?外加风量作用下高压细水雾双喷头对射灭火效果试验研究

张松

摘要：利用全开放式小型高压细水雾灭火装置组织开展了两种不同油量的油盘在外加风量作用下的燃烧灭火试验，通过观察高压细水雾双喷头在外加风量作用下的对射灭火效果，实时采集高压细水雾灭火过程中的视频图像与温度变化数据，并对比分析自由燃烧状态下的正常油盘火，对高压细水雾扑灭变压器油池火的实际效果做出了有效的量化评估。

关键词：外加风量；高压细水雾；双喷头；油池火

近年来，随着救援队伍灭火救援实战能力的不断提升，高压细水雾作为一种新型消防灭火系统逐渐被人们所熟知，在实战处置过程中具有灭火效率高、排烟效果好且灭火后对环境无污染等特点。目前，刘世霖通过细水雾对油池火的抑制过程，研究了细水雾在不同压力、风机在不同转数下对油池火的实际灭火效果的影响，当风机低速运转时，细水雾扑灭油池火的实际效果得到了显著的改善[1]。贾海林通过分析改性细水雾特征参数，利用模拟仿真灭火试验平台对不同质量分数的改性细水雾熄灭煤油火的处置效果进行了分析，结果表明，改性后细水雾喷射出的灭火剂表面张力显著降低，与起火物质的接触更为充分[2]。李冬研究了细水雾灭火过程中的相关灭火机理，通过实验发现在使用细水雾进行火灾处置的初期，火焰强化的现象非常普遍[3]。杜文锋研究了燃烧热释放速率和腔室开口面积对细水雾灭室内池火的实际影响，当燃烧室开口面积一定时，灭火时间随池火燃烧热释放速率先减小后增大；当燃烧室全封闭时，其灭火时间随燃烧热释放速率的降低也随之下降[4]。张慧研究了高压细水雾灭火系统的灭火效果，应用小尺寸实验的方法搭建了高压细水雾灭火系统实验研究平台，通过一系列的实验，研究了高压细水雾处置AB类火灾的实际效果[5]。

基于以上研究，本文通过构建全开放式小型高压细水雾灭火装置，设计开展了两种不同油量的油盘在外加风量作用下的燃烧灭火试验，实验过程中通过采集视频图像、温度等变化数据，观察高压细水雾双喷头在外加风量作用下的对射灭火效果，并对比分析自由燃烧状态下的正常油盘火。最终对应用高压细水雾扑灭油池火的有效性提出了切实有效的建议。

1 试验方案

1.1  试验工况

此次试验采用加装了外加风机的高压细水雾双喷头对射装置，并采用在风机底部加高的方式，确保油盘中心附近风速保持相对稳定。该试验装置由对称的高压细水雾喷头组成，利用不锈钢管进行管路供水，高压细水雾泵管路工作压力在10MPa以上。实验过程中采用40cm×40cm×10cm的方形油盘进行了三次平行燃烧试验，以汽油为燃烧物，依次观察记录油盘内部火焰的燃烧状态。

1.2  试验数据采集

试验采用一台全彩POE摄像机实施图像采集，并实时记录火焰形态与实际灭火效果；采用一台热成像半球型网络摄像机进行火焰红外图像采集；用Tecman TM826叶轮分体式风速计测量油盘中心的风速，记录相应外加风量的数值；采用5根K型铠装热电偶进行试验过程中的火焰温度采集，离油盘上方最近处的热电偶编号为1，最远处编号为5。

