（轮机工程专业论文）船舶移动式高压细水雾灭火系统研究.pdf

中文摘要 摘要 绥隶雾灭火系统其有耗承囊少、嚣境友好、灭火效率商等优点。隧巷入 f 】霹= 保意识的不断增强和对火灾事故的日益关注，细水雾灭火技术近年来得到了较快 的发展，必将成为今后的重要灭火技术之一。 船舶火必照危害较大的一种船舶海难事故。由于船舶条件特殊和海洋环境恶 劣显交幻葵溯缓褥艇耱火灾更难孩羚裁。籍麴火灾会绘耱耱嚣产巍久务安全造袋 巨大危害，还可能对海洋环境逢成严重污染。因就，蒋妊要开展新型高效的船舷 细水雾灭火系统的研究。 本文以船舶移动式高压细水雾灭火系统为研究对飙，采用理论分析、仿真与 实验摆结含靛等段对其进行了系统磷究。研制出了灏型麓羧豹高压细水雾蝼头， 并设诗囊移魏式菇压纲衣雾灭火系绕群橇。奉文黄先会缓了躲蘸炎灾懿臻获、霉孝 点及船冉冉传绕的灭火系统，概述了细水雾灭火技术的研究现状；简要介绍了细水 雾火火系统及技术，比较分析了细水雾灭火技术在船舶灭火中的优势，对细水雾 的生成机理、雾化方式和灭火机璎进行了详细的分析：论述了射流理论，细水雾 雾滴囊量豹浮霆标准，裹压细农笏濮头熬雾纯簸理及骥头参数设诗及理论；提出 一种新型酶藻予童射流和旋流静凝疆雾纯喷头维构，弗磺铡出薪型的商蕊缨承雾 喷头样品，对该喷头和直接雾化喷头的喷雾效果进行了c f d 仿真和实验对比研究。 对该系统的灭火性能进行了实验研究。 仿真和突骏表明：新型直射一旋流高压细水雾磺头能够获 ! 导较大的轴向动量 容经鑫动萋，英骞较大静雾臻动爨鞠雾位袁；奏零l 予撬巍缓零雾灭火愆溪凌鞫广 度。实验证明该喷头对于扑灭油池火有较好的效果。 关键词：船舶火灾；高压细水雾；雾化喷头；c f d 仿真：灭火试验 荚文摘要 灿s e a 岫i n t op o 渤b i eh i g hp 瑚s u r em 协t e rm i s tf i r e s u p p r e s s i o ns y s t e mo nb o a l d a b s t l - a c t w a t c rm s tf i f es u p p m s s i o ns y s t e mh a st i l ea d v a n t a g e so fi e s s 、恤rc o n s u l t l p t i o n ， 铺￥i f e 黼l e n 扭l 瓤。珏凼i 黼s s 鑫嬲h i 痨e 臻c i e 黼y 。w 髓瓤i 粒蚤隧s co f 耄 持s e n s co f e n v i m n m e n t a lp r o t e c t i o n 卸dm o 佗a n dm o ma t t e n t j o nl l a sb e e np a i dt 0f i r ea c c i d e n t s ， w 勰fm i s tf i 摊s u p p r e s s i o n 协c h n o l o g ya c b i e v c sal 雠o f & v e l o p m e n | s 汹氇ef e n l d e c a d e s ，粕dm u s tb co mo f 幽em o s lj m p o n a 眦t e c h n o i o 科o ff i r es u p p r e s s j 册i nt h e 觚u 佗 a so n oo f 蜘em o s ld i s 髂牡蛩u s 矗e c i d e n l sa ts c a ，6 r eo nb o a 趟i su s 姗l l y | n o d i 佑c u i tt