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新 型 细 水 雾 添 加 剂 的 制 备 及 其 灭 火 性 能 评 价 1 2 2 刘 江 虹, 金 翔, 廖 光 煊 (1. 上 海 海 事 大 学 海 洋 环 境 与 工 程 学 院, 上 海 201306; 2. 中 国 科 学 技 术 大 学 火 灾 科 学 国 家 重 点 实 验 室, 合 肥 230026) [ 摘 要 ] 在 研 究 传 统 细 水 雾 添 加 剂 的 基 础 上, 取 长 补 短, 采 用 物 理 工 艺 制 备 出 新 型 复 合 添 加 剂, 针 对 典 型 火 源 ( 酒 精 池 火 煤 油 池 火 与 木 垛 火 ), 改 变 添 加 剂 浓 度 开 展 了 一 系 列 灭 火 实 验 结 果 表 明 : 新 型 复 合 添 加 剂 显 著 增 强 了 细 水 雾 的 灭 火 性 能, 可 提 高 灭 火 时 间 5 ~8 倍 随 着 细 水 雾 中 添 加 剂 含 量 的 不 断 增 加, 油 池 火 的 灭 火 时 间 呈 现 出 先 快 速 下 降, 而 后 略 微 增 长 的 趋 势 ; 而 木 垛 火 的 灭 火 时 间 表 现 为 平 缓 下 降, 并 趋 于 稳 定 含 新 型 复 合 添 加 剂 的 细 水 雾 灭 火 是 物 理 化 学 复 合 作 用 机 制, 但 主 导 灭 火 机 理 是 燃 料 表 面 的 冷 却 与 隔 离 作 用 [ 关 键 词 ] 细 水 雾 ; 添 加 剂 ; 制 备 ; 灭 火 性 能 [ 中 图 分 类 号 ] X932 [ 文 献 标 识 码 ] A [ 文 章 编 号 ] 1009-1742(2010)09-0058 -05 1 前 言 细 水 雾 灭 火 技 术 以 其 无 环 境 污 染 ( 不 会 损 耗 臭 氧 层 或 产 生 温 室 效 应 ), 灭 火 迅 速, 耗 水 量 低, 介 质 低 廉, 对 防 护 对 象 破 坏 性 小 以 及 适 用 于 特 殊 场 所 火 灾 等 特 点, 已 经 成 为 卤 代 烷 系 列 的 主 要 替 代, 备 受 全 [ 1 ] 球 各 国 的 重 视 世 界 各 国 对 细 水 雾 灭 火 技 术 开 展 了 广 泛 深 入 的 研 究, 取 得 了 一 系 列 重 要 的 成 果 现 在, 细 水 雾 灭 火 技 术 已 经 开 始 应 用 于 动 力 机 舱 交 通 运 输 工 具 舰 船 计 算 机 房 可 燃 性 液 体 存 储 仓 库 等, 同 时 在 民 用 建 筑 古 建 筑 航 空 与 航 天 飞 行 器 机 [ 2 ~4 ] 舱 的 应 用 研 究 方 面 也 取 得 了 令 人 鼓 舞 的 成 果 值 得 指 出 的 是 : 常 规 细 水 雾 主 要 通 过 冷 却 燃 料 和 氧 化 剂 汽 化 隔 氧 和 稀 释 氧 气 浓 度 以 及 衰 减 热 辐 射 降 低 热 反 馈 等 效 应, 降 低 化 学 反 应 速 率 及 火 焰 的 传 播 速 率, 达 到 控 制 和 扑 灭 火 灾, 属 于 抑 制 熄 灭 火 灾 的 物 理 方 法, 因 此 在 某 些 特 殊 火 灾 场 景 下 的 应 用 存 [ 5 ] 在 不 足 研 究 人 员 发 现 : 常 规 细 水 雾 难 以 有 效 扑 灭 位 于 障 碍 物 保 护 下 的 火 焰 ; 对 于 通 风 良 好 的 空 间, 由 于 雾 滴 的 大 量 损 失, 降 低 了 常 规 细 水 雾 的 灭 火 有 效 性 ; 在 扑 救 类 似 木 垛 火 等 深 位 火 焰 时, 普 通 流 量 下, 常 规 细 水 雾 难 以 有 效 扑 灭, 容 易 发 生 复 燃 ; 而 且 当 环 境 温 度 位 于 0 以 下 时, 水 会 结 成 冰, 限 制 了 低 温 情 况 下 细 水 雾 的 应 用 因 此 进 一 步 提 高 常 规 细 水 雾 的 灭 火 有 效 性, 扩 展 其 应 用 范 围, 备 受 全 球 各 国 的 重 视, 其 