水霧系統(tǒng)滅火效果

一個是其產(chǎn)生足夠小的水滴的能力一個是將足夠數(shù)量的水分布到整個空間的能力。這兩種能力又受液滴大小、速度分布、沖量以及噴頭幾何特性等因素的影響同時也受保護對象的幾何形狀和被保護空間大小等其它客觀因素的影響。

細水霧不適合于用水不能撲救的物質(zhì)如過氧化鉀、過氧化鈉、過氧化鋇、過氧化鎂等過氧化物因為這些物質(zhì)遇水將發(fā)生劇烈分解反應(yīng)放出反應(yīng)熱并生成氧氣這容易與某些有機物、易燃物、輕金屬等因為反應(yīng)速度過快而發(fā)生爆炸;細水霧也不適合于撲救遇水燃燒物質(zhì)如金屬鉀、鈉碳化鈣、碳化鋁、碳化鈉、碳化鉀。

(1)用水量大大降低。通常而言常規(guī)水噴霧用水量是水噴淋的70%-90%而細水霧滅火系統(tǒng)的用水量通常為常規(guī)水噴霧的20%以下;

(2)降低了火災(zāi)損失和水漬損失。對于水噴淋系統(tǒng)很多情況下由于使用大量水進行火災(zāi)撲救造成的水漬損失還要高于火災(zāi)損失;

(3)減少了火災(zāi)區(qū)域熱量的傳播。由于細水霧的阻隔熱輻射作用有效控制火災(zāi)蔓延;

(4)電氣絕緣性能更好可以有效撲救帶電設(shè)備火災(zāi);

(5)能夠有效撲救低閃點的液體火災(zāi)

相對于氣體滅火系統(tǒng)

(1)細水霧對人體無害對環(huán)境無影響適用于有人的場所;

(2)細水霧具有很好的冷卻作用可以有效避免高溫造成的結(jié)構(gòu)變形且滅火后不會復(fù)燃;

(3 )細水霧系統(tǒng)的水源更容易獲取滅火的可持續(xù)能力強;

(4)可以有效降低火災(zāi)中的煙氣含量及毒性。

(5)管道管徑較小、節(jié)省管材。相對于傳統(tǒng)的自動噴水滅火系統(tǒng)而言其重量輕可減少90%。同時安裝費用也相應(yīng)降低[17]。

