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高壓單相流細水霧滅火技術初探

[ 信息發布:管理員 | 發布時間:2008-07-30 | 瀏覽:2362次 ]

張桂萍[1] 羅宗哲[1] 黃玉峰[2] 李宏泉[1]

[1]寶雞市眾安消防器材有限公司,陜西寶雞721006 [2]棗莊市消防支隊,山東棗莊277100

摘要:本文介紹了細水霧滅火技術的發展及滅火原理,提出研發高壓單相流細水霧滅火裝備的必要性。


關鍵詞:細水霧 滅火 高壓單相流 移運式

概述:細水霧滅火技術出現于二十世紀四十年代,由于受其它條件限制,其發展緩慢,應用也僅限于一些特殊行業。而高效、低毒的鹵代烷滅火系統隨著各項事業的蓬勃發展,在世界范圍內得以廣泛應用。然而上個世紀八十年代,全球范圍內溫室效應的出現,使得人們不得不重新審視鹵代烷滅火劑,因為其極大地損耗了大氣臭氧層。破壞了地球的“外衣”,使得人類的生存受到很大的威脅。1987年聯合國環保公約“蒙特利爾公約”明確提出:要求世界各國在21世紀初淘汰以哈龍(即鹵代烷,如1211,1301等)為滅火劑的滅火系統。1991年我國加入該公約,隨即制定了“中國消防行業哈龍整體淘汰計劃”。并且得到世界“哈龍銀行”的支持,按照該計劃,我國將在2005年前淘汰1211滅火劑,2010年前淘汰1301滅火劑。在這種形勢下,發展哈龍替代品就成了大家關注的焦點,細水霧滅火技術正是在這種情況下,依其相對于其它哈龍替代品所表現出的無比優越性而受到人們青睞,因此從上個世紀九十年代,細水霧滅火技術在我國得以快速發展興盛。

一、細水霧滅火技術的滅火原理

以水滅火,水作為一種天然的滅火劑,長期以來普遍受到人們的重視和使用,特別是近年來,在長期滅火斗爭實踐基礎上,國內外許多專家投入大量精力對細水霧滅火機理進行研究。細水霧是通過發射裝置,將壓力水從噴射孔中高速噴出,與周邊的空氣產生強烈的摩擦,水流被撕裂,從而形成直徑非常小的霧滴,通常在幾十微米到幾百微米之間,當細水霧噴射到正在燃燒的物質表面時會產生以下作用:

1.1、冷卻作用:相同體積的水以細水霧形態噴出時比普通直射流形態噴出時的表面積要大幾百倍,當細水霧噴射到燃燒物質表面時,因熱交換面積大而會吸收大量的熱迅速汽化,使燃燒物質表面溫度迅速降到物質熱分解所需要的溫度以下,使熱分解鏈中斷,燃燒終止。表面冷卻的效果不僅取決于細水霧滴的表面積,同時還取決于滅火用水的溫度與可燃物閃點的溫度差,閃點愈高,與細水霧用水兩者之間溫差愈大,冷卻效果亦愈好。

1.2、窒息作用:細水霧受熱后體積迅速膨脹,汽化形成原體積約1700倍的水蒸汽,可使燃燒物質周圍空氣中的氧氣含量降低,燃燒鏈將會因缺氧而受抑或中斷,實現窒息滅火的效果取決于能否在瞬間生成足夠的水蒸汽并完全覆蓋整個著火面。

1.3、乳化作用:.乳化只適用于不溶于水的可燃液體,當細水霧噴射到正在燃燒的液體表面時,由于細水霧滴的沖擊,在液體表層造成攪拌作用,從而造成表層液體的乳化,由于乳化層的不燃性使燃燒鏈中斷。同時,乳化層在噴射停止后仍能保持相當長的時間,這一點對防止復燃是十分有利的。