中 发 展 清 洁 高 效 的 含 添 加 剂 细 水 雾 成 为 当 [ 6 ~10 ] 今 国 际 火 灾 科 学 前 沿 的 研 究 热 点 之 一 文 章 在 研 究 传 统 细 水 雾 添 加 剂 的 基 础 上, 分 析 比 较 国 内 外 水 系 添 加 剂 的 配 方, 首 先 研 制 新 型 复 合 型 细 水 雾 添 加 剂, 其 次 通 过 模 拟 实 验 评 价 含 新 型 添 加 剂 细 水 雾 灭 火 的 有 效 性, 最 后 分 析 复 合 型 细 水 雾 添 加 剂 的 灭 火 机 理, 为 实 际 工 程 应 用 提 供 科 学 依 据 2 常 规 细 水 雾 添 加 剂 根 据 添 加 剂 的 物 理 化 学 性 质, 传 统 细 水 雾 添 加 [ 11,12 ] 剂 大 致 可 划 分 为 三 大 类 : 第 一 类 为 无 机 盐 类 添 加 剂, 以 水 溶 性 的 碱 金 属 盐 和 碱 土 金 属 盐 为 灭 火 主 剂, 辅 以 其 他 灭 火 助 剂, 主 要 包 括 NaHCO 3, Na 2 CO 3, KHCO 3, K 2 CO 3, LiCl, CaCl 2 等 无 机 盐 类 添 加 剂 虽 然 可 以 有 效 提 高 细 水 [ 收 稿 日 期 ] 2009-04 -20 [ 基 金 项 目 ] 国 家 自 然 科 学 基 金 面 上 项 目 (50676092) ; 上 海 海 事 大 学 校 基 金 项 目 资 助 (20100076) [ 作 者 简 介 ] 刘 江 虹 (1966 -), 男, 安 徽 贵 池 市 人, 上 海 海 事 大 学 副 教 授, 博 士, 主 要 从 事 火 灾 动 力 学 演 化 机 理 及 防 治 技 术 研 究 ; E -mail: liujh@shmtu.edu.cn 58

雾 的 灭 火 效 率, 但 由 于 配 方 中 的 无 机 金 属 盐 在 水 溶 液 中 易 电 离, 而 电 离 后 的 大 量 金 属 离 子 不 仅 对 存 贮 设 备 的 耐 腐 蚀 性 有 较 高 的 要 求, 而 且 还 会 对 火 灾 现 场 的 精 密 仪 器 和 金 属 材 质 的 设 备 造 成 严 重 的 损 害, 因 而 应 用 范 围 受 到 很 大 的 限 制 第 二 类 为 可 以 改 变 细 水 雾 黏 性 的 有 机 化 合 物, 主 要 由 表 面 活 性 剂 遮 光 剂 和 黏 性 调 节 剂 组 成 它 主 要 通 过 改 善 细 水 雾 的 流 动 性 能 和 增 强 细 水 雾 的 遮 光 性 来 改 善 细 水 雾 的 灭 火 性 能 由 于 此 类 添 加 剂 不 具 有 化 学 灭 火 作 用, 因 而 对 细 水 雾 的 灭 火 效 率 的 提 高 十 分 有 限, 并 且 此 类 添 加 剂 中 的 表 面 活 性 剂 遮 光 剂 和 黏 性 调 节 剂 均 为 高 碳 链 烃, 分 子 结 构 复 杂, 不 仅 合 成 困 难, 而 且 成 本 较 高 第 三 类 为 泡 沫 类 添 加 剂 此 类 添 加 剂 在 灭 火 过 程 中 可 以 产 生 大 量 泡 沫, 利 用 泡 沫 的 隔 热 和 隔 氧 作 用 不 仅 可 以 提 高 细 水 雾 灭 火 效 率, 而 且 还 可 以 提 高 抗 复 燃 性 但 是 泡 沫 型 添 加 剂 在 灭 火 现 场 火 灾 熄 灭 后 会 残 留 大 量 的 泡 沫, 对 被 保 护 空 间 造 成 严 重 污 染, 一 般 只 用 于 对 环 保 要 求 较 低 的 特 殊 场 合 因 此, 如 果 能 将 这 些 化 合 物 作 为 细 水 雾 的 添 加 剂 组 分, 将 会 大 大 提 升 细 水 雾 的 灭 火 性 能, 使 细 水 雾 灭 火 技 术 真 正 成 为 理 想 哈 龙 替 代 物 3 复 合 细 水 雾 添 加 剂 的 制 备 对 现 有 的 3 种 添 加 剂 组 成 进 行 了 整 合 改 进, 取 长 补 短, 制 备 了 具 有 3 种 添 加 剂 绝 大 部 分 优 