1.3  试验设计

为保证实验的精确性，本文所述实验内容全部同步设置三组同步实验，分别比较了定量的油盘火在自然熄灭与外加高压细水雾作用下的试验情况。试验组别设计如表1所示。

2 试验过程及分析

2.1  试验过程

2.1.1  自然熄灭对比试验

试验准备：向方形油盘注入1.0L汽油，灭火系统处于关闭状态，摄像机与红外热成像开始录像，其他试验辅助设备就位。

开始点火：利用电子点火器进行点火。

燃烧时间：油盘内油面全部燃烧后开始计时，使油盘内的汽油充分燃烧，达到稳定燃烧状态，最后使其自然熄灭，记录燃烧时间。试验过程如图1所示。

2.1.2  双1.0喷头燃烧试验

试验准备：向方形油盘注入1.0L汽油，灭火系统处于待工作状态，摄像机与红外热成像开始录像，其他试验辅助设备就位。

开始点火：利用电子点火器进行点火。

预燃时间：油盘内油面全部燃烧后开始计时，使油盘内的汽油充分燃烧，达到稳定燃烧状态，记录预燃时间。

灭火时间：待油火充分预燃，启动高压细水雾灭火系统，观察火焰在细水雾作用下的燃烧变化，并记录灭火时间。试验过程如图2所示。

2.1.3  双2.0喷头燃烧试验

试验准备：向方形油盘注入1.0 L汽油，灭火系统处于待工作状态，摄像机与红外热成像开始录像，其他试验辅助设备就位。

开始点火：利用电子点火器进行点火。

预燃时间：油盘内油面全部燃烧后开始计时，使油盘内的汽油充分燃烧，达到稳定燃烧状态，记录预燃时间。

灭火时间：待油火充分预燃，启动高压细水雾灭火系统，观察火焰在细水雾作用下的燃烧变化，并记录灭火时间。试验过程如图3所示。

2.2  试验分析

2.2.1  试验1与试验2温度数据对比

对比试验1～2在同等试验工况下，通过有无外加灭火系统的区别，对比分析高压细水雾灭火系统不同风速条件下对扑灭油盘火实际处置效果的影响。实验过程中的温度对比如图4所示。

a  自燃温度

b  双喷头K=1.0喷头试验温度

从图4可以看出，高压细水雾具有良好的冷却降温、隔离热辐射作用，相比于自然熄灭试验过程中的测量结果，整体环境温度显著降低。

2.2.2  试验2与试验3温度数据对比

对比试验2～3在同等试验工况下，通过系统喷头流量的区别，对比分析高壓细水雾灭火系统在外加风速下不同喷头流量系数对处置油盘火灾效果的影响。温度对比如图5所示。

a  雙喷头K=1.0喷头试验温度

b  双喷头K=2.0喷头试验温度

如图5所示，在泵组压力相同的情况下，流量系数为2.0的喷头比1.0的喷头雾化效果要好；与此同时，高压细水雾在喷头流量系数较大的情况下，对油盘火焰的拉伸作用更为明显，使得燃烧过程中油盘内部火焰温度上升速率显著变慢，相较于1.0的喷头，对火焰的降温作用更为明显。

3 结论

本文通过多次油盘火试验，分别考察了在外加风速为3.5m/s条件下，自然熄灭与高压细水雾灭火两种不同情况下油盘内部火焰的实际变化效果。结果表明，应用高压细水雾灭火系统，即使在外加风速的影响下也能有效完成油盘火灾的处置，并且与相同容量下的油品自然熄灭相比，实际灭火时间大幅缩短。

在外加风速为3.5m/s的条件下，通过安装流量系数分别为1.0、2.0的细水雾喷头，以此考察在管网压力相同的情况下，不同流量喷头的高压细水雾灭火系统的实际灭火效果。实验结果表明，在供水管网压力相同的条件下，相比于流量系数为1.0的喷头，流量系数为2.0的喷头灭火效果更为良好，但在实际应用时要考虑现场管网实际供水能力，才能更好地发挥大流量系数喷头的喷雾灭火实际效果。

参考文献：

[1]刘世霖，江平，王旭.细水雾熄灭油池火行为研究[J].消防界（电子版），2020，6（8）：23-24.

[2]贾海林，李第辉，李小然.改性细水雾灭油池火有效性研究[J].安全与环境学报，2018，18（6）：2172-2176.

[3]李冬.细水雾熄灭油池火的机理研究[D].天津：河北工业大学，2015.

[4]杜文锋，尹桂旭.细水雾灭室内池火实验研究[J].武警学院学报，2013，29（6）：5-7.

[5]张慧.高压细水雾系统灭火效果的实验研究[D].淮南：安徽理工大学，2016.

Experimental study on fire extinguishing

effect of high-pressure water mist with

double nozzles under external air volume

Zhang Song

（Hefei Municipal Fire and Rescue Brigade， Anhui Hefei 230094）

Abstract：The fire extinguishing test of two oil pans with different oil quantity under external air volume was carried out by the fully open small high-pressure water mist fire extinguishing device. The fire extinguishing effect of high-pressure water mist double nozzles under external air volume was observed. Real-time collection of video images and temperature change data in the process of high-pressure water mist fire suppression. The normal oil pan fire under the condition of free combustion is compared and analyzed. The practical effect of high-pressure water mist extinguishing transformer oil pool fire is evaluated quantitatively.

Keywords：external air volume; high-pressure water mist; double nozzles; pool fire