單相流系統(tǒng):是指采用單管供水至每個噴頭的細水霧滅火系統(tǒng)。

雙相流系統(tǒng):是指水和霧化介質(zhì)分開來供給并在細水霧噴頭上混合的細水霧滅火系統(tǒng)。

低壓系統(tǒng):系統(tǒng)管網(wǎng)工作壓力小于或等于1.21MPa的細水霧滅火系統(tǒng)。

中壓系統(tǒng):系統(tǒng)管網(wǎng)工作壓力大于1.21MPa小于或等于3.45MPa的細水霧滅火系統(tǒng)。

高壓系統(tǒng):系統(tǒng)管網(wǎng)工作壓力大于3.45MPa的細水霧滅火系統(tǒng)。

局部應(yīng)用系統(tǒng):系統(tǒng)被設(shè)計和安裝成向保護對象直接噴射細水霧的應(yīng)用方式。

全空間應(yīng)用系統(tǒng):是指設(shè)計和安裝成用來保護整個封閉空間里的所有危險的應(yīng)用方式。

分區(qū)應(yīng)用系統(tǒng):系統(tǒng)被設(shè)計和安裝成用于保護在一個封閉空間的某個預(yù)定部分的危險的應(yīng)用方式。

開式系統(tǒng)(雨淋系統(tǒng))和閉式系統(tǒng)(即濕式系統(tǒng)、干式系統(tǒng)和預(yù)作用系統(tǒng))。

泵組式系統(tǒng):采用泵組進行供水的細水霧滅火系統(tǒng)。

容器式系統(tǒng):采用儲水容器、儲氣容器進行加壓供水的細水霧滅火系統(tǒng)。

組合分配系統(tǒng):用一套滅火系統(tǒng)保護兩個或兩個以上保護區(qū)或保護對象的細水霧滅火系統(tǒng)。

單元獨立系統(tǒng):用一套滅火系統(tǒng)保護一個保護區(qū)或保護對象的細水霧滅火系統(tǒng)。

按照噴射水霧中水微粒的大小分布細水霧可分為3類I類細水霧:累積百分體積分布曲線全部位于連接Dv0.1=100μm和Dv0.9=200μm連線的左邊代表了最精細的水霧。Ⅱ類細水霧:是累積百分容積分布曲線的一部分位于I類噴霧界限以外但全部在連接Dv0.1= 200μm和Dv0.9= 400μm連線的左邊。這類細水霧可以通過壓力噴射噴頭雙相流噴頭及許多沖擊式噴頭產(chǎn)生由于有較大水滴出現(xiàn)Ⅱ類細水霧更容易產(chǎn)生較大的流量。Ⅲ類細水霧:Dv0.9大于400μm或者曲線任何部分超過Ⅱ類分界線的右邊(但Dv0.9<1000μm)這種細水霧主要由中壓、小孔口噴頭、各種沖擊式噴頭產(chǎn)生的并且它們可以得到較大流量。

不同的噴嘴結(jié)構(gòu)其霧化性能可能有很大差別有些型式的噴嘴無論如何調(diào)整參數(shù)都無法達到要求的霧化性能。選擇一種型式的噴嘴不僅僅要考慮其可能達到的霧化性能還要考察其結(jié)構(gòu)、加工難度和適用范圍等。廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中的液體霧化方法中具有代表性的有以下幾類。

將壓力轉(zhuǎn)化為流體動能以形成高速運動的液柱射流或液膜射流與周圍低速的氣體介質(zhì)相遇液柱或液膜在破碎力與反破碎力的作用下破碎最后完成霧化。主要包括直流噴頭、單式離心噴頭等。

直流噴頭

直流噴頭在壓差作用下噴淋液經(jīng)噴嘴噴出在流體動力和表面張力的作用下霧化。直流噴頭的噴嘴口徑一般為2~4mm直徑過小易堵塞過大霧化效果太差。其噴射錐角一般在5°~15°之間。液滴主要分布在噴嘴軸線附近很窄的范圍內(nèi)。

單式離心噴頭

離心式噴頭典型的有兩種。一種是具有切向進口的離心式噴頭液體經(jīng)過噴頭殼體上的切向孔進入離心室然后由孔口噴出。一種是具有渦旋器的離心噴頭液體進入螺旋槽一邊旋轉(zhuǎn)一邊向下作螺旋線運動離開噴嘴后液體微團不再受到內(nèi)壁的約束因而沿著軸線和切向運動形成一個錐形薄膜即所謂噴射錐。噴射錐角一般為60°~120°。

氣動式又稱介質(zhì)式利用空氣或蒸汽作霧化介質(zhì)將噴出的液體霧化。一般是雙流體噴霧型有高壓和低壓兩種類型。工作原理是借助于流動氣體的動能將液柱或液膜吹散破碎成液滴。

旋轉(zhuǎn)式又稱轉(zhuǎn)杯式將液體注入一個高速旋轉(zhuǎn)的杯或圓板表面上借助于轉(zhuǎn)杯高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用將液體均勻地甩出去液膜破碎完成霧化過程。它最主要的優(yōu)點就是價格低廉而且結(jié)構(gòu)簡單。

利用兩股高速液體射流互相沖擊或一股高速射流與金屬板沖擊進行霧化。

借助于聲波、超聲波等作用使液體振動而失穩(wěn)進行分裂霧化、破碎成小液滴的噴嘴型式統(tǒng)稱為振動霧化噴嘴。有低頻機械振動霧化噴嘴、超聲振動霧化噴嘴等。由于裝置比較復(fù)雜所以一般只在實驗室和地面工業(yè)中使用。

氣泡霧化噴頭采用的方法是在噴頭的出口前設(shè)置一氣流管道管的頭部有一定數(shù)量的小孔。氣體在很低的壓力下以很低的速度進入液體場氣液壓差僅使液體不回流入氣管液體流經(jīng)噴口時被氣泡擠壓成薄膜或小碎片小氣泡從噴口出來后爆裂這種爆裂相當于給液膜增加了擾動促使液膜破碎成更小的液滴。