点 且 基 本 克 服 其 缺 陷 的 一 种 新 型 细 水 雾 灭 火 添 加 剂, 其 组 成 配 方 如 表 1 所 示 表 1 复 合 添 加 剂 配 方 组 成 Table 1 Formulation of composite additives 组 分 质 量 百 分 浓 度 /% 氟 表 面 活 性 剂 6.0 烷 基 酚 聚 氧 乙 烯 醚 3.0 尿 素 6.5 三 乙 醇 氨 0.5 N,N - 二 甲 基 甲 酰 胺 15.0 乳 酸 钠 1.5 水 67.5 配 置 步 骤 为 : 把 质 量 分 数 为 6.0 % 的 氟 表 面 活 性 剂 在 缓 慢 搅 拌 下 加 入 到 质 量 分 数 为 15.0 % 的 N, N - 二 甲 基 甲 酰 胺 中, 搅 拌 至 完 全 溶 解, 然 后 加 入 质 量 分 数 为 67.5 % 的 水 稀 释 ; 并 在 缓 慢 搅 拌 下 加 入 质 量 分 数 为 0.5 % 的 三 乙 醇 氨 质 量 分 数 为 6.5 % 的 尿 素 和 质 量 分 数 为 1.5 % 的 乳 酸 钠 ; 待 三 乙 醇 氨 尿 素 和 乳 酸 钠 完 全 溶 解 后, 在 溶 液 中 加 入 质 量 分 数 为 3.0 % 的 烷 基 酚 聚 氧 乙 烯 醚, 搅 拌 直 至 形 成 澄 清 溶 液, 然 后 用 醋 酸 或 氢 氧 化 钠 调 节 其 ph 值 至 8, 过 滤 后 的 溶 液 即 可 存 储 备 用 ; 添 加 剂 用 于 细 水 雾 灭 火 使 用 时, 首 先 把 上 述 配 置 的 浓 溶 液 加 水 稀 释, 直 至 氟 表 面 活 性 剂 的 含 量 降 低 到 0.2 % ~0.8 %( 质 量 百 分 浓 度 ) 的 范 围 内, 然 后 把 稀 释 后 的 溶 液 加 入 到 细 水 雾 灭 火 系 统 的 蓄 水 罐 中, 连 接 好 相 应 管 路 ; 当 火 灾 发 生 时, 启 动 细 水 雾 灭 火 系 统 中 的 氮 气 气 瓶, 在 氮 气 压 力 的 作 用 下, 蓄 水 罐 中 的 溶 液 作 为 灭 火 介 质 经 过 喷 头 以 雾 化 状 态 喷 出, 扑 灭 相 应 火 灾 复 合 添 加 剂 主 要 包 括 以 下 四 类 物 质 : 一 是 可 以 有 效 增 加 细 水 雾 化 学 灭 火 作 用 的 物 质, 这 类 物 质 包 括 受 热 分 解 的 热 敏 性 物 质 和 可 以 中 断 燃 烧 链 反 应 的 化 学 物 质 ; 二 是 碳 氢 表 面 活 性 剂, 主 要 是 提 高 细 水 雾 的 隔 氧 效 果 和 降 低 火 焰 的 热 辐 射 作 用 ; 三 是 氟 表 面 活 性 剂, 主 要 作 用 是 降 低 细 水 雾 的 表 面 张 力, 提 高 雾 化 效 果 ; 四 是 溶 剂, 作 用 是 使 得 上 述 三 类 物 质 和 水 可 以 形 成 均 一 的 液 相, 同 时 还 可 以 提 高 细 水 雾 的 抗 冻 能 力 由 于 第 一 类 物 质 中 含 有 金 属 离 子, 因 此 具 有 无 机 盐 类 添 加 剂 可 以 有 效 提 高 细 水 雾 灭 火 效 率 的 优 点, 又 由 于 此 类 物 质 是 有 机 盐, 在 水 溶 液 中 不 容 易 电 离, 故 腐 蚀 性 和 无 机 盐 相 比 大 大 降 低 ; 第 二 类 物 质 中 的 碳 氢 表 面 活 性 剂 和 第 三 类 物 质 中 的 氟 表 面 活 性 剂, 可 以 使 得 细 水 雾 可 以 在 燃 烧 表 面 形 成 一 层 水 膜 隔 绝 氧 气 和 降 低 热 辐 射, 这 就 继 承 了 泡 沫 添 加 剂 的 抗 复 燃 能 力 强 的 灭 火 特 性, 而 且 又 由 于 此 两 类 物 质 产 生 的 泡 沫 数 量 很 少, 故 可 大 幅 度 的 减 轻 泡 沫 添 加 剂 对 灭 火 现 场 的 污 染 ; 同 时, 第 三 类 物 质 还 可 以 有 效 的 改 善 细 水 雾 灭 火 介 质 的 表 面 张 