ob cp u to u tb e c a 懈eo ft h es p e c i a ic o n d i t i o no ft i l es h i pa n dt h eh a r s h 蹦v i 黜矗重西l k 瓢魏精盼e 翱s e d 8 m a 秘艳p 辨r 簪a 蒯e 喇拍g e f l 瓣o n 沁鑫捌，o f e v 朋p o 儿u t et h ee n v i r o n m e n to ft l l es 髓1 m e 陀f o m ，i tj sn e c e s s a r yt oc a r f yo u tt l l p 糟s e a f c ho f n e wa n de 髓c i e 哦w 雏e fm i 娃蠡s u p p r e s s i o ns y s t 鼬 i nt l l b t h e s i s ，w i t l lp 0 哟b i eh i 驰p 糟s s u 他w a 协rm j s tf i f es u p p r e s s j o ns y s 撕mo n b o a r d 黼t h e 糟s e 盯c ho b j e c t m e t h o do fp r i n c i p i e 加a j y s i s ，s i m u i a t i o na n dd o i n g 棼x p 耳l 搬e n 括h a v ck e 狂啦i l i 烈培a 拄o v e lh i g hp 摊s s 氍霉w a 耗fm i s n o z z i eh 嚣k e n d e v e l o p c d ，a n dap o r t a b i eh i g hp r e s s u r ew a t c rm i s tf i 佗s u p p r c s s i o ns y s t e mh a sb e e n s i 舒e la | l d 轴难u p 1 n 壤s 壤e s t s ，幽ec 聃f f e n t 瞅鼬sa 瓣e h a 豫e 睾e f 潮e so f 羲瓣o n b o a f d 鞠dt l l et r a d i t j o n a lm a r i n ef i r es u p p 雌s s i o ns y s t c mh a v eb e e ni n ”o d u c e d t h e c u r r e n ts t a t u so fs t t l d i e so nw a t c rm i s tf i r es u p p r e s s i o nt e c h n o l o g yh a sb e e ng e n e r a l i z e d ak i c fi 瞳铡粒1 o no fw a 搬m i s t 癌s u 船f e s s i o ns y s l e ma n dl e c h n o l o g ya n da c o m p a r i s o nb e t w e e nt n 甜i t i o n a in r cs u p p r c s s i o nt e c h n o i o g y 卸dw a t e rm i s th 酗b n d o 辩翔em e c i s 狂l so f 攮e 翻荫撕o no fw 毪眈璜斌踟m i z 鑫差i o 臻翘d 曩羚s 珏跨辩s s i 秘 h a v e c na n a i y z e di nd e 诅- l s 1 1 1 e o r yo fj e tf l o w ，s t a n