不同供给强度的压缩气体泡沫扑灭油罐火的性能比较*

尚祖政

(中石化安全工程研究院有限公司，山东青岛 266104)

0 前言

压缩气体泡沫灭火系统是一种新型泡沫灭火系统，其采用正压式发泡技术，又称为“CAF”或者“正压式泡沫”，压缩气体泡沫具有泡沫均匀稳定、灭火效能高、抗复燃能力强、隔热保护能力优异的特点。欧美多家公司开发了多种形式的压缩气体泡沫灭火装置，已在危险品仓库、加油站、炼油厂和化工厂等多个场所进行了应用。

国内很多学者在压缩气体泡沫灭火领域做了大量试验研究工作，如应急管理部天津消防研究所证明了压缩气体泡沫灭火系统扑灭B类火的效率优于吸气式泡沫；中石化安全工程研究院有限公司通过液氮汽化原理提高了压缩气体泡沫灭火系统的灭火性能。另外，山东省发布的DB37T1916—2017《压缩气体泡沫灭火系统设计、施工及验收规范》推动了该技术在石化行业的应用。

本文采用中石化安全工程研究院有限公司自主研发的压缩气体泡沫系统，通过对直径11 m和21 m模拟油罐进行灭火试验，考察不同泡沫供给强度压缩气体泡沫的灭火性能。

1 试验装置及材料

1.1 试验装置

2个钢制模拟油罐，尺寸分别为直径11 m、高1.5 m、罐壁厚6 mm、油面面积78.5 m的钢制模拟油罐和直径21 m、高1.3 m、罐壁厚8 mm、油面面积346 m的钢制模拟油罐；预混型压缩气体泡沫系统，泡沫溶液罐容量范围0～20 m；流量范围为0～6 000 L/min；设计压力1.6 MPa；气液比为0～20范围内连续可调；螺杆气体压缩机1台，排气量6.0～25.5 m/min，排气压力0.7～1.8 MPa，功率37～185 kW。

1.2 试验材料

6%型水成膜泡沫灭火剂，灭火等级IA，发泡倍数6.5～7.5；混合油品燃料(汽油和柴油体积比为1∶9)。

2 模拟储罐灭火试验及结果

2.1 直径11 m的模拟油罐灭火试验

向模拟油罐中加入深300 mm水垫层，混合燃料12 000 L，采用长杆电点火器在模拟油罐中点火，预燃时间为2 min，在模拟油罐上风向架设2支出口为DN50的泡沫管枪，压缩气体泡沫出口压力为0.8～0.9 MPa。

分别在压缩气体泡沫供给强度为1.2，1.8，2.5，5.0，6.2 L/(min·m)条件下，考察了压缩气体泡沫对混合油品燃料的大尺度灭火性能，记录灭火时间和泡沫液消耗量，试验结果如表1。

表1 直径11 m模拟油罐灭火试验结果

通过表1可以看出，压缩气体泡沫供给强度与灭火时间成反比，泡沫供给强度越大，灭火时间越短。压缩气体泡沫供给强度不高于5.0 L/(min·m)时，泡沫液消耗量为490 L左右，当压缩气体泡沫供给强度达到6.2 L/(min·m)时，泡沫液消耗量降至355 L。

压缩气体泡沫微观图像可以看出，在压缩气体泡沫供给强度1.2 L/(min·m)情况下的压缩气体泡沫的气泡平均直径基本在60～150 μm；在压缩气体泡沫供给强度6.2 L/(min·m)情况下的压缩气体泡沫的气泡平均直径基本在120～200 μm。

黑水角阀的结构可使流体在阀体内的流向产生90°变化，流路简单、阻力小、渗透少，适用于高压差、高黏度、含有悬浮物和颗粒物流体的调节，可以减少阀内堵塞，也便于自清洁，延长了阀门的使用寿命，适合于高压黑水减压及流量调节的工况。

2.2 直径21 m的模拟油罐灭火试验

向模拟油罐中加入水垫层，深300 mm，混合燃料16 000 L，采用11 m长杆电点火器在模拟油罐中点火，预燃时间为2 min，在模拟油罐上风向架设喷2支DN50出口的泡沫管枪。

预混型压缩气体泡沫系统充装泡沫液13 000 L，初始压力1.0～1.1 MPa，预燃2 min结束后，使用一支泡沫枪实施灭火，持续喷射2 min，消耗泡沫液2 700 L，平均流量是1 350 L/min，压缩气体泡沫供给强度约3.8 L/(min·m)，发现模拟油罐内的火势不减弱，表明灭火失败。

