超細(xì)水霧滅火裝置的應(yīng)用及原理

　　摘要：超細(xì)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(jiǎn)單、造價(jià)低以及綠色無害等優(yōu)點(diǎn)，并且體積小巧，非常適合于移動(dòng)電源車輛。目前，國(guó)外的一些研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始在軍用戰(zhàn)車上進(jìn)行細(xì)水霧滅火，用以有效保護(hù)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(yíng)價(jià)格敬請(qǐng)電詢，北京負(fù)責(zé)配送，專營(yíng)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(cè)及電氣檢測(cè)服務(wù)，消防專營(yíng)資質(zhì)，放心選購(gòu)，品質(zhì)三包。

　　1 問題的提出

　　移動(dòng)電源車大多以柴油為燃料，柴油是閃點(diǎn)為60℃的丙類液體，具有較大的火災(zāi)危險(xiǎn)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(duì)作戰(zhàn)及保障系統(tǒng)癱瘓，因而迅速撲滅移動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火，發(fā)生火清后操作人員在未經(jīng)專門訓(xùn)練情況下，不可避免地會(huì)手忙腳亂。要求他們?cè)谧疃虝r(shí)間內(nèi)冷靜地完成跑向滅火器-摘下滅火器-拔下保險(xiǎn)銷-靠近并對(duì)準(zhǔn)火焰底部-按下鴨嘴開關(guān)開始噴射等一系列動(dòng)作，在當(dāng)時(shí)緊迫情況下未免有些難度過大，因而常常會(huì)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(jìn)行換藥或者作水壓實(shí)驗(yàn)，這些因素使得滅火器在關(guān)鍵時(shí)刻很可能不能發(fā)揮作用。因此，有必要針對(duì)移動(dòng)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(jì)、占地面積小的滅火裝置。

　　2 超細(xì)水霧滅火的應(yīng)用及機(jī)理

　　2.1超細(xì)水霧滅火的應(yīng)用

　　水是人們認(rèn)識(shí)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(xì)水霧-超細(xì)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(xì)水霧50um，用水量從原來的很大發(fā)展為極小。人們對(duì)細(xì)水霧及超細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的青睞，主要是因?yàn)槠溆盟繕O小，再加上水來源廣、無毒、廉價(jià)以及綠色環(huán)保，非常適合于艦船、飛機(jī)、列車等移動(dòng)的封閉空間。目前，細(xì)水霧以及超細(xì)水霧滅火系統(tǒng)越來越受到各國(guó)研究者的關(guān)注。70年代末，美國(guó)海軍用有限的艦載水源，以超細(xì)水霧撲救潛艇艙室火災(zāi)試驗(yàn)，開始了超細(xì)水霧滅火的新技術(shù)。80年代中期，英國(guó)海軍進(jìn)行了用超細(xì)水霧撲救潛艇魚雷艙火災(zāi)試驗(yàn)。其后，英國(guó)民航局(CAA)和美國(guó)聯(lián)邦航空局(FAA)都出資支持用超細(xì)水霧撲救民航機(jī)客艙火災(zāi)以延長(zhǎng)逃生時(shí)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(xì)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(shí)，因?yàn)樗瘟酱?，落下時(shí)會(huì)沖擊油面，飛濺油火，致使火勢(shì)蔓延，因此不適用。相反超細(xì)水霧滅火由于水滴粒徑小，沖擊力小，不會(huì)造成油火四濺，并且當(dāng)霧狀水以一定的速度噴向非水溶性可燃液體表面時(shí)，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(jìn)行。因此，可以用于撲救汽油、煤油、乙醇等低燃點(diǎn)液體可囘燃囘物的火災(zāi)，也可以用于濃硫囘酸、濃硝酸場(chǎng)所的火災(zāi)。并且，由于霧狀水滴之間是不連續(xù)、不導(dǎo)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(shí)間內(nèi)僅相當(dāng)于水噴淋系統(tǒng)用水量的5%，因此，熱沖擊與水漬損失小，對(duì)保護(hù)對(duì)象、環(huán)境及人體無任何損害與污染。當(dāng)使用純水作為滅火劑時(shí)，可以用于貴重電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)房等場(chǎng)合。

　　2.2超細(xì)水霧滅火的機(jī)理

　　撲救火災(zāi)的指導(dǎo)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(shí)間內(nèi)汽化。而水的汽化時(shí)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(xì)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(xì)水霧滅火雖然可視為水噴淋滅火的拓展，但二者在滅火機(jī)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(duì)設(shè)備的損害方面也相差很遠(yuǎn)。對(duì)于超細(xì)水霧來說，其滅火機(jī)理主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　(1)吸熱降溫作用由于單個(gè)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(shí)，可以迅速汽化。由熱力學(xué)可知，水的汽化潛熱很大，可達(dá)約2280КJ/kg，遠(yuǎn)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(xì)水霧在受熱氣化過程中不僅吸收大量熱量，同時(shí)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?jǐn)?shù)(也即氧氣含量)，使燃燒因缺氧而受到抑制。同時(shí)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(kuò)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(dá)到自身窒息滅火;