1.4、阻隔熱輻射:細水霧噴入火灶時,迅速汽化,蒸汽將燃燒物、火焰及煙羽迅速籠罩,可以很好地阻隔火灶熱輻射的進行,防止熱輻射引燃其它物質,達到滅火和阻止火災蔓延的目的。

以上四種作用在細水霧噴射到燃燒物質表面時通常以幾種作用同時發生,并實現滅火的。 由于細水霧所具備的上述滅火機理,使得細水霧具有適用范圍廣的優點,不僅在撲滅固體可燃物火災中提高了水的滅火效率,同時由于細水霧所具有的不會造成液體火飛濺、電氣絕緣度高的特點,在撲滅可燃液體火災和電氣火災中亦得到廣泛的應用。

二、細水霧的概念及分級

根據相關標準,細水霧是指在系統最低設計工作壓力時,距噴頭1000mm平面處,所測得的霧滴累計體積與全部分布體積總和的百分比為0.99時的水滴粒徑,即這一代表直徑的累計體積與全部分布體積總和的百分比等于0.99的水滴粒徑不超過1000μm,即屬于細水霧范疇。具體實踐中,由于不同的滅火系統狀態所產生的細水霧粒徑位于不同的尺寸區間,因此,我們將細水霧滴又進行如下分級。


2.1、Ⅰ級細水霧

該級細水霧是最細的水霧,其霧滴粒徑尺寸范圍Dv0.1≤100μm,Dv0.9≤200μm的水霧之間,其滅火應用范圍為全淹沒滅火系統,根據不同的滅火場所,可部分替代全淹沒氣體滅火系統。

2.2、Ⅱ級細水霧

Ⅱ級細水霧霧滴粒徑尺寸范圍Dv0.1≤200μm,Dv0.9≤400μm,且不屬于Ⅰ級細水霧的水霧;其滅火應用范圍為全淹沒或局部滅火系統。Ⅱ級細水霧可通過高壓(10Mpa以上)單相流細水霧噴頭產生,或通過中壓雙相流細水霧噴頭產生。可滅A類和B類火災。

2.3、Ⅲ級細水霧

Ⅲ級細水霧霧滴粒徑尺寸范圍Dv0.1>400μm,Dv0.99≤1000μm的水霧;其滅火應用范圍為局部滅火系統;Ⅲ級細水霧主要由中壓滅火系統及各種沖擊式噴頭產生,可滅A類火災。

三、水霧滅火技術的發展現狀

一直以來各種氣體滅火系統在可持續性滅火、火災復燃的二次啟動方面存在著缺陷,另外在使用、維護成本、環保等方面也存在一些問題。泡沫滅火系統也因為泡沫液的儲量問題,存在可持續性滅火問題。

20世紀末期,美國研究用中壓單相流細水霧滅火系統來替代氣體滅火系統和較大噴水強度的噴淋或噴霧系統,其形成的產品已在美國和世界范圍內廣泛使用。高、中、低壓細水霧系統完全排除了氣體滅火系統的缺陷,具有氣體滅火和水滅火的雙重優點。由于該類系統用水量少,大大降低了水基滅火系統的水漬損失,除了替代氣體滅火系統外,還可以替代常規的水噴霧系統和某些場所的水噴淋系統。

細水霧滅火技術從上個世紀九十年代開始,在我國取得長足發展,在消防工程上逐漸被大家認識和接受;其研究應用最多的有中壓雙相流細水霧滅火系統、低壓單相流細水霧滅火系統。而對于高壓單相流細水霧滅火技術而言,美國、歐洲、澳洲等國家工業基礎好,技術發展較快,水平高,國際市場份額較大。國內由于受高壓泵組、控制系統及高壓噴槍技術工藝的限制,技術發展緩慢;在國內雖有單位進行了這方面的探索、嘗試,但由于泵組壓力較低,噴射滅火效果較差,還不能稱之為真正意義上的高壓單相流細水霧滅火裝置。本公司聯合西安交通大學液壓流體研究所經過不懈努力,解決了高壓泵組、多功能高壓噴霧槍技術工藝難題,參照國外相關企業技術標準,結合我國城市特殊滅火要求,研制成功專利產品移運式高壓單相流細水霧滅火裝置。