力, 进 而 改 进 细 水 雾 的 流 动 特 性 ; 第 四 类 物 质 可 以 降 低 细 水 雾 灭 火 介 质 的 熔 点, 这 对 提 高 细 水 雾 的 温 度 适 应 范 围 具 有 重 大 意 义 4 新 型 复 合 添 加 剂 灭 火 性 能 评 价 为 了 全 面 分 析 评 价 研 制 的 新 型 灭 火 添 加 剂 对 细 水 雾 灭 火 性 能 的 影 响, 利 用 火 灾 科 学 国 家 重 点 实 验 室 的 细 水 雾 灭 火 模 拟 实 验 平 台, 针 对 不 同 火 源 ( 酒 精 池 火 煤 油 池 火 与 木 垛 火 ), 改 变 添 加 剂 浓 度 开 展 了 一 系 列 灭 火 实 验 实 验 在 3 m 3 m 3 m 的 受 限 空 间 内 进 行, 细 水 雾 由 恒 压 供 水 的 压 力 型 雾 化 喷 头 产 生, 位 于 火 源 正 上 方, 竖 直 向 下 距 离 火 源 2.5 m, 喷 头 工 作 压 力 1.0 MPa, 雾 滴 平 均 粒 径 为 2010 年 第 12 卷 第 9 期 59

200 ~300 μm 在 距 离 火 源 上 表 面 中 心 0.02 m 处 布 置 第 一 个 热 电 偶, 然 后 沿 着 表 面 中 心 线 向 上 每 隔 20 cm 布 置 一 只 热 电 偶, 共 布 置 6 对 热 电 偶, 分 别 以 A,B,C,D,E,F 表 示, 用 于 测 量 灭 火 前 后 火 焰 温 度 的 变 化 火 源 选 用 具 有 代 表 性 的 酒 精 池 火 煤 油 池 火 与 木 垛 火 液 体 燃 料 用 直 径 为 33 cm, 深 度 为 2 cm 的 油 盘 盛 装, 保 持 液 面 距 离 油 盘 上 边 缘 9 mm 木 垛 体 积 为 0.4 m 0.4 m 0.3 m, 由 截 面 为 0.04 m 0.04 m 的 松 木 条 组 成, 木 条 间 距 2.5 cm, 含 湿 量 为 10 % 木 垛 底 部 放 置 一 个 直 径 为 25 cm 小 油 盘, 装 入 0.15 kg 酒 精 用 于 引 燃 液 体 燃 料 预 燃 30 s 后 开 始 施 加 细 水 雾, 木 垛 火 预 燃 180 s 后 开 始 施 加 细 水 雾 4.1 煤 油 池 火 普 通 细 水 雾 灭 煤 油 火 经 历 了 3 个 阶 段 : 首 先, 细 水 雾 启 动 后, 流 场 扰 动 加 剧, 火 焰 瞬 间 增 大, 燃 烧 加 剧 ; 随 后 更 多 的 雾 滴 进 入 火 羽 流 内, 吸 热 降 低 火 焰 区 的 温 度, 减 小 雾 滴 运 动 阻 力, 火 焰 逐 步 被 细 水 雾 覆 盖 起 来, 并 被 挤 压 向 油 盘 表 面 ; 最 后 雾 滴 穿 透 火 焰 区, 到 达 燃 料 表 面, 不 断 降 低 燃 料 表 面 温 度, 减 少 可 燃 气 体 的 蒸 发, 最 终 导 致 火 焰 熄 灭 其 中 第 三 阶 段 耗 时 最 多, 而 在 添 加 剂 的 作 用 下, 雾 滴 到 达 油 面 后, 会 迅 速 铺 展 开 来, 形 成 一 层 致 密 覆 盖 膜, 直 接 阻 止 燃 料 蒸 发, 因 此 大 大 缩 短 了 灭 火 时 间 图 1 给 出 了 细 水 雾 施 加 前 后 煤 油 火 温 度 的 变 化 从 图 1 可 以 看 出, 在 含 0.2 % 复 合 添 加 剂 细 水 雾 作 用 下, 煤 油 火 温 度 迅 速 下 降, 灭 火 时 间 不 到 2 s, 相 比 之 下, 普 通 细 水 雾 扑 灭 煤 油 火 需 要 10 s 图 2 给 出 了 添 加 剂 浓 度 对 煤 油 火 灭 火 时 间 的 影 响 可 以 看 出, 随 着 细 水 雾 中 添 加 剂 含 量 的 不 断 增 加, 灭 火 时 间 呈 现 出 先 下 降, 而 后 略 微 上 升 的 趋 势 4.2 酒 精 池 火 图 3 给 出 了 细 水 雾 施 加 前 后 酒 精 火 温 度 的 变 化 从 图 中 可 以 看 出, 