d a r d so fw a t c rm s tq u a l i 妙 e v a l u a t i o n 粕dp r i n c i p l e so f 姚l ed e s i g nh a v eb e e ng m d l e d a 瓣v c ln o 貔l eb a s 嗣 娃蛇叫黼捌e “j e t 柏d 枷七u l e n tf l o wh a sb c e nd e s i g n e d 柏dc f d s i m u l a t i o no f 弧f l o w p 船s a g eh a sb e e nd o n e e x p e r i m e n t so n 醅e 脆c t i v e n e s so v 材p o o ln r eh a v eb c e nd o n e t h er e s u l t so fs i m u i a t j o n sa n de x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tw i d e ra t o m i 动t i o n 卸g l e a n ds t r o n g e rm o m e n t u mo ft h ed r o p i e t sc a nb ea c h i e v e dw i t ht | l i sn e w “几do fn o z z l c a n dt h es y s t e mi sv e r ye f f e c t i v eo np o o lf i 化 k e yw o r d s ：f j 代o nb o a r d ，h j g hp 嘲s u nw a t e rm i s t ，a t o m i z a “o n o 蹈l e ，c f d s i m u - a t i o n ， e x p e r i m e n to f f i r es u p p i 。e s s i o n 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明；本论文是在导师的指导下，独立进彳亍研究工作所取得的成果， 撰写成薄，联学挝论文 ：越夔鏊麓鑫塞堡缎盔差嚣叁垂筮獗塞：。赊论义申 已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 錾筏确方式豁谚。零论支中苓毽含荏露来杰f l 鞠确注爨麴箕蘧令人或集嚣已经公弹 发表溅未公开发表的成果。 零声瞬黪法律费话辔本人承摇。 论文作者签名：i 聃为砷7 年7 1 月2 牛日 学像论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教舜完全7 耩“大连海事大学磅究垒学谴论文提交、 舨权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学能 论文的复印释和电子敝，允许论文被黉阅和稽游。本入授较大连海事大学可戳将 本学位论文的全部或郝分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或 扫描等复制乎段保存和汇编学位论文。 、 保密口，谯年解密后通用本授权书。 本学位论文属于：保密嬲 不保街彳( 请猩以上方框内打“一) 论文作者签名；罔力 嚣期： 导师煞名 期7 年趣胃2 簪爨 船舶移动式离压细水雾灭火系统研究 第l 章绪论 1 1 课题的研究背景及意义 1 i ，l 背豢 船舶火灾给躲舶的财产和人命安全所造成的严熏危害是有目共麟的，据不完 全统计，船舶火灾占海难事故总数的l l ，所造成的损失位于所有海难事故之首。 