胶体灭火材料与水灭火效果对比实验研究

胶体灭火材料与水灭火效果对比实验研究

建筑火灾是世界上最常见的火灾之一。随着建筑向现代化、大型化、多功能化发展，特别是大量可燃化学建筑材料的使用，增大了建筑火灾的危险性,为防、灭火工作带来了新的挑战。而直接利用水来灭火，存在着许多的缺陷。因此，新型灭火材料及技术的研究受到广泛注目。本实验模拟建筑火灾灭火过程，利用现有消防设备原理，进行胶体灭火材料和水对比灭火实验，以考察胶体灭火材料的灭火性能，找到复合灭火的适应范围及其特点。1实验装置的设计根据几何相似模拟原理和实际可能发生的较大型火灾的着火范围大小，及实验灭火系统喷射水和胶体的流量范围，确定实验火场为长×宽×高=100cm×100cm×80cm的长方体结构木材堆垛，堆成同样的2堆，分别进行胶体和水灭火实验。所用木材一般为长l=1m，木垛高度hc=80cm，断面为4cm×4cm（截面边长b=4cm）的松木条。木材堆垛的底部放置一个油盘，油盘大小为：长×宽×高=60cm×40cm×15cm。木材堆垛及油盘放置位置如图1所示。灭火装置如图2所示，它由胶体配制系统、测控系统和喷射管路组成。该装置能够以一定流量配制特定浓度的胶体或直接喷射水。设备喷射胶体或水的出口流量可在1～3m3/h。范围内可调，配制的复合胶体浓度可达1‰～10‰之间。2对胶体和水火的形成和分析2.1水和胶体水射流速度比较从实验中发现胶体射流发散性比水小得多，胶体喷射方向性很好，因而喷射充实水柱更长。水出口后很容易发散，所以水射流速度很快降低。表1反映了水和胶体水射流最大射程和射高，从表可以看出胶体比水喷射更远，更高。同时，由于胶体自由射流具有发散更小的特点，即胶体射流的充实水柱更长，对于远距离灭火更有利。2.2财产灭火和烟气灭火灭火现象对比如表2。在扑灭木垛火过程中，水灭火时30秒后，木垛顶部基本没有火苗冒出；胶体灭火10秒后，木垛顶部即没有火苗冒出。水灭火1分钟30秒后，木垛周围火消失；而胶体灭火时，1分钟10秒后，木垛周围即没有火苗。用水灭火约8分钟后，火彻底熄灭；而用胶体灭火，约6分钟后火彻底熄灭。因此胶体灭火速度更快，灭火效率更高。实验中水灭火过程中产生大量水蒸气，伴随着浓烟冲天而起，使火场可见度极差，因此看不到水喷射情况。而胶体灭火时蒸汽极少，烟气也不大，火场能见度较好。能清晰见到水射流情况。一般情况下，烟气对火场附近人员生命威胁极大，火灾中的死亡人员多数是因烟气中毒而死的，因而减少烟气的产生量就能增大火场人员逃生的可能性。烟浓度较大时可见度差，因而增加了逃生难度。故胶体灭火效果比水更优。3不同时间木垛温度变化据实验数据可得到图3所示的曲线。从图3可以看出，点火后木垛温度迅速上升，达到6分钟后，开始灭火。从点火后360秒起开始灭火后，用水灭火时木垛中心温度立即有所下降，随着灭火过程继续进行，在开始灭火后2分钟内木垛温度变化不大，而2分钟后木垛温度急剧下降，由500℃以上的高温下降到300～400℃之间。而在开始灭火后2～6分钟内木垛温度基本保持在300～400℃，直至开始灭火后6分钟后，温度才急剧下降到100℃左右。用胶体灭火时，开始灭火时温度下降比较慢，在开始灭火后1.5分钟内胶体灭火时木垛温度均高于用水灭火时的值，随着灭火过程进一步进行，温度急剧下降，在开始灭火后2分钟左右，温度变化缓慢，曲线出现一温度平台，但约30秒后，温度再次快速下降。灭火3分钟后，火熄灭，温度达到常温。图4和图5是水和胶体灭火时正对灭火喷水的一面后部温度随时间变化曲线，从图可以看出，温度开始上升很快，1分钟以后温度超过430℃，由于侧面所用传感器测温上限为430℃，实际上，此时温度仍在升高。水和胶体开始灭火后，温度都开始下降。由于测点为正对灭火的一面，水和胶体都能很快使火熄灭。但水灭火过程中，温度起伏较大，而用胶体灭火后温度持续下降，没有反弹。这主要是由于水洒到火区后，水能很快降低温度，但当水扫过测点后，洒到该处的水很快流失，因此水射流移开后，温度又会上升，由于水频繁地扫过，因此最终使火熄灭。而用胶体灭火时，胶体能附着在木材表面，灭火后温度不反弹。图6和图7分别是水和胶体灭火时，位于灭火人员侧面木垛温度随时间变化曲线。从图可以看出，在360秒后开始灭火后两种情况下温度均有大幅度降低，但胶体灭火时，温度降低更快，在400秒以前已降至100℃以下，此后温度均低于100℃，说明该处火熄灭。而用水灭火时，400秒后温度降至100℃左右，但温度随后有反弹倾向，450秒时温度可达150℃左右，随后温度才降低，趋于常温。这也说明胶体灭火不易复燃。由于水的流动性好，易汽化，所以易进入木垛内部，初期温度下降快，但火势容易反复，蒸汽大，能见度低。而胶体固结了90%的水分，有一定粘性，流动性较水差，因而进入木垛内部时间稍长，一旦粘着在木垛上，能迅速扑灭火灾，且不反弹。5不同温度下观念火的变化a）胶体自由射流发散性比水小，充实水柱比水长，对于远距离灭火更有利。b）胶体灭火速度总体上比水快。水灭火时，木垛中心温度下降平缓，温度在300～400℃左右时保持较长时间不能下降，大概经过14分钟，火才熄灭；用胶体灭火时，木垛温度急剧下降，约10分钟后火彻底熄灭，胶体灭火速度比水提高了约40%。c）胶体灭火过程中温度不会反弹，而