油品燃烧温度与泡沫灭火供给强度关系的研究

杜明辉

摘要：本文研究了泡沫供给强度与油面燃烧温度之间的关系。实验以燃烧温度为变量，测试对应的泡沫灭火剂最佳供给强度值。通过此实验及分析，掌握了泡沫灭火剂在高温油面和燃烧油面铺展时的相关数据，使我们更加深入了解泡沫的灭火过程，并丰富了泡沫铺展理论的研究内容。可为火灾现场泡沫灭火剂用量以及供给强度的选择提供依据。

关键词：油品燃烧温度； 泡沫供给强度； 泡沫混合液用量

1 引言

当发生油品火灾后，合理选择灭火剂是成功扑救火灾的关键。目前，常用泡沫灭火剂对油罐火灾进行扑救。由于不同泡沫产品所使用的发泡剂、活性剂、泡沫稳定剂、抗冻剂的种类以及配比不同，加之不同种类油品燃烧时的表面温度有所差异，导致泡沫灭火剂在铺展速度、泡沫稳定性、灭火效果等方面产生了不同的效果。而在影响泡沫灭火效果的诸多因素中，泡沫灭火剂的供给强度是最为直观的影响因素，通过对供给强度的调整可在一定范围内改变泡沫灭火剂的灭火效率。本文通过实验研究了燃烧温度、泡沫混合液供给强度以及灭火时间三者之间的关系。

2 实验变量及实现方式

对于某一油品火灾，应当存在一个最佳泡沫供给强度值，既满足在较短时间内扑灭火灾又能够减少泡沫液的使用量。本文以柴油作为实验燃料，以水成膜泡沫灭火剂作为灭火介质，以燃烧的油面温度作为变量，研究油品燃烧温度与最佳泡沫供给强度之间的关系。

2.1 油品燃烧温度

实验使用直径为0.55m的圓形油盘进行实验，燃烧的油面温度这一变量通过喷射泡沫灭火剂前油品的预燃时间来实现，实验设定预燃时间分别为1min、4min、7min。

2.2 泡沫混合液供给强度

对达到不同燃烧温度的油品，采用不同的泡沫混合液供给强度进行灭火，得到若干组泡沫混合液供给强度与灭火时间的对应关系，并进行拟合确定最佳泡沫混合液供给强度。因此，在实验中需要实现不同流量的泡沫灭火剂喷射。实验中的泡沫喷射装置分为两部分，即动力装置和变流量泡沫枪。

泡沫动力装置是按照GB15308-94《泡沫灭火剂通用技术条件》中的低倍数泡沫产生系统设置的，如图1所示。驱动系统由以下几部分构成：空气压缩机、进气管、耐压储罐、压力表、泡沫液输送管以及可调节支架[27]。使用时，将配置好的泡沫混合液倒入耐压储罐中，对储罐进行密封，并进行气密性检查。打开空气压缩机向储罐内输送压缩空气直到储罐的压力达到0.8MPa。此时打开空气泡沫枪的阀门即可向外喷射泡沫。

实验时所选用的泡沫枪是《泡沫灭火剂通用技术条件》中的标准泡沫枪。该标准泡沫枪的发泡原理是负压式发泡，在泡沫枪的前端设置流量调节旋钮，通过调节旋钮可以改变枪体上的开口大小，进而改变泡沫喷射流量。

3 实验结果及分析

3.1 预燃时间1min的实验情况

对数据采集仪采集的数据进行读数，各组实验中，对油面上三个不同位置进行温度测试，对所得温度值取平均值，将其确定为油面燃烧温度，柴油燃烧1min时，油面平均温度为175.4℃。采用不同供给强度的AFFF灭火，泡沫混合液供给强度与灭火时间的关系如表1所示。泡沫混合液供给强度及灭火时间的关系如图2所示。

对实验所得的数据进行回归分析，选择指数函数、对数函数、幂函数等形式的回归类型，发现采用幂函数进行拟合后得到的拟合度值最高，为0.9675。第一组实验数据拟合所得到的曲线如图3所示。