黢罪海难救助协会的谡查资魁显示：2 0 世纪s o 年代恁，船舶火灾事赦以平均每年 l 的速度递增。 鼗国港魅系统平均每年发生黪款火灾攀救约2 4 起，所造或翦妻按经济损失超 过千万元。由于船舶火灾的频发性和严重性，国际海事组织( i m o ) 早融高度重视， 劳为踅裁定了谗多涉及簸憝溃茨的公终，黧强了躲霸澄防设器夔督与硷壹鲍力度， 从一定程度上减少了船舶火灾事故的发生。 然瑟，鸯手淡行豹鹈貉系统存在藿玮壤污染、灭火鼓攀低、成本寿、蔻窖天 员等问题，以及1 9 8 5 年保护臭飘层维也纳公约和1 9 8 7 年关于消耗臭飘层 秘覆的蒙特稠尔议定书酌逶逶，使得研鬣颓墅裔皴环保的船耱漓淤系统鬣褥菲 常必要而紧迫。特别是对予老龄船舶、客滚船、大型及超火型船舶发生火灾的潜 在可能性舞大，星发生火灾带来的危害也囊大。 我国政府于1 9 9 3 年批准执行了中圜游耗臭甄层物质逐步淘汰国家方案： j 9 9 7 年批准了中国消防行业哈龙整体淘汰计划规定我潮于2 0 0 5 年停止生产、 镄售哈忿1 2 f l 灭火剂；2 0 o 年劳庶生产、鳞售哈龙1 3 0 l 灭火剩。瓣蘸，国际上 藏在研究和使用的哈龙替代灭火剂主要有卤代烃、惰性气体、气溶胶椁。表1 1 对 务秘灭火翔鲍灭火蛙毙进镪了比较f “。 从表1 1 可见，细水雾灭火系统具有耗水量低、水渍损失小、对人体安全、环 蠛友努、灭久效攀寒、适耀菇围广等霞点。缨痰雾灭火系绞蓑具7 气体灭火窝本 喷淋的双煎优点。因此，研究细水雾在船舶上的应用是当前形势下的必然趋势。 第1 章绪论 表l l 典型哈龙替代灭火剂性能特点的比较 协1 lc o m p 撕s o f t h ep e r f o 珊锄c eo f d i 彘啪ts u p p r e 铅卸t sf b r 驯b s t j t i l t i o f h a l 鲫 火剂 惰性气二氧化 卤代烃 气溶胶易安龙 水喷淋 细水雾 效矗体碳 表面冷却 否否否否 是 是 是 火焰冷却否否否否否少量 是 氧气替代是 否 是 是否 少量 是 隔绝热辐射是 否 少量是否少量 是 连锁反应否是 少量 否 是 少量 否 烟气洗刷 否否否否 否 否 是 对人员安全是否否否是是 是 对设备安今是否 少量 是 是 古 是 环境友好 是 否 少量 否 是是是 1 1 2 船舶火灾的特点及传统的船舶灭火系统 1 1 2 1 船舶火灾的特点 船舶火灾不同于陆上火灾其主要特点为： ( 1 ) 环境特殊、火灾难以扑救。船舶火灾的扑救远比陆地火灾扑救困难，尤其 在海上航行发生的火灾，不易得到别的船舶和岸基的援救。有时即使有邻船，由 于风大浪急或火焰的炙烤，使得邻船难以靠拢施救；海上消防救助船( 艇) 难以及时 到达并实施有效的教助；陆上消防更难以及时有效的参与施救。因此，船舶火灾 从根本上讲应主要依靠船舶本身的力量来扑救，船舶灭火系统的设计也必须以这 种需要为出发点。船舶火灾难以扑救还由于船舶空间狭小、通道狭窄、货物密集、 人员难以疏散、扑救难以展开；当通道被火阻断时，消防人员很难从几个方向接 近火场施救；同时，由于火灾形成的浓烟和热辐射、热对流，也往往使扑救人员 无法靠近；船上的灭火剂一旦施放完就无法补充，不像陆地可以得到各方面的支 船舶移动式高压细水雾灭火系统研究 持；灭火时大量的水灌进舱内，有可能导致船舶倾覆沉没等不利因素，给船舶火 灾扑救造成困难。 ( 2 ) 可燃物多，火势发展迅速，火灾损失大。