预混型压缩气体泡沫系统剩余泡沫液10 300 L，压力1.0～1.1 MPa，同时开两支管枪，流量提高到2 000 L/min，压缩气体泡沫供给强度约4.6 L/(min·m)，喷射压力0.8～0.9 MPa，喷射75 s后完成灭火，共消耗泡沫液约2 500 L。结果见表2。

表2 直径21 m模拟油罐灭火试验结果

通过直径21 m油盘火试验，发现储罐灭火压缩气体泡沫供给强度必须达到某个最小值，才具备灭火的能力，从表2可以看出直径21 m油罐火的最低压缩气体泡沫供给强度介于3.8～4.6 L/(min·m)之间，表1可以看出直径11 m油罐火的最低压缩气体泡沫供给强度不大于1.2 L/(min·m)，说明随着油池直径增大，最低压缩气体泡沫供给强度需增大。

3 结果分析与讨论

a) 表1是直径11 m模拟油罐灭火时压缩气体泡沫的供给强度与灭火时间和泡沫液消耗量的关系，可以看出，压缩气体泡沫供给强度越大灭火时间越短，当压缩气体泡沫供给强度在1.2～5.0 L/(min·m)时，扑灭约78.5 m油品火时需要消耗泡沫液485～500 L。本次试验选用的泡沫液发泡倍数为7.0左右，初步计算消耗泡沫体积约3 395～3 500 L。

b) 低压缩气体泡沫供给强度的压缩气体泡沫相对细腻，单个泡沫体积较小，泡沫排布均匀，高压缩气体泡沫供给强度的压缩气体泡沫的气泡也非常均匀，但是局部存在某个体积的大气泡，这是因为压缩气体泡沫供给强度越高，泡沫液流量越大，在泡沫产生装置内与气体混合不够均匀产生的，从测试结果看，压缩气体泡沫不能一味地追求高泡沫供给强度，应考虑泡沫液流量，现场气量及泡沫产生系统的结构通过试验与计算，选出更适合现场应用的压缩气体泡沫供给强度。

c) 直径11 m油池灭火试验结果如表1所示，压缩气体泡沫的泡沫供给强度小于5.0 L/(min·m)时，随着压缩空气泡沫供给强度提高，灭火所需泡沫液量逐渐降低，灭火时间逐渐减小；当压缩气体泡沫供给强度大于5.0 L/(min·m)时，灭火所需的泡沫液的量迅速降低，在1.2～5.0 L/(min·m)之间的压缩气体泡沫供给强度范围内，该油池灭火所需泡沫液数量基本相同，差别很小，约480～500 L；但当压缩气体泡沫供给强度提高至6.2 L/(min·m)后，泡沫液消耗量降低了约30%。这是因为当压缩泡沫喷射流量较大时，压缩气体泡沫经过火焰时泡沫来不及破裂即被新泡沫补充，即在着火液面上的泡沫供给速率远大于泡沫的消耗速率，未被油火高温蒸发的泡沫可有效快速地覆盖油面，形成稳定的泡沫层，短时间控住火势。

d) 通过表2可以看出，扑灭直径21 m模拟油罐火时，当压缩气体泡沫的泡沫供给强度4.6 L/(min·m)时，灭火时间为75 s；通过表1可以看出，扑灭直径11 m模拟油罐火时，当压缩气体泡沫强度为4.6 L/(min·m)时，灭火时间约为70～80 s。相同压缩气体泡沫供给强度的情况下，灭火时间基本相同。

e) 从直径11 m和直径21 m油池的灭火情况看，直径11 m油池的最低压缩气体泡沫供给强度约1.2 L/(min·m)，直径21 m油池的最低压缩气体泡沫供给强度高于3.8 L/(min·m)。美国NFPA11—2010《Standard for low, medium, and high-expansion foam》指出了油品储罐应用固定式压缩气体泡沫灭火系统的最低泡沫液供给强度是1.63 L/(min·m)，国内没有对压缩气体泡沫灭火系统应用于油品储罐的相应标准要求，通过以上的灭火试验可以看出，随着油池直径增大，最低压缩气体泡沫供给强度应增大。对于更大直径的储罐灭火所需最低压缩气体供给强度需要通过更多实验和模拟计算进行确定，方可写入标准应用。

f) 压缩气体泡沫系统虽然扑灭油品火的效果很好，但未在国内外的石化领域得到广泛应用，主要原因是受限于压缩气体的用气量，如何保证足够的用气量是解决这个问题的关键。

g) 建议国内研究机构进一步开展大尺度多种油品的实体火试验验证和充足理论模拟计算数据研究，为压缩气体泡沫灭火技术在油罐消防的应用提供技术支持。