將液體加以高壓靜電使液滴處于電場中帶有電荷電荷之間的斥力使得液膜表面積擴大而液體的表面張力又趨于使表面積縮小當電荷間斥力大于表面張力時液膜破碎成小液滴。靜電霧化噴頭霧化效果非常好但是流量特別小只適合于噴涂、印刷。

噴頭按照霧化方式又可以分為撞擊式水霧噴頭和離心式水霧噴頭。撞擊式水霧噴頭是通過噴嘴的直流水柱噴射到濺水盤上靠機械力分解成很小的水珠而形成水霧。離心式水霧噴頭以多股高速旋轉(zhuǎn)的水流和直射水流在通過小口徑噴射時相互撞擊、打碎。這些極不穩(wěn)定的細水流不用濺水盤也能分解成小水珠再從噴嘴噴射而出形成噴霧。離心式水霧噴頭還可以分為單級離心式和雙級離心式。

與普通觀念不同不是所有的水霧噴頭都靠高壓成霧一般的水霧噴頭通常在0.35MPa的工作壓力下就能得到滿意的霧化效果。

在實際應(yīng)用中水霧噴頭處于室外其工作壓力的確定與噴頭的防風(fēng)性有關(guān)。防風(fēng)性差時可適當提高起動工作壓力。由于水霧噴頭型號規(guī)格的不同其防風(fēng)性能也有差異。一般來說離心式好于撞擊式;雙級離心式好于單級離心式;流量大的好于流量小的;噴霧角小的好于噴霧角大的。

水霧噴頭的有效射程一般取決于兩個方面:

(1) 霧滴的初速度。初速度越大有效射程就大。

(2) 水霧霧滴直徑的大小。霧滴直徑的大小直接關(guān)系到霧滴的穿透能力的大小。霧滴直徑大穿透能力強相對有效射程也就大些。

從這兩個決定因素看離心式水霧噴頭的有效射程大于撞擊式水霧噴頭。在實際應(yīng)用中水霧噴頭保護距離的確定不單看有效射程與其噴霧角也有一定的聯(lián)系?？紤]到滅火效果和經(jīng)濟性噴霧角小的保護距離可取大一些;反之取小一些。

相對而言離心式水霧噴頭的安裝形式比較靈活。噴頭安裝形式可根據(jù)滅火要求任意布置。原則是針對保護對象能有效覆蓋被保護面。普通撞擊式水霧噴頭都是按下垂方式安裝的其布置原則與標準型噴頭差不多。

由于兩種形式的水霧噴頭在成霧原理上的不同也勢必造成在滅火功能方面的差異。

撞擊式水霧噴頭霧滴較細霧滴直徑一般在0.2~0.4mm。由于霧滴經(jīng)濺水盤布水后灑落其大部分水霧的噴射初速度不快在空氣中有明顯的漂移冷卻作用較為顯著。撞擊式水霧噴頭大都用來保護閃點66℃以下的易燃液體、氣體和固體危險區(qū)。

離心式水霧噴頭噴射的霧滴較大一般在0.2-0.3mm左右霧滴的初速度也更快水霧對火焰的穿透能力較撞擊式水霧噴頭強。離心式水霧噴頭噴射的霧狀水滴是不連續(xù)的、間斷水滴因而具有良好的高壓絕緣性能。

離心式水霧噴頭的特點是:對油類火災(zāi)效果良好對電氣火災(zāi)能帶電滅火。火災(zāi)撲滅后復(fù)燃的可能性極小。離心式水霧噴頭通常用來保護閃點66℃以上易燃液體和電氣設(shè)備。被廣泛用于變壓器、發(fā)電機組、感應(yīng)器、油浸開關(guān)、油槽等的保護[21]。

離心式噴頭對工作壓力要求比較低抗干擾能力優(yōu)于撞擊式噴頭有效射程大于撞擊式噴頭采用下垂式安裝安裝方便更適用于滅油池火且離心式噴頭結(jié)構(gòu)簡單、體積小、生產(chǎn)成本低故本選用離心式噴頭作為實驗噴頭考慮到增加霧化效果故在噴頭中加入旋芯來增加渦流使霧場更均勻。