现代船舶向大型化、高科技化和 豪华舒适化发展，船舶造价昂贵，一艘船的造价动辄几千万到几亿元。而且，船 载旅客集中、货物密集，船舶一般都储备有占其载重量的5 一l o 燃油以及润滑 油、液压油等，上层建筑及各种日常用具、油漆、缆绳以及乙炔、煤气罐等都是 易燃易爆的物质。船舶火灾造成的人员伤亡、船舶和货物的直接经济损失，以及 沉船占用航道、码头、污染水域所造成的间接经济损失等都是相当巨大的。 ( 3 ) 热传导性强、易形成立体火灾。船舶的基本结构为钢架结构，发生火灾时 燃烧产生的热量很容易在整个船舶上传导扩散，加剧火的燃烧。同时，船舶机舱、 生活区上层建筑以及货舱都呈垂直栅格式分布，所以极易形成立体燃烧，使得火 灾更难以扑灭船体为钢板、木板构造，其导热性强，起火后5 分钟，温度可上 升到5 0 0 - 9 木板迅速扩散燃烧，加上船体内很多通风孔的通风供氧、钢板在 船体空间传递热量，迅速扩大火势，形成立体火灾，扑救非常困难。受船体大小 的局限，船舶结构比较紧凑复杂，船内通道和楼梯比较狭窄，舱室和机器设备的 布置也不尽相同，火灾条件下，消防人员很难清楚火场情况，以致影响灭火行动。 1 1 2 2 传统的船舶灭火系统 ( 1 ) 卤代烷灭火系统 卤代烷灭火剂是以卤素原子取代烷烃类化合物分子中的部分或伞部氢原子后 所产生的一类化合物的总称。其灭火机理是：在火焰的高热中，卤代烷分解产生 活性游离基b r 离子、c l 离子参与燃烧过程中的化学反应，消除维持燃烧所必需的 活性游离基h 离：f 和o h 离子，生成稳定的h 2 0 、c o 分子和活性较低的游离基r 离 子等，从而使燃烧的化学连锁反应链中断而灭火。 早期卤代烷灭火剂在灭火方面具有灭火浓度低、效率高、不导电等优点，因 而在各个领域包括船舶上得到了广泛的应用。然而，随着人们发现卤代烷灭火剂 的使用严重的破坏了地球大气中的臭氧层，联合国环境计划署于1 9 8 7 年签订了关 第l 章绪论 于消耗臭氧物质的蒙特利尔议定书后，世界各国都在致力于寻求哈龙替代灭火 剂，并逐步地淘汰哈龙灭火剂。 ( 2 ) 消防水系统 船舶发生火灾通常用消防水灭火，在海上有取之不尽的海水。但是用水灭火 时要确保泵浦同时能把污水井的水排出舷外，否则货舱内大量用水灭火会影响船 舶的稳性和抗沉性能。另外，有些危险货物遇水后会产生化学反应，发生燃烧爆 炸引起更严重的后果。同时，消防水系统对于扑灭油类火效率极低、不能用于扑 灭电器火、海图室及图书室等处的火灾。消防水灭火带来的二次损失非常大。 ( 3 ) 大型c 0 2 灭火系统 二氧化碳作为卤代烷灭火剂的替代品之一，是目前国内外船舶上应用非常广 泛的一种气体灭火剂。其灭火机理是：二氧化碳气体在高压下充入钢瓶内。常温 下为液态，当向封闭的保护区施放后，使空气中的氧气浓度降低到1 5 以下，通 过窒息和冷却作用，减少空气中的氧气含量，降低燃烧物的溢度实现灭火 二氧化碳对绝大多数物质没有破坏作用、灭火后不留痕迹、没有毒害、适用 于扑灭各类可燃、易燃液体和固体物质的火灾；而且它具有不导电、不沾染物品、 不破坏臭氧层、没有水渍损失、灭火效果好、价格低廉等优点。然而，当火灾发 生在机舱或货舱并有扩展蔓延趋势时，应封闭火场所有开口处，撤离全部人员， 然后才能施放c 0 2 气体，并一次施放要用足必需的数量，才能达到有效灭火的目的。 过多的二氧化碳灭火剂的使用，将使得地球表面的温室效应日趋严重，另外，当 二氧化碳的浓度达到2 0 以上时就会使人发生窒息而死亡，严重威胁到困火人员 的安全，也影响到消防员对困火人员的施救。 ( 4 ) 泡沫灭火系统 泡沫灭火剂是一一种洁净灭火剂，是将泡沫剂和水按一定比例在水泵系统中进 行混和，由泡沫炮或泡沫枪采用负压原理吸入空气，在泡沫炮或泡沫枪喷出的过 程中产生泡沫进行灭火。泡沫灭火系统是国内外迅速发展起来的消防新技术，其 具有灭火能力强、速度快、水渍损失小等优点。泡沫最适宜扑灭机舱发生的油火， 泡沫能覆盖于油层表面，隔断空气阻止油层表面燃烧，泡沫中的水分对油层表 4 船舶移动式高压细水雾灭火系统研究 砸超冷却降温作用，所以船舶机舱都配备了离膨胀泡沫灭火。然而，泡沫系统需 要定期更换窝捡验，成本鞠警裹。 1 1 3 课题的研究意义 细水雾灭火技术是谯2 0 世纪末才发展起来的，是一种新型，高敬、环保型 的消防技术。系统利用高压水，经高压水雾喷头后雾化为直径细小丽均匀的小水 滴势娃承雾状嚷出，笼攀火源；透过表霹冷却、塞怠噬及阻隔热鞴魅。从两使火 焰熄灭。缨承雾籍剩是蠢撬缨痰雾灭文吴有不污染环境、灭炙邈遮藏矮永量少、 水渍损失小等特点，在欧菠国家的宾馆、办公室、博物馆、商业楼、食品工业等 有较为广泛的应用。 商压细水雾灭火系统由于其高效环保等优点，在船舶消防中肖蒋极其广泛的 应瓣懿蒙。要实现本较好麓雾铯需要寿足够藤翁蘧力，遮藏蒜要露缝够输窭褰压 力静水液压泵，瑷及避弦撬力、流量控铡羽永渡压阉等，然两当裁阂内消防行韭 生产的水灭火系统最大聪力仅为2 om p a 左右，无法达到高压的要求而且没有永 液压元件的研制能力与缀骏。因此，研究高压细水雾灭火系统必须在解决纯水液 压传动关键技术闯题的基础上，通过研制耨一代的纯水液压元件和毅型的高压细 承雾喷头来实现。 在船舶上，由于载藏的要求限制了船舶的储水量：船舶的稳饿爱求限制了灭 火过稷中的用水量；同时船舶火灾所导致的后果的严重性，都要求船舶灭火系统 必须能够具有很高的灭火效率。高压细水雾灭火系统对船舶机舱内犬鬣存在的油 类火、电器火等都摆当鸯效。因此，舞展离聪瘫效缨拳雾灭火系统磷究对于船舶 消辨蒸有重要的实蕲应蠲侩毽。 1 2 细水雾灭火技术的国内外研究现状 1 2 1 细水雾灭火技术的发展历程 2 0 糖纪5 0 年代中期，b 糯i d e c he ta l ，研究势攒述7 缀水雾挣灭液态帮固态涵类 火鑫露簇本原理，著在1 9 s 9 年和1 9 6 1 年密羧鹣文献中避一步阉述了在羚灭碳氢涵 池火时雾滴直径分布和喷雾速度的关系。2 0 世纪6 0 年代到7 0 年代之间，国外很 第l 章绪论 多大学、企业以及政府科研机构相继展开了细水雾的有关研究。美国海军于2 0 世 纪7 0 年代末就研制出固定式机舱细水雾灭火系统。 然而，除了在特殊的工业场所及户外变压器等方面，固定式细水雾灭火系统 并没有得到很广泛的应用。其原因在于低压细水雾的雾滴动量比较小很难经过 火焰到达燃油表面进行冷却，从而极大影响了细水雾的灭火效率：另外，细水雾 系统压力的提高引起的摩擦损失急剧增大，水雾系统的腐蚀、气穴等以及系统的 费用增加也阻碍了细水雾技术的发展与应用。1 9 8 7 年蒙特利尔条约签订以后世界 各国开始寻求哈龙灭火系统的替代品，同时水液压技术的发展，为细水雾灭火技 术更为广泛的研究和应用提供了可能性，细水雾灭火技术再次受到人们的广泛关 注。 1 2 2 国内外细水雾灭火技术理论的研究现状 1 2 2 1 国外主要的研究机构及其研究成果 ( 1 ) 美国f a d o r ym u t u a ir c s e a r c hc o 甲o m t i o n ( f m r c ) f m r c 利用s e c u p l e x 公司生产的应用于燃气轮机封闭空间的细水雾系统，对 细水雾灭火系统的效能进行评估，该评估是北美最早最完整的细水雾评估程序。 