拟合后得到的指数函数具有较好的拟合度。当泡沫混合液供给强度趋于无穷大时，灭火时间趋于0，这符合泡沫灭火的实际情况。拟合得到的幂函数为。从表1和图4中可以看出，当泡沫混合液供给强度达到5.06L/min·m2时，扑灭油盘火用时19.8s，当继续增加混合液供给强度时，灭火时间虽然减少，但下降的趋势明显放缓。通过计算扑救火灾的泡沫混合液用量可知，当泡沫混合液供给强度大于5.06L/min·m2后，泡沫混合液用量有所增加。通过以上分析，将最佳混合液供给强度确定为5.06L/min·m2。

3.2 预燃时间4min的实验情况

柴油燃烧至4min时，油面平均燃烧温度值为239.6℃。采用AFFF灭火所得的泡沫混合液供给强度与灭火时间的关系如表2所示。混合液供给强度及灭火时间的关系如图5所示。

对实验数值拟合得到的函数为y=146.52×x-09892，函数拟合度值R2为0.96，函数具有较好的拟合度。对表2以及图7进行分析，发现当泡沫混合液供给强度达到7.46L/min·m2时，灭火时间为16.6s。当继续增加泡沫混合液供给强度时，灭火时间有所下降，但下降趋势明显变缓。通过计算泡沫混合液用量发现，当混合液供给强度大于7.46 L/min·m2时，灭火所需泡沫混合液量有增加的趋势。综合以上分析，将预燃时间4min情况下的AFFF最佳混合液供给强度确定为7.46L/min·m2。

3.3 预燃时间7min的实验情况

柴油燃烧时间为7min时，测得的油面平均温度值为317.4℃。采用AFFF灭火，泡沫混合液供给强度与灭火时间的关系如表3所示，混合液供给强度及灭火时间的关系如图8所示。

图9所示为预燃时间7min实验的回归分析。拟合得到混合液供给强度和灭火时间之间的关系为y=241.64×x-1.1936，拟合度值为0.9809，说明公式的拟合度较好。对该组实验结果进行分析，当泡沫混合液供给强度为8.37L/min·m2时，灭火时间为16s。继续增大混合液供给强度时，灭火时间下降的趋势有所放缓，且当混合液供给强度大于8.37L/min·m2时，灭火所需泡沫混合液量有所增加。综合以上两方面原因进行判断，将柴油预燃7min时，AFFF的最佳混合液供给强度确定为8.37L/min·m2。

实验测试了在同一燃烧面积下，当改变油品的前期预燃时间时，AFFF最佳混合液供给强度的变化情况。通过实验结果可以看出，改变柴油的前期燃烧时间造成了油面温度有所差异，进而改变了灭火剂的最佳混合液供给强度值。实验结果如表4。

由表4可以看出，在三个不同燃烧温度的油盘中，最佳泡沫混合液供给强度对应的灭火时间范围均在16～20s之间，随着油面燃烧温度的上升，扑救相同燃烧面积柴油火时，AFFF混合液供给强度以及灭火所需混合液用量呈现出明显的上升趋势。

4 结论

本章通过实验研究了油品燃烧温度、泡沫混合液供给强度和灭火时间三者的关系，得到如下结论：

（1）对相同燃烧面积和燃烧温度的柴油进行火灾扑救，泡沫混合液用量会随着泡沫供给强度发生变化。当供给强度值由小变大时，泡沫混合液用量存在先减少后增加的变化趋势，即存在一泡沫用量最少的点。

（2）从灭火时间的变化趋势来看，对相同燃烧面积相同燃烧温度的柴油进行火灾扑救，灭火时间会随着泡沫混合液供给强度的增加而减少。但灭火时间减小的速率会随着供给强度的增加而降低，二者呈幂函数的关系。

（3）最佳泡沫混合液供给强度随着油品燃烧温度的上升而升高，实验中，柴油燃烧温度为175.4℃时，AFFF最佳混合液供给强度为5.06L/min·m2；当柴油燃烧温度为239.6℃时，AFFF最佳混合液供给强度为7.46L/min·m2；当柴油的燃烧温度为317℃时，AFFF最佳混合液供给强度为8.37L/min·m2。

（4）从实验结果来看，随着油面燃烧温度的上升，扑救相同面积的柴油火时，所用到的泡沫混合液量有所增加。

（5）泡沫灭火剂释放之前油品燃烧时间的增加会导致油面温度上升。扑救燃烧时间较长的油品火灾时，应在规范基础上适当提升泡沫灭火剂的供给强度，保证得到较好的灭火效果，同时，灭火也需要更多的泡沫混合液用量。