灭火器灭火性能试验影响因素及改进研究

2022-09-11

灭火性能灭火器的关键使用性能, 目前我国对于灭火器的灭火性能试验方法[1,2], 主要采用模拟实际起火情况, 对特定材料或燃料进行点火再进行灭火。经我们长期实践, 该种试验方法存在较大的缺陷是对于部分灭火器, 试验过程中能否灭火的最重大影响因素不是灭火器的实际灭火效能, 而是检验员的操作及个人素质。下文将详细探讨当前灭火性能试验中的影响因素, 并有针对性地提出对灭火性能试验的改进建议。

一、灭火器灭火性能试验概述

灭火器按移动方式可分为手提式灭火器和推车式灭火器两种, 按充装的灭火剂分类可分为干粉灭火器、二氧化碳灭火器、水基型灭火器以及洁净气体灭火器四种。灭火性能按火灾的类型分为了A类 (固体火灾) 、B类 (液体火灾) 、C类 (气体火灾) 、D类 (金属火灾) 、E类 (带电火灾) 等, 其中灭火试验以A类及B类为主。

A类灭火试验主要是根据灭火级别的大小, 搭建对应的木垛模型, 通过适量汽油对木垛模型进行点燃, 待木垛燃烧至质量损失到一定程度时, 用灭火器进行灭火, 考察灭A类火性能;B类灭火试验是根据灭火级别的大小, 选择对应的油盘, 倒入燃油 (汽油与水混合) 建立油盘火模型, 预燃一定时间后, 用灭火器进行灭火, 考察灭B类火的性能。

二、灭火性能试验的影响因素探讨

不同类型的灭火器灭火性能试验的影响因素各有不同, 下文将针对不同类型的灭火性能试验及各种类型的灭火器及逐一进行分析。

1. 灭A类火试验

灭A类火试验相对灭B类火试验而言, 准备周期长, 火势小。其主要影响因素除了灭火剂灭火性能外, 主要集中于准备周期的过程中, 包括搭建木垛模型的木条及预燃时间。

搭建木垛模型的木条影响:标准对木条的含水率有特定的要求 (10%~14%) , 但在实际操作过程中, 用干燥箱处理木条时, 很难实现全部木条的含水率都保持在上述范围内, 甚至于同一木条的不同部位含水率也存在较大差异。将处理后含水率符合要求的木条继续放在干燥箱中可能导致其含水率进一步降低, 而取出放置于空气中等待又会导致含水率上升。木条含水率的大小对火势的影响较大, 木垛中含水率较低的部位往往火势越猛烈。

预燃时间影响:按标准规定应在木垛质量损失达53%~57%时结束预燃, 开始灭火, 但实际试验中质量损失率的测定存在较大难度, 对于预燃时间的把握存在一定的不确定性。

由于A类火火势相对较小, 只需要操作人员对有焰部位进行定点喷射即可, 人为因素在此并不会产生较显著的影响。

2. 手提式干粉灭火器灭B类火试验

灭B类火试验的特点是准备工作简单、火势大, 难扑灭。其主要影响因素包括环境条件 (环境温度、风速、风向等) 、人员操作 (喷射角度、摆动幅度与频率、体力等) 。

环境条件:一般而言, 环温温度越高, 火势越猛烈, 灭火难度越大。在风向不变的情况下, 风速越大, 在上风向处进行灭火的难度越低;但一旦风向变化复杂, 这时候操作人员需不停根据风向变化转移到上风向位置, 大大增加灭火难度。

