含添加剂细水雾控火效果研究

摘 要：随着现代社会的发展和科学技术的进步，火灾的种类增多，危险性增大，因此对抑制火灾的方法提出了更高的要求。本文通过对所收集资料的深入探讨，进一步阐述了含添加剂细水雾的灭火机理，提出含添加剂细水雾灭火影响因素，对添加剂种类进行分类，并对相关实验结果进行了分析总结。

关键词：消防；添加剂；细水雾；控火效果

中图分类号：X924 文献标识码：A

火灾来势凶猛，高效的灭火技术才是保证人类生活及生产安全的重要前提。随着生产技术的提高，灭火技术和种类也在不断地改进和提升。而细水雾灭技术则成为人类最近选择最多的技术，主要是因为其优势才使得它成为消防中首要的选择，如对环境没有污染、在灭火速度方面非常显著、对水量的要求很低、对所需要的防护对象的破坏性则很小，已受到越来越多的重视。目前，就灭火对象而言，如人类居住的建筑、可燃性物体存放地方及用电设施方面，细水雾灭技术已经取得了很大的成果。细水雾灭技术分为含添加剂及普通两种，第一种主要用于水溶性的结构，对该种灭火技术存在很大的限制，所以为了促进细水雾灭技术得到更大的提高和发展，目前需要对其进行继续模拟和演练，来推进灭火技术更上一个层次。

1.含添加剂细水雾的灭火机理

细水雾灭技术第一种是含添加剂的技术，该种灭火运行原理，除了最基本的运行原理，如：将水进行汽化，在此过程中对火灾周围环境的热量进行吸收、隔绝氧气窒息作用、减少热辐射作用、火焰的拉伸作用等。以上是最基本的特性，除此之外，还要一些很特殊的性质，下面对这些特性进行论述：

（1）物理性质的添加剂会使得灭火器在灭火时候水的物理性质发生改变，如：密度、张力、黏性等诸如此类方面，从而使得细水雾灭火技术在具体使用的时候会发生变化，从而影响其灭火效能。

（2）化学添加剂主要是阻断燃料燃烧中的链式反应，达到灭火目的。

（3）固体颗粒隔氧熄灭火焰。含添加剂细水雾作用于火焰时，水蒸发后析出大量的固体颗粒附着在燃料的表面，会阻碍燃料与空气的接触，通过隔氧作用来抑制熄灭火焰。

2.对含添加剂的细水雾灭产生影响的因素

就水本身特性而言，添加剂对其有直接的影响，除此之外，还会使得该种雾灭性质从而产生一定的改变。从普通细雾灭的原理中可以看出影响灭火的因素主要以化学添加剂的发挥为主，那么影响该种灭火器的在具体操作时整体的运行理念有：含添加剂细水雾系统表征参数、添加剂的种类、添加剂的质量分数。

2.1 含添加剂细水雾系统表征参数

（1）雾化锥角

雾化锥角则是指在灭火时以灭火器的喷头为中心，气体以锥形像四周喷射。这种喷射方式就决定该种灭火器的喷射区域、喷射的速度以及喷射的动能，这些也是该种灭火器的重要参照值。

（2）雾滴动量

在缁鸸程中，雾滴动量对于火焰而言是一个致命的要素，雾滴数量的多少决定了灭火器灭火的时间的速度，也影响着添加剂在操作过程中的发挥程度。在灭火的过程中，要保证灭火器雾滴能够从火焰的顶部灭到底部，其作用发挥到极大的作用。但是物极必反，液体燃料所需的动量有一定度的要求，如果操作过程中超过这个度，则会使得火焰越来越大，最终产生更大的火势和火灾。

（3）雾化颗粒细度

也称索太尔平均液滴直径。随系统压力的升高而呈接近倒数关系降低，它影响雾滴蒸发时间，较小时雾滴的蒸发就较容易，细水雾在具体的实施过程中会降低氧气在体积方面的分数，这使得灭火效果大大提升。

（4）雾通量

又称体积通量，其具体是指一定时间内在一定的面积上流过细水雾液滴的总的体积。该因素可以影响在灭火过程中达到所灭物体表面的液体量，决定灭火器能否快速有效地吸收热量，并将火势灭掉。

2.2 添加剂的分类

就添加剂的用途而言，其主要用于改变水雾在物理和化学方面的性质，从而加大细水雾灭火的效果。不同的添加剂，其自身特性不同，因此，发挥细水雾灭火性能的作用机理不同，提高细水雾灭火效率的程度也不同。

在改变细水雾的物理特性方面，如在水中添加乳化剂，可以对油品火灾进行扑灭，因为油类物质的闪点较高；将少量的表面活性剂加入水中的话，增加灭火器的保湿能力，从而可以加长水作用的发挥，提升灭火结果；将抗冻剂添加进水中，降低灭火器在冬天结冰的速度；将增稠剂添加到水中，可以提高灭火器出税务的速度，加大水雾在着火物体表面的黏附能力，一遍较少在灭火时候灭火器水分的流失；将减阻剂运用到水中，减少灭火时的阻力；在水中添加氟碳表面活性剂，可降低水在灭火时候的表面张力，使得其在灭火时候会在着火物表面形成一个妨碍膜。