四、移運式高壓單相流細水霧滅火裝置

4.1、移運式高壓單相流細水霧滅火裝置介紹

隨著我國城區改造,城市化進程加快,許多群眾聚集區交通復雜,道路不暢,水源不暢;普通消防車輛進出不便,群眾消防意識淡漠,一旦發生火災后果嚴重。移運式高壓單相流細水霧滅火裝置屬于消防領域新型綠色、環保、節能產品。可實現單兵作業,不受地域地形限制,通過手抬或配置在微型車、摩托車上,在消防實戰中具有很強的機動靈活性,可迅速抵達現場滅火。該裝置是介于消防車和普通滅火器具中間的一種產品, 150升水可連續噴射6分鐘之久,且無水漬形成的二次災害。由于在一定條件下,工作壓力和噴霧效果有很大的關系,移運式高壓單相流細水霧滅火裝置工作壓力高,霧化效果好。水霧吸收熱量后迅速被汽化,不但降低了燃燒物的溫度,使燃燒減緩;同時水霧汽化體積急劇膨脹,從而降低了空氣中的氧氣濃度,抑制了燃燒中的氧化反應速度,起到了窒息的作用。

4.2、移運式高壓單相流細水霧滅火裝置水霧的產生

該裝置工作時,當高壓水流經噴頭時,在自行設計的離心霧化系統的作用下,產生高速旋轉的水流從噴嘴里以200m/s的速度快速噴出,和周圍的氣體產生很高的速度差,將水撕碎成細微霧滴,從而形成直徑非常小的Ⅱ級細水霧霧滴,通過冷卻、窒息、乳化及阻隔輻射熱的方式完成消防滅火過程。

4.3、移運式高壓單相流細水霧滅火裝置構成

該裝置由發動機、高壓泵組、多功能高壓噴霧槍、高壓管路及水箱、支架等構成。

4.3.1、高壓泵組

該高壓泵組工作壓力20~25MPa,其采用柱塞組合連續增壓式結構,采用專門設計的自卸荷溢流閥,使泵在正常運轉中,無輸出時壓力自動降為0,有輸出時即恢復正常使用壓力,實現無故障的長時運行。

4.3.2、多功能高壓噴霧槍

自行研制的多功能高壓噴霧槍采用高壓單相流細水霧噴頭,該噴頭含有多個噴嘴能將水滴充分霧化,是系統中的關鍵部件之一,多功能高壓噴霧槍可實現直流和開花水霧及壓縮泡沫噴射三種功能,滅火實踐中其產生的高能量水霧穿透火灶,低能量水霧滅火冷卻,必要時經轉換可實現高壓泡沫滅火。在系統20MPa工作壓力的強力支持下,多功能高壓噴霧槍將水霧化為100微米左右,有效射程1~8米,且產生不超過0.4MPa的反作用力,配合高壓卷車,該噴霧槍保護半徑可達60米范圍。五、結論

消防工作紛繁復雜,涉及方方面面,是一項系統工程,為了提高消防戰斗力,不僅要從制度上,更重要的是從消防裝備上得以保證。雖然近年來我國消防裝備行業取得長足發展,但,與國外相比仍有相當差距,特別是一些新產品、新裝備。由于受經費制約,不可能大量從國外進口,費用高,售后不能保證。移運式高壓單相流細水霧滅火裝置,正是在上述情況下,孕育而生,由于高壓單相流細水霧滅火具有綠色、環保、滅火效率高、耗水量小、電絕緣性好、使用方便等特點,適用于撲滅A、B、C三類火災,它的研制、推廣,對于居民區、商業區、森林、高速公路以及其它特殊限制場所等復雜、缺水環境消防滅火工作的順利、有效開展有著積極的社會經濟效益。


《消防技術與產品信息》-2006年10期 -10-12頁


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