在 细 水 雾 作 用 下, 相 对 于 煤 油 火, 酒 精 火 温 度 下 降 更 为 平 缓 同 时 在 实 验 中 也 观 察 到, 细 水 雾 开 启 后, 酒 精 火 并 无 瞬 间 增 大 现 象, 这 一 点 与 煤 油 火 有 较 大 区 别 由 于 酒 精 属 于 极 性 溶 剂, 与 水 互 溶, 当 雾 滴 到 达 燃 料 表 面 后, 会 直 接 稀 释 酒 精 燃 料, 降 低 它 的 蒸 发 速 率, 导 致 局 部 熄 火 加 入 添 加 剂 后, 雾 滴 到 达 燃 料 表 面 后, 不 仅 稀 释 液 体 燃 料, 更 主 要 的 是 在 燃 料 表 面 快 速 铺 上 一 层 覆 盖 膜, 大 大 缩 短 灭 火 时 间, 这 与 煤 油 火 类 似 图 4 给 出 了 添 加 剂 浓 度 对 细 水 雾 扑 灭 酒 精 火 时 间 的 影 响 从 图 4 图 1 含 0.2 % 添 加 剂 细 水 雾 作 用 下 煤 油 火 火 焰 温 度 的 变 化 Fig.1 Flame temperature of diesel pool fire suppressed by water mist with 0.2% MC concentration 图 2 不 同 添 加 剂 浓 度 下 细 水 雾 扑 灭 煤 油 火 的 时 间 Fig.2 Extinguishing time of the diesel pool fire as a function of MC concentration 图 3 含 0.2 % 添 加 剂 细 水 雾 作 用 下 酒 精 火 火 焰 温 度 的 变 化 Fig.3 Flame temperature of ethanol pool fire suppressed by water mist with 0.2 % MC concentration 可 以 看 出, 随 着 添 加 剂 含 量 的 不 断 增 加, 灭 火 时 间 同 样 呈 现 出 先 下 降, 而 后 略 微 增 加 的 趋 势 但 是 酒 精 闪 点 远 低 于 煤 油, 常 温 下 也 保 持 较 高 的 蒸 发 速 率, 因 60

此 扑 灭 酒 精 火 比 扑 灭 煤 油 火 更 加 困 难 图 4 不 同 添 加 剂 浓 度 下 细 水 雾 扑 灭 酒 精 火 的 时 间 Fig.4 Extingwishing time of the ethanol pool fire as a function of Mc concentration 4.3 木 垛 火 图 5 给 出 了 添 加 剂 对 细 水 雾 施 加 前 后 木 垛 火 温 度 变 化 的 影 响 从 图 5 可 以 看 出, 木 垛 火 大 约 需 要 150 s 达 到 完 全 燃 烧 稳 定 燃 烧 30 s 后, 开 启 细 水 雾, 火 焰 温 度 立 即 下 降, 燃 烧 得 到 有 效 抑 制, 木 垛 外 表 面 火 焰 首 先 熄 灭 添 加 剂 对 木 垛 外 表 面 火 焰 熄 灭 影 响 较 小, 但 加 速 了 其 内 部 火 焰 熄 灭 过 程, 缩 短 了 整 体 灭 火 时 间 与 油 池 火 不 同, 添 加 剂 对 细 水 雾 扑 灭 木 垛 火 性 能 提 高 幅 度 较 小, 并 且 随 着 细 水 雾 中 添 加 剂 含 量 的 不 断 增 加, 灭 火 时 间 逐 步 下 降, 并 处 于 稳 定, 如 图 6 所 示 图 5 含 0.8 % 添 加 剂 细 水 雾 作 用 下 木 垛 火 火 焰 温 度 的 变 化 Fig.5 Flame temperature of wood crib fire suppressed by water mist with 0.8 % MC concentration 4.4 含 添 加 剂 细 水 雾 的 灭 火 机 理 研 究 表 明, 常 规 细 水 雾 的 灭 火 机 理 主 要 为 冷 却 吸 热, 包 括 气 相 火 焰 冷 却 与 燃 料 表 面 冷 却, 隔 氧 稀 释 氧 气 浓 度 