f m r c 对火焰探测、细水雾系统的触发及细水雾对涡轮叶片热冲击等问题进行了 研究，实验表明：在细水雾的施加过程中，必须使涡轮叶片的冷却速度不高于每 2 2 秒内冷却2 5 度。 研究了细水雾在不同尺寸的机舱空间内的灭火性能。f m r c 利用低压( 1 2 m p a ) 和高压( 6 9 m p a ) 喷嘴，对l m o 测试规范规定的i l 、1 1 i 类空间( 大于3 0 0 0 m 3 ) 进行了实 验研究，研究表明：机舱封闭效果对于提高细水雾灭火性能很重要。 利用低压细水雾系统对住宅区进行消防实验。研究表明：使用压力为1 om p a ， 流量为4 5 l m i n 的细水雾系统就能满足含有油类的包装盒、卧室及厨房等区域的 灭火需求。f m r c 还对细水雾喷嘴的流量特性进行了分析研究。 ( 2 ) 英国k j d d e 消防有限公司 6 船舶移动式高压细水雾灭火系统研究 开发了应用于飞机舱室溢油火的细水雾系统，并在英国民航局的资助下研究 了货舱处火灾的细水雾控制方法；对该公司开发的中压单相流细水雾系统在模拟 的全尺寸燃气轮机封闭空间进行了实验。对该公司开发的一种应用于室内的细水 雾系统在几类电信设备房问进行了扑灭电器火的实验。开发出了大流量低压细水 雾灭火系统，应用于抑制柴油喷射而产生的燃烧和爆炸，并可抑制气体爆炸的发 生。 研究细水雾的雾滴特性。对单相流、双相流喷嘴的雾滴直径及其分布规律利 用m a i v e m 系列粒了测量仪进行了测量和研究。并研发了一系列的室内应用的单相 流细水雾喷头，其压力为1 o 到1 2m p a 。 ( 3 ) 加拿大国家研究局( n r c ) n r c 的研究包括：细水雾灭火系统在舰船机舱灭火的局限性、测量雾滴特性 ( 雾滴大小分布和流量密度) 、确定雾滴动量在灭火中的作用。实验表明有些添加剂 ( 碱性金属盐) 能增强灭火能力研究了障碍物、封闭空阃、可燃液体闪点对于细水 雾灭火性能的影响。实验中采用的细水雾系统包括高、中、低压系统，以及单相 流和双相流细水雾系统。 n r c 的最新研究包括：j ) 过热水细水雾灭火系统，n r c 对过热水细水雾扑灭 电器火进行了全尺寸的试验研究。研究了过热水细水雾的流量和喷雾方向对灭火 的影响。研究表明过热水细水雾对抑制爆燃( 爆炸) 有很明显的效果。2 ) i n t c j m j s t “灭 火新概念，i n t c l m i s t 灭火概念是将局部细水雾灭火系统和实时探测系统相结合， 对电信设施进行灭火，以便能够比较及时的发现并扑灭火灾。3 ) 细水雾的脉冲喷 射方式，n l 的研究表明：与连续喷射相比，脉冲式喷射灭火更有效，用时更短， 耗水量更小。还可以用来扑灭隐蔽火，以及通风条件下等不易被连续喷射系统所 扑灭的火灾。4 ) 移动式灭火器，n r c 跟其工业合作伙伴研制了具备自主专利的细 水雾灭火器。可以用来扑灭木头火，纸类火( a 类火) ，油类火( b 类火) ，电器火( c 类 火) ，及厨房火( k 类火) 。与传统的灭火器相比，细水雾灭火器的灭火效率更高。 ( 4 ) 挪威i g p a s 7 第l 章绪论 i g p a s 为木质博物馆设计和安装了完整的细水雾灭火系统，并进行了全尺寸 豹实验骚究e 该细承雾系统必农臻漤式，镬髑繁貉天旋叛、颈裁式垂纛： 趣援瓣 喷嘴，同时述改变喷雾特性参数包括：质量流量、雾漓速度及喷雾锥角。 耩究缨零雾露予缮物锫鞠窀器蠹冬潜在损鬻，寻求一静囔雾方式鞋避免雾溱鼹 溶水性油画等饰物的损坏。述研究细水雾对电子器件的一般影响。研究细水雾i 受 备斡可靠往秘可维护往。