人员操作:手提式灭火器应用于灭B类火试验时, 喷管或喷嘴应与油盘平面呈一定的角度, 以15°~45°为宜, 角度太小将难以产生灭火效果, 操作难度也增大;角度太大, 灭火时灭火剂将直接冲击油面, 导致燃油溅起增大灭火难度乃至于燃油溅出至操作人员身上引发危险。由于油盘面积远大于灭火器的喷射范围, 所以在灭火试验时需不停快速地摆动喷管或喷嘴, 使其尽量在短时间内能充分覆盖油盘的全部面积, 假如摆动幅度偏小或排动频率过低, 将导致油盘内有部分火焰未被充分覆盖, 当灭火点转移时, 该部分火焰又会重新引燃其它的油面, 导致无法灭火;而摆动幅度过大时, 又将一定程度浪费灭火剂, 可能导致后期灭火剂量不足。由于试验中需穿着笨重的隔热防护服, 不停摆动灭火器以及根据风向变化转移位置, 这对操作人员的体力要求较高;对于3kg以上的干粉灭火器, 由于配有喷射软管, 操作人员只需不停摆动喷射软管进行灭火即可, 但3kg及以下的灭火器, 由于只有喷嘴, 操作人员需摆动整个灭火器来控制灭火剂覆盖范围, 体力损耗更大。

3. 手提式二氧化碳及洁净气体灭火器灭B类火试验

手提式二氧化碳及洁净气体灭火器灭B类火试验的影响因素与干粉灭火器类似, 但由于灭火剂为气体, 受风向及风速的影响远大于干粉灭火器, 所以应尽量选取无风或风速较小的时间段内进行试验。而由于气体灭火剂对油面冲击较小, 二氧化碳或洁净气体的密度均大于空气, 故喷管与油盘平面的角度可选择大于45°。

4. 手提式水基型灭火器灭B类火试验

水基型灭火器主要是利用灭火剂的特性, 在燃油表面覆盖泡沫或者水膜达到抗烧或者隔绝空气从而进行灭火。利用手提式水基型灭火器进行灭B类火时, 不需要像干粉灭火器或气体灭火器那样充分覆盖油盘表面, 只需沿特定方向围绕油盘走动, 对着油盘壁喷射, 使灭火剂逐步扩散覆盖油面即可。只有按照上述步骤操作, 灭火试验成功与否的主要影响因素还是灭火剂的灭火能力而非其它外来因素。

5. 推车式灭火器灭B类火试验

推车式灭火器在灭B类火试验过程中, 由于灭火剂单位时间内的喷射量极大, 灭火一般较容易进行, 因而试验过程对操作人员及其它因素的要求并不高, 需要注意的是二氧化碳及洁净气体灭火器与手提式的一样, 需要考虑风速风向的影响。

三、灭火性能试验改进研究

1. 灭A类火试验

由第二章的分析可知, 灭A类火试验成功与否的主要影响因素为灭火器的灭火效能, 建木垛模型的木条及预燃时间虽然会产生一定影响, 但只要在木条处理上调节好干燥条件、质量损失率方法确认得当, 测试结果即可以直接体现灭火器的灭火效能, 无迫切的改进需求;但可考虑采用性能更稳定的固体 (例如聚丙烯燃料片[3]等) 代替木垛进行试验设计, 减少试验前材料准备的周期及不确定性。

2. 手提式干粉灭火器灭B类火试验

手提式干粉灭火器灭B类火试验时, 在实际试验中发现, 同一批次质量较佳的灭火器, 经验丰富的操作人员在不同时段均可以做到全部灭火成功, 而部分操作人员, 可能由于面对火时的心理或体力原因, 即使经过了多次的培训与讲解, 这一批次灭火器的灭火成功率偏低;对于经验丰富的操作人员而言, 连续进行4~5具灭火器的灭火试验后, 由于体力损耗过大, 手臂肌肉绷紧, 后续试验的灭火器在摆动幅度和摆动频率大大降低, 也基本无法灭火成功。这实际上已经是操作人员的对结果的影响还大于灭火器的真实灭火效能了, 对于一个标准化试验而言, 这种情况是绝对不允许出现的。

为此, 我们开始考虑如何将人为影响因素排除在灭火试验外, 使得试验结果的变量尽可能仅为灭火器的灭火效能以及环境因素等随机误差。

其中一个考虑方案为将灭火器固定在订制设备上, 操作人员可通过远程遥控使灭火器进行喷射及按照新试验方法规定的摆动幅度和频率进行灭火, 但这样的方案所需的设备要求极高, 设备能否实现也存在一定疑问, 也不利于推广应用, 因而该方案可行性不大。

