不同气源压缩气体泡沫灭B类火灾性能比较

不同气源压缩气体泡沫灭B类火灾性能比较
灭火系统设计
陈涛，胡成，包志明，傅学成，王荣基，夏建军
(应急管理部天津消防研究所，天津300381)
摘要：采用实验室压缩气体泡沫系统，通过油盘火对比试 验，分别考察基于不同气源的压缩气体泡沫对于120#溶剂油火灾 的灭火性能，分析探讨适用于常规B类火灾扑救的气源类型和供 气方案。

结果表明，在泡沫溶液供给强度为2.5 LA m in.m2)的条 件下，压缩氮气泡沫和压缩空气泡沫均可扑灭120#溶剂油火灾，都具有良好的抗烧和抗复燃性能；压缩氮气泡沫比压缩空气泡沫 的控灭火性能略有提升，但二者差别不大；对于常规B类非极性 燃料火灾，实际工程中有氮气源的场所建议直接采用已有供氮气 设备作为供气源。

关键词：消防；压缩气体泡沫;B类火灾；灭火性能
中图分类号：X924.4,T U892文献标志码：A
文章编号：1009—0029(2020)05—0645—04
泡沫灭火技术是扑救甲、乙、丙类液体火灾的重要手 段，目前被广泛用于生产、加工、储存、运输和使用甲、乙、丙类液体的场所。

现有常规的泡沫灭火系统按照发泡倍 数不同，可分为低倍泡沫灭火系统、中倍泡沫灭火系统和 高倍泡沫灭火系统，均是依靠末端泡沫产生器从周围环境 中吸入空气而发泡，通常又简称为“空气泡沫”。

空气泡沫 产生易受火灾高温、烟尘、爆炸等因素影响，导致实际应用 中泡沫稳定性不高、灭火效能不佳、抗复燃能力弱、系统可 靠性不高，无法完全满足石油化工尤其是大型石化储罐、油浸变压器等特殊场所火灾扑救需求。

压缩气体泡沫灭火系统是近年发展起来的一种新型 正压式泡沫灭火系统，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，具备解决危险化................................................................................................................................................lit,.................................................................................... 1.It is suggested that the foam solution foam application rate is not less than 5 L/ (min-m2),the air/foam solution volume ratio is not less than 8:1，and the apply duration of compressed air foam is no less than 15min in practical engineering.
Key words: floating roof tanks；rim seal fire；compressed air foam；fire extinguishing performance；foam extinguishing system
作者简介：杨震铭（1963-），男，应急管理部天津消防 研究所副所长，研究员，主要从事消防科研管理和灭火技 术研究，天津市南开区卫津南路110号，300381。

收稿日期:2019_12—26学品储罐、大型油浸变压器等特殊场所火灾扑救难题的技 术潜力。

国内外对压缩空气泡沫析液稳定性、隔热保护性 能、灭A类火性能以及灭B类火性能等已开展了大量研 究，但针对采用其他气源压缩气体泡沫的灭火性能研究较 少，至今未见压缩氮气泡沫和压缩空气泡沫对于典型易燃 液体火灾灭火性能的直接比较研究。

鉴于此，笔者采用自 行研制的实验室压缩气体泡沫系统，通过缩尺油盘火对比 试验，考察不同气源压缩气体泡沫对于典型易燃液体火灾 的灭火性能，分析探讨适宜的供气方案，为压缩气体泡沫 灭火技术在石油化工行业工程应用提供支撑。

1试验部分
1.1试验装置
采用直径500 mm、高200 mm的钢制油盘，盘壁厚3 mm,面积约0.2 m2。

如图1所示，在油盘内部靠近盘壁距 底部45、90 mm处各布置一只热电偶（测点1^7%),用于 测试燃料内部及表面的温度。

在油盘中心位置距底部90、200、340、540、740 mm处各布置一只热电偶（测点T3、T4、t5、t6、t7)，用于测试泡沫层内部温度与火焰温度。

热电 偶采用直径3 m m的K型铠装镍铬一镍硅热电偶，测温范 围为0〜1 200 数据采集器采用cDAQ—9174型。

金属抗烧罐内径120 mm，高100 mm，壁厚2 mm。

采用自 行研制的实验室压缩气体泡沫系统产生不同气源的压缩 气体泡沫，如图2所示，该装置采用泡沫液预混方式，泡沫 溶液流量范围为0.26〜2.6 L/min,气液比为0〜50/1范 围内连续可调。

