超細(xì)水霧滅火裝置的應(yīng)用及原理

　　摘要：超細(xì)水霧滅火與鹵代烷、CO2,泡沫等滅火方法相比，具有滅火劑用量少、設(shè)備簡單、造價低以及綠色無害等優(yōu)點，并且體積小巧，非常適合于移動電源車輛。目前，國外的一些研究機構(gòu)已經(jīng)開始在軍用戰(zhàn)車上進行細(xì)水霧滅火，用以有效保護軍用車輛免受火災(zāi)危害的研究。北京恒泰消防淮海滅火器工廠直營價格敬請電詢，北京負(fù)責(zé)配送，專營MFZ5/ABC手提式干粉滅火器及二氧化碳、水基型等類型手提式滅火器，提供滅火器年檢維修充裝服務(wù)，提供消防設(shè)施檢測及電氣檢測服務(wù)，消防專營資質(zhì)，放心選購，品質(zhì)三包。

　　1 問題的提出

　　移動電源車大多以柴油為燃料，柴油是閃點為60℃的丙類液體，具有較大的火災(zāi)危險性，屬于易燃車輛裝備。一旦火災(zāi)發(fā)生，輕者造成設(shè)備損壞、燒毀，重者使部隊作戰(zhàn)及保障系統(tǒng)癱瘓，因而迅速撲滅移動電源車內(nèi)的初期火災(zāi)顯得尤為重要。雖然目前車上都配有泡沫、二氧化碳、干粉等滅火器，但是這些滅火器都不能實現(xiàn)自動滅火，發(fā)生火清后操作人員在未經(jīng)專門訓(xùn)練情況下，不可避免地會手忙腳亂。要求他們在最短時間內(nèi)冷靜地完成跑向滅火器-摘下滅火器-拔下保險銷-靠近并對準(zhǔn)火焰底部-按下鴨嘴開關(guān)開始噴射等一系列動作，在當(dāng)時緊迫情況下未免有些難度過大，因而常常會貽誤火情。再者，這些滅火器的存放都有一定的溫濕度要求，必需每隔1年進行換藥或者作水壓實驗，這些因素使得滅火器在關(guān)鍵時刻很可能不能發(fā)揮作用。因此，有必要針對移動電源這樣的易發(fā)火災(zāi)車輛，尋求一種迅速可靠、高效經(jīng)濟、占地面積小的滅火裝置。

　　2 超細(xì)水霧滅火的應(yīng)用及機理

　　2.1超細(xì)水霧滅火的應(yīng)用

　　水是人們認(rèn)識最早也是應(yīng)用最廣的滅火劑，它經(jīng)歷了水-水噴琳-水噴霧-細(xì)水霧-超細(xì)水霧這樣的發(fā)展歷程，相應(yīng)的水滴平均直徑由水噴淋1一2mm，水噴霧200um，發(fā)展到超細(xì)水霧50um，用水量從原來的很大發(fā)展為極小。人們對細(xì)水霧及超細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的青睞，主要是因為其用水量極小，再加上水來源廣、無毒、廉價以及綠色環(huán)保，非常適合于艦船、飛機、列車等移動的封閉空間。目前，細(xì)水霧以及超細(xì)水霧滅火系統(tǒng)越來越受到各國研究者的關(guān)注。70年代末，美國海軍用有限的艦載水源，以超細(xì)水霧撲救潛艇艙室火災(zāi)試驗，開始了超細(xì)水霧滅火的新技術(shù)。80年代中期，英國海軍進行了用超細(xì)水霧撲救潛艇魚雷艙火災(zāi)試驗。其后，英國民航局(CAA)和美國聯(lián)邦航空局(FAA)都出資支持用超細(xì)水霧撲救民航機客艙火災(zāi)以延長逃生時間的研究工作。近年來，通行在英法海底隧道的列車上也成功安裝了超細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。

　　傳統(tǒng)的水噴淋滅火方式在撲救B類火災(zāi)時，因為水滴粒徑大，落下時會沖擊油面，飛濺油火，致使火勢蔓延，因此不適用。相反超細(xì)水霧滅火由于水滴粒徑小，沖擊力小，不會造成油火四濺，并且當(dāng)霧狀水以一定的速度噴向非水溶性可燃液體表面時，由于水霧的沖擊作用，在可燃液體表面形成一層由"油包火"和非水溶性液體混合組成的乳狀物，覆蓋了可燃液體的表面，從而使得可燃液體的燃燒難以進行。因此，可以用于撲救汽油、煤油、乙醇等低燃點液體可囘燃囘物的火災(zāi)，也可以用于濃硫囘酸、濃硝酸場所的火災(zāi)。并且，由于霧狀水滴之間是不連續(xù)、不導(dǎo)電的，所以，也可以用于撲救帶電設(shè)備的火災(zāi)。另一方面，由于用水量極小，在相同滅火時間內(nèi)僅相當(dāng)于水噴淋系統(tǒng)用水量的5%，因此，熱沖擊與水漬損失小，對保護對象、環(huán)境及人體無任何損害與污染。當(dāng)使用純水作為滅火劑時，可以用于貴重電子設(shè)備、計算機房等場合。

