包志明 陈旸 靖立帅 张宪忠 胡成 陈涛

(应急管理部天津消防研究所 天津 300381)

0 引言

近年来，随着我国经济的快速增长，汽油、柴油等成品油产量逐年攀升。2017年，我国汽油产量达到1.33亿t，在成品油结构中的比例占到37%，汽油储罐同时也呈现出规模化、大型化趋势[1]。然而，汽油作为一种甲类危险性液体，易挥发且闪点低，火灾危险性极大[2]。据统计，在国内外80余起典型储罐火灾事故中，汽油储罐发生火灾事故的比例约占30%，此类储罐发生火灾后，泡沫灭火剂在灭火过程中存在灭火时间长、易复燃等扑救难题[3]。

消防人员在使用泡沫灭火剂进行火灾处置时，不同泡沫灭火剂因配方组成、理化性能不同，其灭火性能存在较大差异。此外，根据《泡沫灭火剂》(GB 15308—2006)规定，目前我国在检验泡沫灭火剂灭火性能时，仅选用橡胶工业用溶剂油作为标准燃料进行灭火性能检验[4]。然而，汽油与橡胶工业用溶剂油在表面张力、饱和蒸汽压、烃类组成等理化性能方面存在较大差异，满足检验标准的泡沫灭火剂产品并不能保证在扑救汽油火灾中具备有效的灭火效能。因此，有必要评估泡沫灭火剂对汽油的灭火性能，明确适用于扑救汽油火灾的泡沫灭火剂类型。

本研究选取市场占有率较高的4种类型泡沫灭火剂作为实验样品，包括水成膜泡沫灭火剂(AFFF)、抗溶水成膜泡沫灭火剂(AFFF/AR)、氟蛋白泡沫灭火剂(FP)以及抗溶氟蛋白泡沫灭火剂(FP/AR)，通过4.52 m2标准油盘火开展灭火性能评估实验，研究提出适宜扑救汽油火灾的泡沫灭火剂品种，为石化企业和消防救援队伍选用配备适宜的泡沫灭火剂提供有效的技术依据和科学指导。

1 实验部分

1.1 实验材料

为保证实验用泡沫灭火剂具有代表性和典型性，灭火剂样品选自国内生产规模最大、市场占有率最高的泡沫灭火剂生产企业。根据调研结果，目前消防救援队伍储备较多的泡沫灭火剂品种为AFFF，FP，FP/AR与AFFF/AR。考虑到实验结果具有可比性，在筛选泡沫灭火剂样本时，还兼顾了不同来源的同种泡沫灭火剂在灭火性能级别、混合比等条件的一致性，选用的灭火剂样品具体如表1所示。

表1 实验用泡沫灭火剂样品

1.2 实验设备及方法

实验采用低倍数泡沫产生系统，泡沫溶液供给强度为2.5 L/(min·m2)，泡沫温度控制在1 820 ℃。汽油灭火实验方法参考《泡沫灭火剂》中“5.10.5.2强施放灭火试验”，步骤如下：预燃1 min后开始供泡，不同泡沫灭火剂的供泡时间如表3所示，供泡结束后等待5 min，然后进行抗烧实验，并记录25%抗烧时间；其中FP/AR停止供泡后仍未灭火，未进行抗烧实验。120#溶剂油灭火实验过程与汽油油盘火类似，区别在于泡沫供给时间均为3 min。为全面准确评估泡沫灭火剂的灭火性能，本文将90%控火时间、灭火时间和25%抗烧时间作为灭火性能的评价指标，其中90%控火时间通过相对热辐射通量变化曲线确定，热辐射通量通过戈登式热流传感器R1记录，热流传感器离地高度2 m，与油盘外沿水平距离1.8 m，热流传感器布置如图1所示。

图1 温度及热辐射测点布置

在泡沫灭火剂理化性能测定中，本研究采用R/S plus流变仪(美国Brookfield公司)测试剪切速率8 s-1条件下的泡沫粘度；采用K100C全自动表面张力仪(德国KRUSS公司)，通过吊片法测量泡沫溶液的表面张力。

2 结果与讨论

2.1 泡沫性能

泡沫灭火剂的发泡倍数、25%析液时间、表面张力以及泡沫粘度是反映泡沫灭火剂性能的重要指标。本研究中泡沫灭火剂样品的理化参数测试结果如表2所示，测试温度范围为18～20 ℃。

表2 泡沫灭火剂性能

表面张力是判断泡沫溶液能否在燃料表面铺展成膜的重要指标[5]。由表2可以看出，3%AFFF与6%AFFF/AR的表面张力较低，均低于17 mN/m。根据下述成膜条件[6]可知，当燃料的表面张力大于泡沫溶液表面张力和油水界面张力之和时，扩散系数S为正值，此时泡沫溶液可在燃料表面铺展形成水膜。由表2实验数据可知，3%AFFF与6%AFFF/AR溶液表面张力远低于汽油表面张力，可在汽油表面铺展形成水膜。