供气设备有两种可供选择，其中一种为空 压机提供的压缩空气，另一种为高压氮气瓶提供的压缩氮 气。

实验室压缩气体泡沫系统产生的压缩气体泡沫通过 泡沫输送管输送至内径10 mm、长1.2 m的泡沫喷射管，泡沫喷射管采用支架固定在油盘上方距油盘上沿95 mm 位置处，向油盘内部供泡沫。

采用摄像机和照相机拍摄灭 火试验过程。

1.2试验材料
采用符合GB 15308《泡沫灭火剂》标准规定要求的 3%型水膜泡沫灭火剂作为试验样本，混合比为3%。

试验燃料采用GB 15308《泡沫灭火剂》中检测泡沫灭 火剂灭火性能的标准燃料120#溶剂油。

1.3试验方法与步骤
开启摄像机、温度数据采集器；向油盘中加入4.5 L 水，再加入5 L试验燃料，并点火，开始计时；燃料预燃60
基金项目：国家重点研发计划资助项目（2017YFC0806600):国家电网公司科技重大专项(52120518002L):应急管理部消防救援局科研计划项目 (2019XFCX37);应急管理部天津消防研究所基科费项目（2019SJ14、2018SJ08)
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图1试验装置不意图
S 后，开始向油盘喷射压缩气体泡沫，持续供泡3 min ,记录 90%控火时间、灭火时间等；供泡结束1 min 后，将盛有1 L 燃料的抗烧罐放入油盘中心位置并点燃抗烧罐，开始抗 烧试验，记录25%抗烧时间；抗烧试验结束后扑灭残火，停 止温度数据测量，保存数据；启动实验室压缩气体泡沫系 统，调整装置参数与灭火试验一致，按照GB 15308《泡沫
灭火剂》规定方法测试泡沫发泡倍数和25%析液时间。

2试验结果与讨论 2.1灭火性能比较
在泡沫溶液流量为0.5 L /min 、泡沫溶液供给强度为2.5 L/(min • m 2)的条件下，分别以压缩空气和压缩氮气作 为气源，考察了压缩空气泡沫和压缩氮气泡沫对120=溶剂 油火灾的灭火性能，试验结果如图3、图4和表1所示。

表1不同气源压缩气体泡沫灭120#溶剂油火灾试验结果泡沫类型
泡沫性能
灭火结果
发泡温度25%析液90%控火灭火25%抗烧100%抗烧
倍数r c 时间/min 时间/s 时间/s 时间/min 时间/min
压缩空气
泡沫20.0
18.5 5.138.040.019.319.7压缩氮气
泡沫
15.9
15.7
5.1
35.0
38.0
16.5
17.4
由表1和图3可知，在泡沫溶液流量和气液比相同的 情况下，压缩空气泡沫和压缩氮气泡沫发泡倍数相近，25%
一一氮气/空气流向 —泡沫溶液流向 X ►球阀擊单向阀
®压力表/压力传感器 液体/气体流量计 %
调压阀
图2实验室压缩气体泡沫系统示意图
预混罐
卸放口
输送泵
卸放口
压缩空气
f
>
缓高
压气瓶
气过=M=冲罐器
减压阀
(a )点火(a )点火(b )稳定燃烧 （c )施加泡沫
（d )灭火 （e )抗烧
图3压缩空气泡沫灭火试验
(b )稳定燃烧 （c )施加泡沫
（d )灭火 （e )抗烧
图4压缩氮气泡沫灭火试验
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Fire Science and Technology,May 2020,Vol
39,No.5
时间/s
(a )灭火阶段温度变化
700T 1
650-•-T 2600▲ T3550—T4500抗烧阶段—T5〇 450▲—-T 6^ 400 ^ 350 51 300 250 200 150 100 50
V V s
-卜T 7300 400 500600 700 800时间/s
900 1 000 1 100
(b )抗烧阶段温度变化
图5压缩空气泡沫灭120#溶剂油火过程中温度变化
30 60 90 120 150 180 210 240
时间/s
(a )灭火阶段温度变化
■—T 1-•-T 2
T3-▼—T4-♦-T5 抗烧阶段
4 T6
300 400 500 600 700 800 900 1 000 1 100时间/s (b )抗烧阶段温度变化
图6压缩氮气泡沫灭120#溶剂油火过程中温度变化
滤干燥除油等处理、进去分子筛进行氮气分离得到纯净氮 气。