以 及 衰 减 热 辐 射 对 于 具 体 的 灭 火 场 景, 上 述 灭 火 机 理 均 同 时 发 挥 作 用, 但 主 导 灭 火 机 理 却 不 尽 相 同 加 入 添 加 剂 后, 由 于 改 变 了 水 的 物 理 化 学 性 质, 必 图 6 不 同 添 加 剂 浓 度 下 细 水 雾 扑 灭 木 垛 火 的 时 间 Fig.6 Extinguishing time of the wood crib fire as a function of MC concentration 将 导 致 不 同 机 理 对 灭 火 的 相 对 贡 献 发 生 变 化 文 章 研 制 的 添 加 剂 为 复 合 型 物 质, 其 中 多 种 组 分 均 对 细 水 雾 灭 火 机 理 产 生 影 响 添 加 剂 中 属 于 碱 金 属 盐, 在 火 焰 中 高 温 分 解 出 的 Na 以 蒸 气 或 失 去 电 子 的 阳 离 子 形 式 存 在 它 可 与 火 焰 中 的 活 性 自 由 [ 13 ] 基 H,O 和 OH 发 生 链 式 反 应, 大 量 消 耗 燃 烧 所 需 的 活 性 基 团, 抑 制 自 由 基 之 间 的 放 热 反 应, 从 而 中 断 燃 烧 的 链 式 反 应, 使 燃 烧 得 到 抑 制 因 此 乳 酸 钠 增 加 了 细 水 雾 的 化 学 灭 火 作 用 根 据 阿 仑 尼 乌 兹 反 应 定 律, 化 学 灭 火 作 用 的 强 弱 决 定 于 Na 的 摩 尔 浓 度 文 中 的 细 水 雾 所 含 乳 酸 钠 质 量 分 数 不 超 过 [ 14 ] 1.5 %, 远 低 于 金 属 钠 盐 5 % 的 最 佳 浓 度 值, 因 此 乳 酸 钠 化 学 灭 火 作 用 仅 起 到 辅 助 细 水 雾 灭 火 添 加 剂 中 尿 素 属 于 受 热 易 分 解 物 质, 温 度 高 于 130, 即 发 生 分 解, 分 解 产 生 的 CO 2 和 NH 3 起 到 惰 性 气 体 灭 火 作 用, 并 且 吸 收 大 量 热, 降 低 了 火 焰 温 度 因 此 尿 素 增 强 了 细 水 雾 的 物 理 灭 火 作 用 与 乳 酸 钠 类 似, 细 水 雾 中 尿 素 含 量 较 少, 其 对 物 理 灭 火 作 用 的 提 高 幅 度 也 很 有 限 而 向 细 水 雾 中 加 入 少 量 的 氟 表 面 活 性 剂, 则 可 以 大 幅 度 降 低 水 的 表 面 张 力, 如 图 7 所 示, 使 得 水 溶 液 能 够 迅 速 在 燃 料 表 面 铺 展 开 来, 并 形 成 保 护 膜, 不 仅 减 少 了 火 焰 对 燃 料 表 面 的 热 反 馈, 更 为 重 要 的 是 直 接 阻 止 可 燃 气 体 的 挥 发, 将 燃 料 与 氧 气 隔 离 开 来, 达 到 快 速 灭 火 作 用 文 章 研 制 的 添 加 剂 虽 使 火 焰 在 物 理 化 学 复 合 作 用 下 熄 灭, 但 其 主 导 灭 火 机 理 是 燃 料 表 面 的 冷 却 与 隔 离 作 用 从 图 7 可 以 进 一 步 看 出, 对 于 液 体 池 火, 氟 表 面 活 性 剂 最 佳 灭 火 浓 度 约 为 临 界 胶 束 浓 度 ( CMC) 的 2 ~3 倍 ; 对 于 木 垛 火, 其 最 佳 灭 火 浓 度 约 为 临 界 胶 束 浓 度 ( CMC) 的 8 ~10 倍 这 是 因 为, 对 于 液 体 池 火, 表 面 水 溶 液 膜 主 导 细 水 雾 2010 年 第 12 卷 第 9 期 61