S=rfuel-rfoam-ri>0

式中,rfuel为燃料表面张力，rfoam为泡沫溶液表面张力，ri为油水间界面张力。

泡沫的流动性对其灭火性能有较大影响，而泡沫粘度是衡量泡沫流动性的重要参数依据[7]。由表2可以看出，6%AFFF/AR和3%FP/AR的泡沫粘度较大，这是因为抗溶性泡沫灭火剂中添加了可以形成胶膜的高分子多糖，增大了泡沫液膜的粘度。此外，高分子多糖还可以增强泡沫稳定性能，提高泡沫的25%析液时间。

2.2 灭火性能

本实验选用92#车用汽油，通过90%控火时间、灭火时间和25%控火时间等指标，对比分析3%AFFF，3%FP，6%AFFF/AR以及3%FP/AR等4种泡沫灭火剂的灭火性能。图2为4种类型泡沫灭火剂的相对热辐射通量变化情况，从图中可以看出施加泡沫后汽油油盘火的相对热辐射通量迅速降低，结合表3实验数据，可知除FP之外，其他3种类型泡沫灭火剂均可在1 min内控制火势，其中3%AFFF和6%AFFF/AR控灭火速度最快，6%AFFF/AR抗烧性能最佳，3%FP和3%FP/AR灭火性能最低，灭火时间均在4 min以上。

图2 灭火过程中相对热辐射通量随时间变化情况

表3 不同泡沫灭火剂样品灭火试验结果对比 min

由表3可以看出，灭火性能达到IA级的6%AFFF/AR在灭汽油油盘火时同样表现最佳，这是因为6%AFFF/AR泡沫施加在汽油表面后，可通过水膜和泡沫的双重覆盖作用快速控制并熄灭火势，同时较高的泡沫稳定性有助于提高抗烧性能，使其25%抗烧时间远高于其他泡沫灭火剂样品。对于3%AFFF而言，虽然该泡沫也可通过水膜快速控制并熄灭火势，但由于AFFF析液速度较快，泡沫稳定性能相对较差，致使在抗烧过程中泡沫很快发生破裂。3%FP和3%FP/AR因表面张力相对较高，尤其是3%FP，泡沫溶液表面张力大于20 mN/m，不具备在汽油表面成膜能力，仅依靠泡沫自身覆盖作用难以抑制燃料蒸发，且较高的表面张力会降低泡沫的疏油能力，致使泡沫“带油燃烧”，使得其灭火性能最低。

2.3 汽油火与标准燃料火灭火性能对比

表面张力、馏程、热值等理化参数是影响烃类燃料灭火性能的主要因素。与《泡沫灭火剂》中规定的标准燃料相比，92#汽油和橡胶工业用溶剂油在理化性能方面的差异如表4所示。本研究选用3%AFFF-2#，3%FP-2#和3%FP/AR等3种泡沫灭火剂样品，对92#车用汽油与橡胶工业用溶剂油进行灭火性能评估验，结果如图3所示。

表4 汽油与标准燃料的理化性能参数

(a)灭火时间比较

(b)25%抗烧时间比较

通过对比上述油盘火验结果，可知3种泡沫灭火剂对汽油油盘火的灭火时间更长，25%抗烧时间更短，灭火难度更大。结合表4两种燃料的理化参数可知，92#车用汽油含有C5轻烃组分，该组分碳链长度较短，分子间作用力小，泡沫在与汽油接触、碰撞过程中，泡沫容易粘附汽油中的C5组分，从而增加泡沫的带油燃烧性能，延长泡沫灭火时间。此外，92#车用汽油的馏程和闪点较低，燃料受热后易于挥发，再加上短碳链组分更容易穿透泡沫层，致使泡沫对92#汽油的25%抗烧时间更短。

综上所述，汽油油盘火的灭火难度更大，且更容易复燃。由于受到能源安全和环境保护等问题制约，我国正逐步推广使用车用乙醇汽油。据测算，至2020年乙醇汽油消费量将超过1亿t[8]。研究表明，车用乙醇汽油因含有水溶性液体乙醇，其火灾兼具烃类和醇类火灾特性，火灾扑救难度更大。针对这一高速发展、用量巨大且灭火难度高的新型燃油，有必要对市售泡沫灭火剂进一步开展系统评估，合理确定当前固定泡沫灭火系统的设计参数。

3 结论

本研究选用3%AFFF，3%FP,3%FP/AR与6%AFFF/AR等4种泡沫灭火剂对汽油油盘火进行灭火性能评估，并与溶剂油标准油盘火的灭火性能进行对比研究，得出以下结论：

(1)所选用的4种类型泡沫灭火剂中，AFFF和AFFF/AR等成膜型泡沫灭火剂因表面张力较低，在燃料表面具备良好的成膜性能，其控灭火速度最快，且AFFF/AR泡沫稳定性较高，抗复燃性能较佳，因此其灭火性能最优；FP和FP/AR成膜性能和疏油性能较差，因此其灭火性能最低。石化企业和消防救援队伍在扑救汽油火灾时，宜选用AFFF和AFFF/AR。

(2)相比较标准燃料橡胶工业用溶剂油，汽油因含有分子链较短的轻烃组分，再加上汽油的馏程和闪点相对较低，因而汽油火灭火难度相对较大，石化企业可适当提高固定泡沫灭火系统的设防标准。

(3)随着车用乙醇汽油的全面推广，应进一步系统评估当前市售泡沫灭火剂对乙醇汽油灭火性能的评估研究，合理确定固定泡沫灭火系统的设计参数。