制氮机配套设备较多，采用相同气量的供气方案，成 套制氮机造价至少是螺杆空压机的2倍以上，并且操作使 用相对复杂。

综上所述，对于120#溶剂油类的非极性燃料火灾，其 供气方案建议根据实际工程情况进行选择，对于有氮气源 的场所可直接采用己有供氮气设备作为供气源，无氮气源
析液时间也基本相同，这说明空气和氮气两种气源发泡性 能相差不大。

值得说明的是，采用相同的3%A F F F 泡沫 灭火剂，低倍泡沫标准Sabo 管枪所产生的泡沫发泡倍数 为8倍，25%析液时间为2.5 min ，这说明压缩空气泡沫和 压缩氮气泡沫的稳定性明显优于低倍泡沫。

在相同试验条件的情况下，压缩氮气泡沫的90%控火 时间和灭火时间比压缩空气泡沫分别缩短了 3 s 和2 s , 25%抗烧时间也缩短了约3 min 。

2.2灭火过程中温度变化对比
图5和图6给出了压缩空气泡沫和压缩氮气泡沫灭 火及抗烧过程中温度变化曲线。

从图中可以看出，点燃燃 料后，各测点的温度迅速上升，当预燃30 s 后，各测点温度 基本稳定，这说明试验中60 s 预燃时间能够使燃料充分预 燃。

在预燃阶段，燃料层内部温度(T O 缓慢上升，预燃60 s 后燃料层内部温度上升到40 °C 左右，油盘上方温度最高 达到约800 °C 。

施加泡沫后，随着泡沫层厚度不断增大， 首先被泡沫层覆盖着的测点（T 2、T 3)温度开始下降，而油 盘上方各测点的温度则先是继续上升，直到泡沫控火和灭 火后才开始下降。

压缩氮气泡沫与压缩空气泡沫的灭火 降温趋势基本一致，但压缩氮气泡沫灭火、降温速度稍 快。

在抗烧阶段，压缩氮气泡沫与压缩空气泡沫的温升曲 线相差不大,这说明这两种泡沫的抗烧性能基本相同。

由此可见，对于120#溶剂油火灾，在相同条件下，压 缩氮气泡沫的控灭火性能略优于压缩空气泡沫。

120#洛 剂油是国家标准GB 15308《泡沫灭火剂》中检验泡沫灭火 剂对非极性燃料灭火性能的标准燃料，对于这类非极性燃 料火灾，采用氮气作为气源比采用空气的控灭火性能提高 有限。

