超細水霧滅火裝置的應用及原理

　　摘要：超細水霧滅火與鹵代烷、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已經(jīng)開始在軍用戰(zhàn)車上進行細水霧滅火，用以有效保護軍用車輛免受火災危害的研究。北京恒泰消防淮海滅火器工廠直營價格敬請電詢，北京負責配送，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，提供消防設施檢測及電氣檢測服務，消防專營資質，放心選購，品質三包。

　　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，具有較大的火災危險性，屬于易燃車輛裝備。一旦火災發(fā)生，輕者造成設備損壞、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的初期火災顯得尤為重要。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)專門訓練情況下，不可避免地會手忙腳亂。要求他們在最短時間內冷靜地完成跑向滅火器-摘下滅火器-拔下保險銷-靠近并對準火焰底部-按下鴨嘴開關開始噴射等一系列動作，在當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 超細水霧滅火的應用及機理

　　2.1超細水霧滅火的應用

　　水是人們認識最早也是應用最廣的滅火劑，它經(jīng)歷了水-水噴琳-水噴霧-細水霧-超細水霧這樣的發(fā)展歷程，相應的水滴平均直徑由水噴淋1一2mm，水噴霧200um，發(fā)展到超細水霧50um，用水量從原來的很大發(fā)展為極小。人們對細水霧及超細水霧滅火系統(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，細水霧以及超細水霧滅火系統(tǒng)越來越受到各國研究者的關注。70年代末，美國海軍用有限的艦載水源，以超細水霧撲救潛艇艙室火災試驗，開始了超細水霧滅火的新技術。80年代中期，英國海軍進行了用超細水霧撲救潛艇魚雷艙火災試驗。其后，英國民航局(CAA)和美國聯(lián)邦航空局(FAA)都出資支持用超細水霧撲救民航機客艙火災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，也可以用于濃硫囘酸、濃硝酸場所的火災。并且，由于霧狀水滴之間是不連續(xù)、不導電的，所以，也可以用于撲救帶電設備的火災。另一方面，由于用水量極小，在相同滅火時間內僅相當于水噴淋系統(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。當使用純水作為滅火劑時，可以用于貴重電子設備、計算機房等場合。

　　2.2超細水霧滅火的機理

　　撲救火災的指導思想為盡早發(fā)現(xiàn)火災并將其撲滅，這就要求水盡可能多地在最短時間內汽化。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、適用火災類型、對設備的損害方面也相差很遠。對于超細水霧來說，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，降低封閉空間內的溫度;

　　(2)隔氧窒息作用超細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)氧的體積分數(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，達到防止火災蔓延的效果。

　　3 移動電源車超細水霧滅火裝置設計

　　柴油發(fā)電機的火災主要是柴油火災，其次是發(fā)電機和電纜的電氣火災〔'〕，因此，用超細水霧滅火系統(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水霧噴頭，由火災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，可以在最短時間內撲滅火災。系統(tǒng)圖如圖1所示，實物圖如圖2所示。

　　3.1超細水霧動力方式

　　目前，產(chǎn)生細水霧的動力源主要是預安裝系統(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的水，另一路節(jié)流降壓后直接供到噴嘴。平時儲水罐內的水處于常壓，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

　　噴嘴是超細水霧滅火系統(tǒng)的最關鍵部件之一，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，對火焰流場結構的影響很大。

　　(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，噴嘴由內腔、外腔及共振腔組成，內腔為水通道，外腔為壓縮氮氣通道。當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水霧。噴嘴結構如圖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失去穩(wěn)定燃燒的條件，這克服了超細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。同時氮氣本身就是很好的滅火劑，因而，超細水霧的滅火性能將大大提高，這是水一氮氣兩相流超細水霧獨有的滅火機理。

　　3.3系統(tǒng)控制

　　通常情況下，車內火情由耐高溫、防水(防爆)型火災探測器監(jiān)測。發(fā)生火災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。車箱內還設有手動開關，用以在特殊情況下(如火災探測器未響應)緊急噴霧滅火。

　　4 結論

　　超細水霧滅火與鹵代烷、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已經(jīng)開始在軍用戰(zhàn)車上進行細水霧滅火，用以有效保護軍用車輛免受火災危害的研究。細水霧系統(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，進行的帶電噴放細水霧試驗表明，由于細水霧是由不連續(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，有著很廣泛的應用前景。文/李剛秦巖郭劍峰