 8109-2005《推车式灭火器》标准，测试了其灭火性能。试验结果表明，该灭火装置可以成功扑灭A类火，且10 min之后未复燃。

表6是移动式压缩气体泡沫灭火装置和同体积的负压式灭火装置灭B类火的灭火性能参数表。从表6看到，在泡沫混合液喷射流量相同的条件下，200 L负压式灭火装置的灭火时间为180 s，而同体积的移动式压缩气体泡沫灭火装置灭火时间为80 s，灭火时间仅是负压式泡沫灭火器灭火时间的44%。

表6 不同泡沫灭火装置灭火性能比较

3 结论

本论文研制了多功能、可快速移动的压缩气体泡沫灭火装置。该装置的泡沫发生器能实现气液两相按比例自动混合，干、湿泡沫灵活切换，并且喷射出的泡沫均匀、细腻、稳定，具有覆盖和灭火双重功能。该类灭火装置的灭火时间仅是同体积负压式泡沫灭火装置灭火时间的44%。研发新型移动式压缩气体泡沫灭火装置不仅能降低火灾的风险，减轻环境污染、节约水资源，而且还能促进灭火器材的升级换代，具有重要的技术创新意义。另外通过改变泡沫液种类以及泡沫发生器结构，可以装配成不同规格型号的各类灭火器材。未来将在增大泡沫混合液储罐容积、提高灭火装置的爬坡性能、改变压缩气体供气源等方面进一步开展研究，争取能开发出喷射流量更大、灭火能力更强、应用更方便的快捷移动灭火装置，提升我国在应急消防领域的处置能力。