2.3供气方案分析
从灭火试验结果可以看出，压缩氮气泡沫和压缩空气 泡沫均可以快速有效扑灭120并溶剂油火灾，并且都具有 良好的抗烧性能。

其中，压缩氮气泡沫比压缩空气泡沫灭 火性能略有提升，但二者差别不大。

从供气设备成本和操作使用方面考虑，压缩空气的供 气设备可选用高压储气瓶或空气压缩机，压缩氮气的供气 设备可选用高压储气瓶或制氮机。

其中，高压储气瓶涉及 高压供气，并且储存气量是一定的，用完需要更换瓶组，无 法实现长时间持续供气。

空气压缩机是将电动机或柴油 机的机械能转换成气体压力能的装置。

目前，活塞式空压 机和螺杆式空压机使用量最大，活塞式空压机排气量较 小，螺杆式空压机排气量较大，压缩空气泡沫系统主要采 用螺杆式空气压缩机。

螺杆式空压机技术较成熟，生产厂 家很多，应用十分广泛，价格根据排气量从几万元到几十 万元不等。

制氮机是指以空气为原料，利用物理方法将其 中的氧和氮分离而获得氮气的设备。

根据分类方法的不 同，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA )和膜空分法。

工业 上一般采用分子筛空分法(PSA )。

相较于空气压缩机，制 氮机的组成较为复杂，必须以空气压缩机为气源，通过过
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o o o o o o o o
o
o
05050
50
50505057665544332211P /S
S I
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7
(•科技信息•I
f t
火灾后不锈钢管柱的弯曲屈曲和
剩余强度研究
1新加坡研究人员幵展了不锈钢圆形空心截面i
i柱在火灾作用下的弯曲屈曲行为和剩余强度的试i
i验研究。

幵展了3组不锈钢管柱的力学试验，每>
i组包含一个未加热的试件和4个加热到不同温度|
i的试件。

采用试验验证的有限元模型幵展了参数i
i分析。

根据试验和数值计算结果，对欧洲、美国和s
I澳大利亚/新西兰制定的常温不锈钢管柱的规范i
^设计规定在火灾后对不锈钢管柱的适用性进行了 i
I评估。

结果表明，欧洲规范采用的设计屈曲曲线I
|和美国规范采用的切线模量法导致不锈钢管柱受i
5火后设计弯曲屈曲强度不安全且离散，而澳大利I
i亚/新西兰标准采用的方法对不锈钢管柱火灾后i
I弯曲屈曲强度的预测具有较高的准确性和一i
<致性。

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"III,.•••'ll I ll Ill 'Ill Ill 'Ill,, I l l,,I I II,..- -'V?
的场所建议采用造价更低、操作使用简单、可长时间持续
供气的空气压缩机作为供气源。

3结论
(1) 以氮气和空气作为气源的压缩气体泡沫析液时间 长、稳定性高，都能够快速有效扑灭120fr溶剂油火灾，具
有良好的抗烧和抗复燃性能。

(2) 与压缩空气泡沫相比，压缩氮气泡沫对于120#溶 剂油火灾的控灭火性能略有提升，但二者差别不大。

(3) 对于120fr溶剂油类的非极性燃料火灾，实际工程 中有氮气源的场所直接采用己有供氮气设备作为供气源，
无氮气源的场所宜采用空气压缩机作为供气源。

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Comparison of the fire extinguishing performance of different types of compressed
gas foam on class B fires
CHEN T a o,HU Cheng,BAO Zhi-ming,
FU Xue-cheng,WANG Rong-j i,XIA Jian-jun
(Tianjin Fire Research Institute of MEM, Tianjin 300381, China) Abstract: The fire extinguishing performance of compressed gas foam based on different types of gas on 1201+ solvent oil fires was compared by pool fire tests using a laboratory compressed gas foam system. The types of gas source and gas supply equipment suitable for ordinary class B fire were investigated. The results indicate that both compressed nitrogen foam and compressed air foam can extin­guish 120^ solvent oil standard fuel fires and have good anti-burn­ing and anti- reburning performances under the condition of the foam solution foam application rate was 2.5 L/(min-m2). Compared with compressed air foam, compressed nitrogen foam has a slightly improved fire-fighting performance. However, the difference be­tween them was not significant.For ordinary class B fire, it is rec­ommended to directly use the existing nitrogen supply equipment as the gas supply source for places with nitrogen source in the actu al project.
Key words: fire protection；compressed gas foam；class B fire；fire extinguishing performance
作者简介：陈涛（1980—），男，河南新蔡人，应急管 理部天津消防研究所灭火剂研究室副研究员，硕士，主要 从事灭火剂及灭火技术研究，天津市南开区卫津南路110 号，300381。

收稿日期:2019—12—23
Fire Science and Technology,May 2020,Vol 39,No.5。