灭 火 过 程 当 细 水 雾 中 氟 表 面 活 性 剂 达 到 临 界 胶 束 浓 度 后, 表 面 即 已 形 成 较 为 稳 定 保 护 膜, 继 续 增 加 表 面 活 性 剂 的 浓 度, 只 表 现 在 水 溶 液 内 部 胶 束 浓 度 的 [ 15 ] 增 加, 表 面 性 质 变 化 不 大 而 对 于 木 垛 火, 由 表 面 活 性 剂 形 成 的 保 护 膜 则 难 以 做 到 完 全 覆 盖 木 垛 表 面, 发 挥 隔 离 灭 火 作 用 只 有 当 表 面 活 性 剂 足 够 多 时, 在 木 垛 表 面 覆 盖 较 厚 泡 沫 层 后, 添 加 剂 才 能 有 效 发 挥 隔 离 灭 火 作 用 5 结 语 图 7 Fig.7 细 水 雾 中 氟 表 面 活 性 剂 含 量 与 表 面 张 力 及 灭 火 时 间 之 间 的 关 系 Relationship between fluorinated surfactant concentration, surface tension and extinguishment time 通 过 对 传 统 添 加 剂 的 组 成 进 行 整 合 改 进, 取 长 补 短 研 制 出 一 种 新 型 复 合 细 水 雾 添 加 剂, 并 针 对 不 同 火 源, 改 变 复 合 添 加 剂 的 浓 度 研 究 了 对 细 水 雾 灭 火 有 效 性 的 影 响, 得 到 以 下 结 论 : 1) 新 型 复 合 细 水 雾 添 加 剂 显 著 增 强 了 细 水 雾 的 灭 火 性 能, 最 大 可 缩 短 灭 火 时 间 5 ~8 倍 随 着 细 水 雾 中 添 加 剂 含 量 的 不 断 增 加, 油 池 火 的 灭 火 时 间 呈 现 出 先 快 速 下 降, 而 后 略 微 上 升 的 趋 势 ; 而 木 垛 火 的 灭 火 时 间 表 现 为 平 缓 下 降, 并 趋 于 稳 定 2) 文 章 研 制 的 添 加 剂 为 复 合 型 物 质, 多 种 组 分 对 细 水 雾 灭 火 机 理 产 生 影 响 其 中 乳 酸 钠 增 加 了 细 水 雾 的 化 学 灭 火 作 用, 尿 素 和 表 面 活 性 剂 增 强 了 细 水 雾 的 物 理 灭 火 作 用, 火 焰 是 在 物 理 化 学 复 合 作 用 下 熄 灭, 但 主 导 灭 火 机 理 是 燃 料 表 面 的 冷 却 与 隔 离 作 用 3) 燃 料 性 质 不 仅 影 响 常 规 细 水 雾 的 灭 火 性 能, 也 同 样 对 添 加 剂 的 增 强 灭 火 作 用 产 生 重 要 影 响 对 于 油 池 火, 添 加 剂 灭 火 关 键 是 表 面 活 性 剂 在 油 池 表 面 快 速 成 膜 ; 而 对 于 木 垛 火, 仅 表 面 成 膜 还 难 以 有 效 发 挥 添 加 剂 的 隔 离 作 用 参 考 文 献 [1 ] 刘 江 虹. 细 水 雾 抑 制 熄 灭 固 体 火 焰 的 模 拟 实 验 研 究 [ D ]. 合 肥 : 中 国 科 学 技 术 大 学,2002 [ 2] Grant G, Brenton J, Drysdale D.Fire suppression by water sprays [ J].Progress in Energy and Combustion Science,2000, 26:79-130 [3 ] Liu Zhigang, Andrew K K.Review of water mist fire suppression technology: part one -fundamental studies [ J ].Journal of Fire Protection Engineering,2000,10:32-50 [4 ] Liu Zhigang, Andrew K K.Review of water mist fire suppression technology: part two -application studies [ J ].Journal of Fire Protection Engineering,2001,11:16-43 [5 ] Gerard G Back, Craig L Beyler, Rich Hansen.The capabilities and limitations of total flooding, water mist fire suppression sys- tems in machinery space applications[ J].Fire