灭火器的灭火效能, 主要依靠于灭火剂自身的灭火性能以及灭火器的喷射性能 (瞬间的喷射量、喷射剩余率等) 。基于上述原理, 我们的另一个考虑方案为将灭火剂的灭火性能检验与灭火器的喷射性能试验相结合进行试验设计与判定;具体试验方案如下:

1干粉灭火剂的灭火性能试验:目前对干粉灭火剂灭B类火的性能检验仍然通过油盘火试验进行[4], 由于该方法存在明显缺陷, 我们在此采用了曹文珠等[5]研发的“干粉灭火效能实验室小型火盘测定方法”, 并依据我们的需求进行了适当的改进。改进后的试验方法为:在壁厚2mm, 内径为131mm的不锈钢小型油盘中, 加入200ml清水作为垫层, 50ml车用汽油 (93#) 作为燃料, 点火预燃60s;然后通过1.2MPa的干燥压缩空气, 在喷嘴高度12mm、距油盘水平距离350mm处喷射灭火剂, 以每次0.05g的差量进行试验, 记录灭火剂的最小灭火剂量, 并通过该小型油盘面积与灭火器标准规定的B类火油盘面积相比, 转换为灭对应级别B类火的最小灭火剂量。

2灭火器的喷射性能试验:这里的灭火器喷射性能试验与灭火器标准中的喷射性能并不完全一致, 标准中的试验方法主要是记录灭火器的喷射滞后时间、喷射距离、有效喷射时间以及喷射剩余率, 而这个试验主要是测定灭火器的瞬间喷射量大小。试验装置使用气动压块自动按下灭火器器头, 通过带实时记录功能的电子称重装置自动记录喷射损失质量, 绘制出灭火器的喷射损失质量曲线。

3判定:通过我们的初步研究, 灭火器在喷射性能试验过程中, 当灭火器有连续6s或以上的瞬间喷射量大于或等于灭B类火的最小灭火剂量时, 可视为有效灭火。

但限于试验研究对比的数量及灭火器、灭火剂种类, 该数值有需要进一步进行研究确认。

3. 手提式二氧化碳及洁净气体灭火器灭B类火试验

由于这两类灭火器的灭火剂为气体, 而灭B类火试验的影响因素与手提式干粉灭火器差不多, 我们考虑同样采用灭火剂的灭火性能检验与灭火器的喷射性能试验相结合进行试验设计与判定;具体试验方案如下:

1气体灭火剂的灭火性能试验:这里的气体灭火剂的灭火性能试验主要是利用杯式燃烧器法[6]测定气体灭火剂对于可燃液体火的灭火浓度。

2灭火器的喷射性能试验:喷射性能试验与干粉灭火器的一致, 采用相同设备, 主要是绘制出灭火器的喷射损失质量曲线。

3流体力学模拟软件:利用相关流体力学模拟软件, 建立对应级别的油盘火模型, 然后在油盘上方1.5m处模拟气体灭火剂的输入 (参照第二步绘制的喷射损失质量曲线) , 然后通过模型实时监测油盘上方0.1m处的灭火剂浓度。

4判定:当模拟软件监测到有连续6s或以上的灭火剂浓度大于或等于最小灭火浓度时, 可视为有效灭火。

该方案要建立为标准试验方法存在一定的难度, 主要是模拟软件的建模方法及相关参数的确定。

4. 手提式水基型灭火器以及推车式灭火器灭B类火试验

由于手提式水基型灭火器及推车式灭火器在灭B类火试验时, 人为因素已基本可忽略不计, 所以我们认为该两类灭火器的灭火试验没有迫切的改进需求, 但基本成本、环境友好、操作人员健康等因素, 也可考虑试验小型化, 降低试验成本 (汽油用量较大) 及对环境的污染 (不完全燃烧时产生大量的炭黑、碳氢化合物、硫化物、一氧化碳等) 。