在改变细水雾的化学性质方面，由于加入添加剂后，其中的金属离子捕捉火场中的自由基，使火灾规模不能继续发展或熄灭。如添加盐类强化剂（如K2CO3、KHCO3、Na2CO3等），除了有水本身的灭火作用外，添加物质在火焰中汽化而析出游离金属离子（如Na+，K+），这些离子与火焰中的自由基和过氧化物反应中止链式反应，扑灭火灾。对于碱金属碳酸盐而言，其灭火效率的顺序为：K2CO3>KHCO3>Na2CO3>NaHCO3。因此，不同类型的金属，其在火场中与自由基反应的过程有所不同，灭火效率也有较大的差异。

2.3 添加剂的质量分数

添加剂在溶液中的质量分数对细水雾液滴直径和速度有直接影响，质量分数越高，粒径越大，速度越低即雾动量越低。但加入添加剂后，物理或化学抑制作用增强。根据中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室的研究，无NaCl以及NaCl质量分数为2.5%时，细水雾灭火效果均较差，随着质量分数增大到5%，细水雾灭火效果有了明显的提高，质量分数进一步增大到7.5%，灭火效果略有下降，灭火时间增加；质量分数进一步增大到10%，灭火效果又有所提高，优于7.5%，接近5%时性能；当质量分数增大到15%时，灭火效果又有所下降，但程度较小；而质量分数增大到20%，灭火效果与15%时相比较，有较小程度的下降。因此，随着NaCl质量分数的提高，灭火效果呈W形变化，当质量分数为5%时得到最佳的灭火效果。目前关于添加剂添加配比选择尚没有定量的指导原则，且针对不同的添加系统，尚不确定是否存在相对较固定量的范围，如添加NaOH为17.5%，而NaCl的最优质量分数为5%。因此，添加剂的定量问题也是需要研究解决的一大问题。

3.单流体细水雾灭火的实验

3.1 实验方法与步骤

方法：试验中记录在热电偶测试下，相同高度下经喷头喷出的水雾对定型定量汽油的火焰温度的影响，应用软件进行电脑模拟记录变化时间。

步骤：（1）安装好喷头，将油盘、热电偶、辐射热通量计和摄像机放置到相应实验测试位置。（2）调整好细水雾灭火系统的工作状态，保证灭火过程中供水充足、压力稳定。（3）开启数据采集系统和摄像机，并开始预记录。（4）向油盘中加入水垫层，用量杯量取实验所需汽油量后将其倒入油盘，点燃油盘中的汽油并使其自由燃烧一段时间，保证火焰进入稳定燃烧阶段。（5）打开细水雾系统，使喷头喷放细水雾。（6）待火焰完全熄灭后延时喷放5s左右P闭细水雾系统，保存实验数据。（7）如果灭火时间持续较长，则在火焰熄灭后将油盘移出热点偶测温范围进行引燃，以判断是否由于燃料燃尽导致灭火。

3.2 实验数据分析

（1）雾通量的影响

通过实验探究不同的流量温度变化规律：

设定喷射距离为1.4m，泡沫含量为1.5%，喷射压力3Mp的实验条件，则可得出其中一个流量为140L/h，另一个流量为240L/h，但两者温度上升差值较大，且流量大的灭火时间短。分析原因：由于流量增大，雾通量相对增大，雾滴数量增多，对火焰和燃料表面的冷却作用增强，导致火焰温度上升幅度小，灭火时间短。

（2）泡沫含量的影响

通过实验探究不同的体积分数温度变化规律：

设定喷射距离为1.4m，喷头压力为5Mp的实验条件。则可得到随着泡沫体积分数的增加，火焰温度上升幅度逐渐降低，灭火时间呈现变短的趋势。分析原因：随着泡沫添加剂体积分数的增加（泡沫的质量分数也相对增大），达到火焰根部的泡沫量增加，并很快形成泡沫层，起到隔离热辐射、阻止燃料挥发和窒息灭火的作用。

结语

从实验结果表明，随着雾动量的增大、添加剂含量的增加，到达火焰根部的细水雾数量增多，细水雾的冷却作用和添加剂的隔氧窒息作用增强，单流体细水雾装置产生的细水雾出口压力较大，灭火效果较好。主要体现在灭火时间上，在11s～60s之间，因此，灭火效率提高。

参考文献

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[2]丛北华，毛涛，廖光煊.含氯化钠添加剂细水雾与油池火的相互作用[C].高等学校工程热物理研究会第十届全国学术会议，2003：677-685.