(1) 配水管安裝噴頭的管道稱配水管管道。

(2) 干管干管配水管可采用環(huán)狀管道或樹狀。

(3) 供水管供應(yīng)干管用水的管道稱供水管管道應(yīng)采用防腐蝕的管材例如采用不銹鋼管等。

(4) 控制閥控制閥應(yīng)設(shè)在與供水管連接處的干管上并且便于人員接近、平常易于檢查、不凍結(jié)的地方。在水滅火系統(tǒng)中能起控制供水、啟動報警器的專用閥門裝置習(xí)慣上稱作報警控制閥。每一噴水滅火系統(tǒng)至少應(yīng)配備一套報警控制閥一般由標準閘閥和專用報警閥并聯(lián)而成。

為防止噴霧頭被雜質(zhì)堵塞在水源進入水泵之前或水泵的出水口應(yīng)設(shè)過濾應(yīng)根據(jù)水源的水質(zhì)情況選用過濾網(wǎng)合適的目數(shù)。在過濾器處應(yīng)設(shè)有檢查、更換、排除雜質(zhì)的設(shè)施。

報警控制裝置在滅火系統(tǒng)中起著監(jiān)測、控制、報警的作用并能以光、電等信號顯示主要由監(jiān)測器、報警器等組成。

(1) 監(jiān)測器

包括水流指示器、閥門限位器、壓力監(jiān)測器和水位監(jiān)視器等能分別對管網(wǎng)內(nèi)的水流、閥門的開啟狀態(tài)和消防水池、水箱的水位等進行監(jiān)測并能以電信號方式向報警控制器傳送狀態(tài)信息。

(2) 報警器

一種靠壓力水驅(qū)動的撞擊式警鈴當報警控制閥開啟時壓力水就進入水力警鈴的渦輪腔推動渦輪錘打響警鈴實現(xiàn)在報警控制閥開啟時的報警指示。每個噴水滅火系統(tǒng)必須安裝一套水力警鈴。

為了確保細水霧滅火系統(tǒng)的完整性及施工安裝、使用維修的需要必須配置一些部件和專用工具它們包括電磁閥、手動啟動器、管件、快開裝置等。

(1) 電磁閥一般用作為系統(tǒng)自動控制的執(zhí)行元件。

(2) 手動啟動器凡采用自動開啟的報警閥裝置必須加設(shè)手動啟動器以防自動控制失靈。手動啟動器的安裝處應(yīng)有醒目的標記和操作指示。

細水霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)目前為止還是以經(jīng)驗值居多現(xiàn)階段還不能有全理論的設(shè)計參數(shù)其原因是多方面的。一是實際工程中還沒有很確切的火災(zāi)載荷計算方法二是噴頭噴水的冷卻效果和測定方法難以確定三是實際工程中可燃物的燃燒速度較難確定四是噴嘴在實際火災(zāi)現(xiàn)場的吸熱時間計算有難度等等。細水霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計主要是保證足夠多的水及時到達著火部位并均勻布水使水起到冷卻降溫達到滅火的目的。

通過對細水霧、細水霧噴嘴、細水霧發(fā)生系統(tǒng)的組成的分析研究可以得出以下結(jié)論:

(1)通過對細水霧滅火系統(tǒng)和滅火環(huán)境的分析針對熄滅油池火的需要確定了選用中低壓細水霧發(fā)生系統(tǒng)以降低對設(shè)備的要求節(jié)約成本。

(2)根據(jù)噴頭的選擇原則選用離心式加旋芯噴嘴作為細水霧發(fā)生器以滿足在較低的滅火壓力下產(chǎn)生較好的霧場。

(3)細水霧滅火技術(shù)越來越多地被運用和開發(fā)細水霧滅火技術(shù)的研究包括細水霧的系統(tǒng)組成、系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化、系統(tǒng)內(nèi)各部件的優(yōu)化、噴嘴的優(yōu)化這些對提高細水霧滅火效果都將有很大的意義。