　　2.2超細(xì)水霧滅火的機理

　　撲救火災(zāi)的指導(dǎo)思想為盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并將其撲滅，這就要求水盡可能多地在最短時間內(nèi)汽化。而水的汽化時間與它的直徑的平方成正比，因此，要求水滴尺寸盡可能小，以增大表面積。這就是超細(xì)水霧滅火與水噴淋滅火的區(qū)別之處，其索太爾平均直徑一般為50um左右。超細(xì)水霧滅火雖然可視為水噴淋滅火的拓展，但二者在滅火機理上卻大相徑庭，因而在滅火速度、用水量、適用火災(zāi)類型、對設(shè)備的損害方面也相差很遠。對于超細(xì)水霧來說，其滅火機理主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　(1)吸熱降溫作用由于單個水滴尺寸很小，它的總表面積很大，因而水滴的表面換熱系數(shù)增大，在環(huán)境溫度高時，可以迅速汽化。由熱力學(xué)可知，水的汽化潛熱很大，可達約2280КJ/kg，遠比水溫升吸熱量大得多，因而可吸收大量熱量，使火焰及燃燒物表面的溫度迅速降低，降低封閉空間內(nèi)的溫度;

　　(2)隔氧窒息作用超細(xì)水霧在受熱氣化過程中不僅吸收大量熱量，同時產(chǎn)生原體積1700倍的水蒸氣。水滴以其蒸發(fā)的徹底性和快速性產(chǎn)生的大量水蒸氣能降低燃燒區(qū)氧的體積分?jǐn)?shù)(也即氧氣含量)，使燃燒因缺氧而受到抑制。同時由于水滴迅速蒸發(fā)，在火焰外部形成一高濃度的水蒸汽層，該層的存在阻礙了外界氧氣向火焰區(qū)的擴散，而火焰區(qū)內(nèi)由于可燃燒物燃燒消耗大量氧氣而使氧氣含量迅速下降，達到自身窒息滅火;

　　(3)阻隔輻射作用超細(xì)水霧噴人火場后，蒸發(fā)形成的蒸汽迅速將燃燒物、火焰和煙羽籠罩，并且由于外圍超細(xì)水霧具有很大的表面積和很高的密度，對火焰的輻射熱具有**的阻隔能力，能有效抑制輻射熱引燃周圍其他物品，達到防止火災(zāi)蔓延的效果。

　　3 移動電源車超細(xì)水霧滅火裝置設(shè)計

　　柴油發(fā)電機的火災(zāi)主要是柴油火災(zāi)，其次是發(fā)電機和電纜的電氣火災(zāi)〔'〕，因此，用超細(xì)水霧滅火系統(tǒng)非常適合。其具體思路為采用局部滅火方式，在柴油發(fā)電機和配電箱上部各安裝一個超細(xì)水霧噴頭，由火災(zāi)探測器自動控制或由手動方式控制，一旦發(fā)現(xiàn)火情就立即啟動噴霧裝置，可以在最短時間內(nèi)撲滅火災(zāi)。系統(tǒng)圖如圖1所示，實物圖如圖2所示。

　　3.1超細(xì)水霧動力方式

　　目前，產(chǎn)生細(xì)水霧的動力源主要是預(yù)安裝系統(tǒng)和高壓水泵直接霧化系統(tǒng)，后者中水需要被加壓至8MPa乃至更高，對水泵及管路有很高要求。而預(yù)安裝系統(tǒng)則由事先充人壓縮氣體的高壓鋼瓶以及儲水罐組成，無可運動部件，且無需電力驅(qū)動，一次補水充氣可保證長時間使用，因此，非常適合在車輛上使用。

　　高壓鋼瓶內(nèi)充儲壓力為10MPa、純度不低于95%的氮氣，工作時分兩路供氣，一路經(jīng)節(jié)流降壓后用于推動儲水罐內(nèi)的水，另一路節(jié)流降壓后直接供到噴嘴。平時儲水罐內(nèi)的水處于常壓，滅火時由高壓氣體推動而進人防護區(qū)。

