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船用多元多效滅火裝置設計原理與方法

時間:2017-07-24 10:55:23 來源:未知

新型的船用多元多效滅火裝置, 自動把多種滅火劑和相應的添加劑有機地復合在一起使用, 克服滅火劑單獨使用存在的問題, 使在施救時具有多種高效的滅火作用, 可降低滅火的毒性和污染。試驗結果表明,該裝置可以縮短撲滅火災時間, 特別是對以前方法無法撲救的很多火災也可進行高效撲救, 明顯提高了施救效率。

由于條件和環境所限, 船舶火災撲救難度大,往往更易造成人員傷亡和財產損失, 還可能造成嚴重的環境污染[1 ]。目前的船舶火災施救技術尚不理想, 致使船舶火災損失居高不下。為此, 進行新型的船舶火災施救技術研究十分必要。船用多元多效滅火裝置系統就是針對現有火災施救技術中的三個主要問題而進行研制的, 即: (1) 目前廣泛使用的高效滅火劑不能直接進行遠距離噴射,難以對大、中型火災和較遠處火場進行施救; (2)由于火場濃煙彌漫而找不到火源的確切位置, 以及由于火源位于消防水無法直接噴射到的地方等情況, 致使消防水槍滅火效果不佳; (3) 用二氧化碳和哈龍1211、1301 等高效滅火劑滅火, 難以降低火源的高溫, 因而很容易復燃。此外, 新型滅火裝置還能自動有效地處理滅火過程中產生的一些毒性和污染問題。

 

2 設計原理與方法
 

2. 1 多元多效滅火劑的設計原理

2. 1. 1 多元化的基本思路
 
消防水可以進行遠距離噴射, 但因其揮發性差而必需將水直接噴射至火源上才能滅火; 哈龍1211、1301 和H2F227ea 等高效滅火劑雖具有很強的揮發性, 但不能進行遠距離噴射。它們的滅火
效果都不理想。若能將兩者結合, 就能充分發揮各自的滅火優勢, 可達到揚長避短、實現高效滅火的目的。這是本設計的基本思路。
運用具有獨特的自動進行均勻復合性能的引射技術[2 ] , 是進行復合的一種有效途徑。把消防水作為工作流體,H2F227ea 等高效滅火劑作為引射流體, 使它們均勻復合后進行遠距離噴射, 從而達到高效施救。若把專用添加劑作為第三種流體一同加入進行復合噴射, 更可進一步提高火災施救效果。添加劑的作用是多方面的, 例如可以改變H2F227ea 等高效滅火劑與消防水這兩種不互溶流體的復合性能, 以降低高效滅火劑在噴射過程中的揮發損失, 同時還可增加滅火的方式, 降低滅火造成的污染, 消除滅火帶來的毒性等。
由消防水(第一元)、高效滅火劑(第二元) 和添加劑(第三元) 復合而成的滅火劑顯然是多元化的, 其配方是開放式的, 即當有了更新的高效滅火劑后, 又可以組成一種新的多元化配方。目前值得提倡的是以下兩種多元化配方: 一是“消防水+ 哈龍1211 或1301+ 專用添加劑”, 稱為“哈龍類配方”, 它的滅火效率非常高。二是“消防水+ H2F烴類滅火劑+ 專用添加劑”, 稱為“H2F 烴配方”。
H2F 烴類滅火劑是國際上提倡的哈龍1211、1301的替代品[3 ] , 今后應該重點推廣。
 
2. 1. 2 多效性的滅火機理
 
在多元化滅火劑中, 消防水除了可以直接滅火外, 更重要的是還要把高效滅火劑和專用添加劑輸送到遠處火場, 即實現高效滅火劑的遠距離噴射。當多元化滅火劑被送到火場后, 在火場的高溫高熱作用下, 其中的高效滅火劑將迅速與消防水分離、揮發, 并很快彌漫在整個火場。因此, 在火災施救過程中, 將會有多種方式的滅火作用, 即既有來自消防水的, 更有來自高效滅火劑的, 還有來自多元復合后反應形成的有利于滅火的各種作用。其中, 消防水的滅火作用包括對火場的冷卻降溫作用, 在可以直接噴射到火源的情況下, 還起到窒息和水力沖擊等作用; 高效滅火劑則可產生對燃燒反應的負催化、窒息等更加有效的滅火作用;來自多元復合后反應形成的有利于滅火的作用,則視具體的復合方式而定, 既有吸熱反應的降溫作用, 也有來自生成物二氧化碳的滅火作用等等。正是由于多元化滅火劑存在著如此多種的滅火作用, 使得解決本文引言中提到的現有火災施救技術中存在的幾大問題成為可能。
多元滅火劑滅火作用的多效性, 也表現在它獨特的解毒降污過程。某些高效滅火劑的使用會導致嚴重的毒性和污染, 多元化滅火劑可以很好地解決這一問題, 其解毒降污機理隨高效滅火劑成份的不同而不盡相同。現以過去曾經大量裝備,后來由于毒性等原因而不再使用的CCl4 滅火劑為例說明如下。
CCl4 滅火劑按過去的方式單獨使用時, 會因火場高溫高熱的作用而水解、氧化, 產生劇毒的致死性物質光氣(CO 2Cl2) [4 ]。但是, 當它與消防水和特制添加劑復合使用共同進行滅火時, 就不會再有光氣存在。這是因為生成的光氣將立即發生水解反應
CO-Cl2+ H2O(高溫)CO 2+ 2HCl- Q (吸熱) (1)
反應生成的鹽酸, 則由于添加劑中含有
N a2CO 3, 又會立即發生如下反應:
 2HCl+ N a2CO 3  CO 2+ H2O + 2N aCl (2)