(4)細水霧噴嘴是細水霧滅火系統(tǒng)的關(guān)鍵部件對細水霧噴嘴的研究及優(yōu)化是細水霧滅火系統(tǒng)研究的重要組成部分對細水霧系統(tǒng)的優(yōu)化有重要的意義對細水霧噴嘴的優(yōu)化研究需要研究水霧的生成機理。

本實驗是在2.5m×2.5m×3m的受限空間內(nèi)進行。實驗裝置如圖3-1所示。受限空間的框架屬于鋼結(jié)構(gòu)為了便于觀察受限空間的四個面裝上玻璃為了減少實驗對受限空間的損害玻璃采用鋼化玻璃。煙道全部是由鋼制成直接與受限空間相連。它由集煙罩和煙囪兩個部分組成。集煙罩是錐形的它用來收集在實驗過程中生成的所有燃燒產(chǎn)物。在它的側(cè)面打一個孔可以放置煙氣傳感器探頭用來采集煙氣成分頂部安裝抽出式風(fēng)機。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由煙氣成分采集系統(tǒng)和溫度變化采集系統(tǒng)組成。煙氣成分采集系統(tǒng)包括M-9000型燃燒分析儀、計算機和數(shù)據(jù)接收軟件;溫度變化采集系統(tǒng)包括USB溫度采集儀和熱電偶。

火焰溫度分布情況采用熱電偶來測定。將5根熱電偶固定到熱電偶樹上在距離油盤的上表面中心0.05m處布置一個熱電偶并沿著表面中心線向上每隔0.10m布置一個熱電偶各個熱電偶依次編為1、2、3、4、5號。這些熱電偶主要是用來觀察細水霧施加前后火焰溫度分布及其變化情況對不同實驗條件下細水霧的滅火效果進行比較。熱電偶接在USB溫度采集儀上溫度采集儀每隔1秒采集一次數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線連接到計算機自動記錄溫度。

氣體成分及濃度測定采用M-9000型燃燒分析儀它是一種小型便攜、快速分析、測量煙氣成份的新型分析儀器可同時測量排煙溫度、煙氣中的氧(O2)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、微壓(⊿P)等參數(shù)計算二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)、空氣過剩系數(shù)(α)、α=1時的一氧化碳值(CO′)、燃燒效率(η)并具有計算機通訊口(RS232),可實現(xiàn)與計算機的通訊聯(lián)網(wǎng)。

LS-2000系列分體式激光霧化液滴粒度分析儀是在顆粒測量技術(shù)研究及激光顆粒儀研制的基礎(chǔ)上研制的一種新型激光霧化液滴粒度分析儀。它是基于激光顆粒前向散射原理。當一束激光束照射到被測液滴時受液滴的散射作用激光會向四面八方散射其中大部分散射光能量處于前向方向。根據(jù)光散射理論及反演算法對測得的散射光能分布數(shù)據(jù)進行處理就可以得到被測液滴的粒度分布。

燃料試樣選用煤油。燃料用直徑為0.30m、深度為0.025m的油盤盛裝每次所用的燃料試樣均為750ml油盤位于噴頭正下方。細水霧噴頭距液體面高2.8m垂直向下。鎧裝熱電偶沿試樣中心線布置間距均為10cm用收集法測量了細水霧的耗水量2.894L/min(在壓力為1.8MPa時)實驗時環(huán)境溫度10 ℃。

在做實驗之前首先依次檢查電路、管路的連接狀況和實驗設(shè)備的工況以確保儀器正常運轉(zhuǎn);向油池倒入少量酒精然后點燃油池火經(jīng)過大約50s的預(yù)燃時間油池火達到穩(wěn)定燃燒階段后熱電偶溫度達到700 ℃開始釋放細水霧?；鹧嫦绾箨P(guān)閉閥門打開排煙通道。等待25min左右即受限空間內(nèi)空氣恢復(fù)原始工況后再開始第二次實驗這期間整理相關(guān)實驗記錄做好存儲以便分析。在實驗后重新點燃了燃燒池中的剩余燃料以便確認池火確實是被細水霧抑制熄滅的而不是燃料燒完而致使火熄滅的。實驗時通過改變產(chǎn)生細水霧的壓力和噴頭型號研究細水霧抑制熄滅煤油池火的結(jié)果。重復(fù)上述實驗步驟最后對采集的實驗數(shù)據(jù)進行處理做出曲線圖對實驗結(jié)果進行分析。