　　3.2水一氮兩相流噴嘴

　　噴嘴是超細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的最關(guān)鍵部件之一，它直接決定著滅火效能。衡量噴嘴性能的主要參數(shù)為霧滴的平均粒徑、速度和噴嘴出口霧化角。

　　(1)霧滴的平均粒徑如前所述，霧滴的平均粒徑在很大程度上決定了水霧吸收熱量并汽化的能力，對火焰流場結(jié)構(gòu)的影響很大。

　　(2)霧滴的速度霧滴速度決定著噴霧的動量。在水滴粒徑一定的情況下，霧滴速度越大則噴霧的動量越大。噴霧的動量決定著霧滴穿越空間中的障礙物的能力，以及霧滴能否克服火焰周圍上升熱氣流及火羽而到達火焰內(nèi)部繼而吸熱汽化。

　　(3)霧化角霧化角表示噴嘴出口處霧化流的擴張角，它決定了霧滴的空間分布以及單個噴嘴所能滅火的有效面積。

　　本文設(shè)計研究的水霧化方式采用水一氮氣雙流體(或稱兩相流)噴嘴，噴嘴由內(nèi)腔、外腔及共振腔組成，內(nèi)腔為水通道，外腔為壓縮氮氣通道。當(dāng)高速氣流噴出沖擊共振腔時，在出口與腔之間由于聚能會產(chǎn)生超聲波場。從內(nèi)腔噴出的水在氣流粉碎作用及強超聲波場的雙重作用下，迅速被霧化成濃密的微細(xì)水霧。噴嘴結(jié)構(gòu)如圖3所示。經(jīng)測量，在氣壓為0.45MPa，水量為40L/h時，粒徑<50um的霧滴個數(shù)占總數(shù)的79.9%，可見霧化質(zhì)量非常好。另外，噴嘴有效射程為3m，有很強的穿越障礙能力，即使在車箱門窗全敞開情況下也不影響使用效果。噴嘴出口處霧化角為60°，按車箱高度2m計算，則單個噴嘴可保護直徑達2.3m的圓形區(qū)域，這對車載柴油機已經(jīng)足夠了。

　　利用高速氮氣的動能攜帶細(xì)小的水霧噴射囘到可囘燃囘物表面，這樣避免了霧滴太小不能穿透火焰的問題。另外重要得一點是，噴向火場的高速的氮氣流會使火災(zāi)失去穩(wěn)定燃燒的條件，這克服了超細(xì)水霧本身對滅小火效果不佳的缺點，非常適用于初發(fā)火災(zāi)。同時氮氣本身就是很好的滅火劑，因而，超細(xì)水霧的滅火性能將大大提高，這是水一氮氣兩相流超細(xì)水霧獨有的滅火機理。

　　3.3系統(tǒng)控制

　　通常情況下，車內(nèi)火情由耐高溫、防水(防爆)型火災(zāi)探測器監(jiān)測。發(fā)生火災(zāi)時探測器給電控箱信號，由電控箱控制聲光報替器報警，同時給噴嘴前的水、氣電磁閥打開指令，隨即噴嘴噴霧滅火。車箱內(nèi)還設(shè)有手動開關(guān)，用以在特殊情況下(如火災(zāi)探測器未響應(yīng))緊急噴霧滅火。

　　4 結(jié)論

　　超細(xì)水霧滅火與鹵代烷、CO2,泡沫等滅火方法相比，具有滅火劑用量少、設(shè)備簡單、造價低以及綠色無害等優(yōu)點，并且體積小巧，非常適合于移動電源車輛。目前，國外的一些研究機構(gòu)已經(jīng)開始在軍用戰(zhàn)車上進行細(xì)水霧滅火，用以有效保護軍用車輛免受火災(zāi)危害的研究。細(xì)水霧系統(tǒng)在備用狀態(tài)時儲水瓶為常壓，不存在泄漏問題，安裝與日常維護十分便捷。另外，進行的帶電噴放細(xì)水霧試驗表明，由于細(xì)水霧是由不連續(xù)水滴組成的氣溶膠，因而，具有很好的電絕緣性能，已經(jīng)被大量應(yīng)用于油浸式變壓器等場合。這種滅火裝置還可以用于氣源車、易燃液體罐車等車輛，有著很廣泛的應(yīng)用前景。文/李剛秦巖郭劍峰