上述兩個反應均可迅速、徹底地進行, 并且式(1) 是吸熱反應, 可以降低火場溫度, 有利于滅火。同時各反應生成的CO 2 也有利于滅火。而最終的生成物是N aCl, 可以不考慮其污染性。因此, CCl4滅火劑如以這樣的多元方式使用, 將從根本上解決毒性和污染的問題。其它高效滅火劑的毒性和污染問題, 也可用類似的方式加以解決。
 
2. 2 引射式滅火器的設計
 
人工合成的高效滅火劑一般都難溶于水, 要把它們與消防水復合到一起進行遠距離噴射, 就需有很強的均勻復合能力的噴射裝置。為此, 本著有效、實用、可靠、方便的原則, 運用引射技術設計引射式滅火器, 它是船用多元多效滅火系統的主要組成部分, 其工作點的正確選定和各主要尺寸的確定, 又是設計中的關鍵。
 
2. 2. 1 設計工作點的選定
 
在火災施救過程中, 消防水的壓力、流量等關鍵參數, 通常會在一定范圍內變化, 這就要求引射式滅火器必須選擇合適的設計工作點。從大量試驗結果來看, 對于按某一給定條件(包括消防水和
引射液的壓力、流量) 設計的引射式滅火器, 只有當實際工作條件不低于設計工作點時才具有高的效率, 而當實際工作條件比設計工作點偏低時, 工作效率會急劇下降, 甚至不能正常工作。因此在設計時, 特別需要注意把工作點盡可能設計在工作參數范圍的下限或下限附近, 并且建議離下限最大不應超過整個工作參數范圍的25%。
 
2. 2. 2 關鍵尺寸的計算
 
根據大量的試驗, 噴嘴和混合室的幾個關鍵尺寸應該嚴格按以下公式計算。
 
上述計算公式的樣式, 與文獻[ 5 ]和[ 6 ]中提供的完全相似, 但需注意其中系數的不同。有關噴嘴、混合室等其它關鍵尺寸, 如噴嘴臨界面積、噴嘴喉部直徑、噴嘴出口面積、噴嘴出口長度等的計算, 可以應用文獻[ 5 ]第343 頁提供的相應公式。

上述公式中相關符號的含義, 也與文獻[ 5 ]中的規定相同。
上述關于設計工作點的選定方法和各項關鍵尺寸的計算公式, 都是通過大量的試驗和理論分析得出的。據此設計, 可以確保引射式滅火器始終有較高的工作效率。
 
2. 2. 3 引射式滅火器的原理圖與樣機
 
圖1 是利用引射技術設計的多元多效滅火系統原理圖。它由引射式滅火器、高效滅火劑、添加劑三部分組成。其中高效滅火劑和與添加劑的吸入比, 可由三通閥調節。該系統可以方便地把消防水、高效滅火劑、添加劑三者復合在一起, 形成多元多效滅火劑。
(一) 引射式滅火器 (二) 高效滅火劑 (三) 添加劑
    1. 噴嘴(左接消防水管) ; 2. 接受室;
    3. 混合室(噴射管) ; 4. 三通閥
圖1 船用多元多效滅火系統原理圖
  為滿足船舶不同火災場合施救的需要, 可把引射式滅火器混合室外端設計成柱形口和扇形口。柱形口適于遠距離噴射, 用于遠距離滅火; 扇形口適于大面積噴射, 有利于增大滅火劑的覆蓋
面, 用于大面積火災施救。根據船舶的具體情況,按消防水最低工作壓力2. 94×105Pa、最小流量14L öm in、高效滅火劑和添加劑的含量為5% 這一特定條件, 進行了引射式滅火器樣機的設計制造,最后形成的多元多效滅火劑的最大作用距離可達到30m 以上。用于火災施救時, 在噴射消防水的同時, 它每分鐘可以把至少700mL 的高效滅火劑送入火場。在現有技術水平下, 還可以通過特定的設計, 使得多元多效滅火劑的最大作用距離更遠,以便于海上船舶之間實施火災的支援式施救。
根據不同情況火災施救的需要, 設計了兩種不同結構形式的樣機: 一是分體式(如圖2) , 即圖1 中的(二)、(三) 兩部分與(一) 是分開布置的, 中間用軟膠管連接, 該形式的高效滅火劑、添加劑容器都可以做得較大, 因而適于對較大火災施救。二是整體式(如圖3) , 它把圖1 中的(二)、(三) 兩部分與(一) 加工成一體, 結構緊湊, 更加便于使用。但一次灌裝的高效滅火劑和添加劑有限, 僅適于對中、小災情火災施救。
船用分體式多元多效滅火系統

船用整體式多元多效滅火系統

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