滅火時間是實驗中十分關(guān)鍵的一個參數(shù)。因為滅火時間的長短直接反映了細水霧滅火效率以及其有效性同時間接地反映著細水霧與火焰相互作用的機理。在本實驗中是通過秒表紀錄不同工況下細水霧的滅火時間也可用序列攝像照片來進行驗證以得到不同工況條件對滅火效率的影響。同時分析熱電偶的溫度變化曲線根據(jù)細水霧施加的位置、火焰熄滅瞬間的位置即由其橫坐標值即可確定火焰熄滅時間。

(1)在房頂中心所處的垂線位置固定細水霧噴頭并確保噴頭與油盆之間的距離Lp可調(diào)(由于實驗室噴頭位置固定可以用墊高油盆的方法來解決)。油盆放在房間的地面上以噴頭位置為基點油盆相對噴頭的坐標可用噴頭高度Lp和徑向距離R表示。

(2)實驗采用煤油作為燃燒物質(zhì)。燃燒模型由圓形油盆內(nèi)放入煤油構(gòu)成。油盆材料為鋼板直徑為300 mm壁厚為2.0~3.0 mm深度不小于200 mm油層厚度約為30 mm。

(3)在油盆正上方距離地面150 mm高度處布置了1號熱電偶然后沿豎直方向以150 mm為間隔連續(xù)布置了3個熱電偶(從下到上分別是熱電偶2至熱電偶4)。這些熱電偶間距可調(diào)(可根據(jù)需要增加或減少熱電偶的數(shù)量)固定在一個可移動的支架上。當改變油盆位置時該支架隨之移動以確保這4個熱電偶始終處于油盆正上方。

(4)在每次實驗中首先啟動溫度采集系統(tǒng)接著將油盆點燃當距離油盆150 mm的1號熱電偶溫度讀數(shù)到500 ℃時釋放細水霧進行滅火。實驗在撲滅火焰后繼續(xù)噴霧10 s來降溫、降塵然后停止噴霧并排煙、通風(fēng)。如果細水霧噴霧時間超過60 s仍然無法撲滅火焰結(jié)束噴霧打開門窗和排煙風(fēng)機通風(fēng)人工撲滅殘余火焰。

細水霧的釋放能明顯改變火羽流的流動同時影響火焰結(jié)構(gòu)。在大量的滅火實驗后通過觀察和實驗數(shù)據(jù)可以將細水霧的滅火過程分為3個階段:初始不穩(wěn)定階段突然的冷卻階段逐漸冷卻階段。如圖3-2所示

在初始不穩(wěn)定階段細水霧剛剛噴出進入火羽流的上部冷卻羽流所以高處的熱電偶測得的溫度有明顯的下降其他熱電偶溫度沒有太大影響此時火焰蒸發(fā)掉大多數(shù)的水霧少量的粒徑大的水霧可以穿過進入火羽流中心?；鹩鹆髟诩毸F的作用下劇烈晃動甚至?xí)旎鹧孢@個階段一般維持在3-6秒細水霧流量或霧通量越大壓力越大一般這個階段就比較短。之后細水霧的持續(xù)噴射將火焰高度壓低。若細水霧壓力低流量小而滅火失敗這個時期就比較長。

在突然冷卻階段火焰高度溫度大幅度降低。這是由于細水霧大量進入火焰中心甚至能落入油面降低油溫使油的熱解速度降低燃料不足火焰難以維持同時蒸發(fā)細水霧變成水蒸氣稀釋了火焰周圍的空氣可燃氣體與氧氣濃度降低細水霧覆蓋了整個火焰火焰周圍的溫度也大幅度降低這些都有利于滅火?；鹧嫱ǔＴ?~20秒內(nèi)熄滅。

在逐漸冷卻階段受限空間內(nèi)的溫度逐漸回落恢復(fù)到初始溫度。