Technology,2000, 36:8-23 [6 ] Richard G G.FY2002 Annual Report: Next Generation Fire Sup- pression Technology Program[ R ].National Institute of Standards and Technology, NGP TN -1451, 2002 [7 ] Finnerty A E.Water -based fire -extinguishing agents[ A].Pro- ceedings of Halon Option Technical Working Conference [ C ].Al- buquerque, NM, 1995.461-471 [8 ] Shilling H, Dlugogorski B Z, Kennedy E M.Extinction of diffu- sion flames by ultrafine water mist doped with metal chlorides [ A].Proc 6 th Australasian Heat and Mass Transfer Conf Sydney [ C].New York,1998 [9 ] Edwards M, Watkins S, Glockling J.Low pressure water mist,fine water spray, water source and additives: evaluation for the royal navy[ A ].Proceedings of the 8 th International Fire Science and Engineering Conference [ C ]. Interflam 99, Edinburgh, Scot- land, 1999,1:639-650 [10] Kim A K.Fire suppression performance of water mist systems with Additives[ A].Proceedings of Safety Science and Technolo- gy International Symposium[ C].Beijing, 2000.561-566 [11] Yang Jiancheng.Technical Support for the Study of Droplet Inter- actions with Hot Surfaces -Final Technical Report [ R].Build- ing and Fire Research Laboratory.National Institute of Standards and Technology, 2003:102-115 [12] NFPA 18.Standard on Water Additives for Fire Control and Va- por Mitigation[ S]. [13] Friedman R.Principles of Fire Protection Chemistry, 2 nd Edition [ M].Quincy, MA: National Fire Protection Association, 1989 [14] Cong Beihua, Mao Tao, Liao Guangxuan.Experimental investi- gation on fire suppression effectiveness for pool fires by water mist containing NaCl additive [ J ].Journal of Thermal Science and Technology, 2004,3 (1) : 65-70 [15] 郑 忠, 胡 纪 华. 表 面 活 性 剂 的 物 理 化 学 原 理 [ M ] : 广 州 : 华 南 理 工 大 学 出 版 社,1995 ( 下 转 68 页 ) 62