　　(3)阻隔輻射作用超細(xì)水霧噴人火場(chǎng)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(xì)水霧具有很大的表面積和很高的密度，對(duì)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(dá)到防止火災(zāi)蔓延的效果。

　　3 移動(dòng)電源車超細(xì)水霧滅火裝置設(shè)計(jì)

　　柴油發(fā)電機(jī)的火災(zāi)主要是柴油火災(zāi)，其次是發(fā)電機(jī)和電纜的電氣火災(zāi)〔'〕，因此，用超細(xì)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(jī)和配電箱上部各安裝一個(gè)超細(xì)水霧噴頭，由火災(zāi)探測(cè)器自動(dòng)控制或由手動(dòng)方式控制，一旦發(fā)現(xiàn)火情就立即啟動(dòng)噴霧裝置，可以在最短時(shí)間內(nèi)撲滅火災(zāi)。系統(tǒng)圖如圖1所示，實(shí)物圖如圖2所示。

　　3.1超細(xì)水霧動(dòng)力方式

　　目前，產(chǎn)生細(xì)水霧的動(dòng)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(duì)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(chǔ)水罐組成，無可運(yùn)動(dòng)部件，且無需電力驅(qū)動(dòng)，一次補(bǔ)水充氣可保證長(zhǎng)時(shí)間使用，因此，非常適合在車輛上使用。

　　高壓鋼瓶?jī)?nèi)充儲(chǔ)壓力為10MPa、純度不低于95%的氮?dú)?，工作時(shí)分兩路供氣，一路經(jīng)節(jié)流降壓后用于推動(dòng)儲(chǔ)水罐內(nèi)的水，另一路節(jié)流降壓后直接供到噴嘴。平時(shí)儲(chǔ)水罐內(nèi)的水處于常壓，滅火時(shí)由高壓氣體推動(dòng)而進(jìn)人防護(hù)區(qū)。

　　3.2水一氮兩相流噴嘴

　　噴嘴是超細(xì)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(duì)火焰流場(chǎng)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(dòng)量。在水滴粒徑一定的情況下，霧滴速度越大則噴霧的動(dòng)量越大。噴霧的動(dòng)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(dá)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?kù)F化流的擴(kuò)張角，它決定了霧滴的空間分布以及單個(gè)噴嘴所能滅火的有效面積。

　　本文設(shè)計(jì)研究的水霧化方式采用水一氮?dú)怆p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?dú)馔ǖ?。?dāng)高速氣流噴出沖擊共振腔時(shí)，在出口與腔之間由于聚能會(huì)產(chǎn)生超聲波場(chǎng)。從內(nèi)腔噴出的水在氣流粉碎作用及強(qiáng)超聲波場(chǎng)的雙重作用下，迅速被霧化成濃密的微細(xì)水霧。噴嘴結(jié)構(gòu)如圖3所示。經(jīng)測(cè)量，在氣壓為0.45MPa，水量為40L/h時(shí)，粒徑<50um的霧滴個(gè)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(qiáng)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?kù)F化角為60°，按車箱高度2m計(jì)算，則單個(gè)噴嘴可保護(hù)直徑達(dá)2.3m的圓形區(qū)域，這對(duì)車載柴油機(jī)已經(jīng)足夠了。

　　利用高速氮?dú)獾膭?dòng)能攜帶細(xì)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(diǎn)是，噴向火場(chǎng)的高速的氮?dú)饬鲿?huì)使火災(zāi)失去穩(wěn)定燃燒的條件，這克服了超細(xì)水霧本身對(duì)滅小火效果不佳的缺點(diǎn)，非常適用于初發(fā)火災(zāi)。同時(shí)氮?dú)獗旧砭褪呛芎玫臏缁饎?，因而，超?xì)水霧的滅火性能將大大提高，這是水一氮?dú)鈨上嗔鞒?xì)水霧獨(dú)有的滅火機(jī)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(cè)器監(jiān)測(cè)。發(fā)生火災(zāi)時(shí)探測(cè)器給電控箱信號(hào)，由電控箱控制聲光報(bào)替器報(bào)警，同時(shí)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(dòng)開關(guān)，用以在特殊情況下(如火災(zāi)探測(cè)器未響應(yīng))緊急噴霧滅火。

　　4 結(jié)論

　　超細(xì)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(jiǎn)單、造價(jià)低以及綠色無害等優(yōu)點(diǎn)，并且體積小巧，非常適合于移動(dòng)電源車輛。目前，國(guó)外的一些研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始在軍用戰(zhàn)車上進(jìn)行細(xì)水霧滅火，用以有效保護(hù)軍用車輛免受火災(zāi)危害的研究。細(xì)水霧系統(tǒng)在備用狀態(tài)時(shí)儲(chǔ)水瓶為常壓，不存在泄漏問題，安裝與日常維護(hù)十分便捷。另外，進(jìn)行的帶電噴放細(xì)水霧試驗(yàn)表明，由于細(xì)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(chǎng)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