为了傈证在本质教豢、档案镕缩求雾灭火系统有很赢的 可靠性，水雾系统必须特别简单而且必须是非电力驱动的。为实现对术质教常、 档察馆的有效防灾，l g pa s 霪点研究了细永雾系统的检溺、触发、摄警以及储水 容器、压力裙器、阗投管路躺尺寸和存放位置。 研究细永雾防止火场闪燃的发生的机理。对木质教堂的全尺寸模拟研究发域： 紧髅屋顶的喷嚏对予拯止火源的闪燃比较有效。l p g 透过计算寻求防止本质教堂发 生闪燃的有效的喷雾密度，为细水雾系统设计提供指肆 5 荚壤火灾觋突骺盘建媲舔究壤鞫 英国火灾研究所进行了航空工业中客舱细水雾的研究，他们对灭火机理和细 承雾豹产生辍理逶学分耩；磷究了纲瘩雾系绞豹搽溯、魅发帮控割。瓣三令垂秀 从o 1 到0 6m p a 的喷嘴进行了实验评估。所有的系统安装在3 6 m x 4 mx 2 4 m 的 密封虏阕墨。分掰麓鬻燃灾、敞开灭及稳蔽夹酌矜灭效率进行了溯量。 建立了细水雾灭火研究的实验台，实验台簧于5 m x 5 m 6 m 的屋顶敞开的膀 闻。实验台麓有不同雾滴生成方式的缩水雾系统，供承压力获o 6 到l om p a 。火 场为燃油、滑油及液压油燃烧的敞开油盆火。房间内设有不同的障碍物。该实验 的研究目的怒对己知雾滴特健的细永嚣系统的灭火能力和耗水率进行比较。 研究细水雾灭火系统的一般原理。在细水霉研究中使用多蟹勒相分析仅确定 雾滴的分布情况。使用软件来生成雾滴的累积分布曲线、流量密度、雾滴大小，速 度的相互美蓉及其缝参数，坟逛力容器和拳滚疆泵为系统提供瓣永压力为o 1 捌 l om p a 。雾滴速度只在垂直丽一维测得，只对三维雾滴的竖直分量进彳亍了计算。 1 2 。2 2 国蠢细承雾磷究现状 i 船舶移动式高压细水雾灭火系统研究 公安部天津消防所开展了高压单相流和低压双相流细水雾系统的灭火机理和 喷雾特性的研究。中国科技大学火灾科学国家重点实验室开展了细水雾与火焰相 互作用的机理的研究。浙江大学流体传动与控制国家重点实验室研制出固定式高 压细水雾灭火系统样机，并对高压细水雾系统的灭火性能进行了实验研究。 1 2 3 国内外细水雾灭火系统的研制与应用现状 ( 1 ) 德国f o g t e c 公司 f o g t e c 公司是在机车车辆、船舶消防技术方面领先的消防公司之一。其生 产的压力为8 到2 0 m p a 的高压单相流、双相流系统在机车车辆、隧道及船舶上都 有很广泛的应用。图1 1 所示为f o g t e c 公司生产的细水雾灭火系统及细水雾喷 头。 ( a ) f o g t e c 高盐单相流细水雾系统泵站 ( b ) f o g t e c 高垃两相流系统 ( c ) f o g t e c 公司细水雾喷头 图l lf o g t e c 公司细水雾灭火系统及其喷嘴 f i g 1 lw 砒i 玎m i s t 肌s u p p r 器s i 伽s y s t 咖s 柚dn 位z l eo f f 0 l g t e cc o 9 第l 章绪论 f o g t e c 主袋针对下列情况进行火灾防护。地下运行的或者火车视率中的柴 油发动机和电力发动机、配电开关室、变压器、旅客车厢、驾驶室、隧邋、船舶 规舱、艇员舷室及上层甲扳的公共区域等。 ( 2 ) 芬兰m 撕o f f 公司 芬兰m a r i o f f 公司是世界领先的细水雾灭火系统制造厂窳之一。该公司原来生 产静水喷满系统罄经广泛的应用予各静艉船上。图i 2 所示为m 撕。嚣公司生产豹 细承雾灭火系统及缩水雾喷头。 a 醚撕。嚣繁油羲骥动嵩蓬细痰雾系站系统翻黻撕。嚣电辊鬻动嵩笨缩农雾象站篆缓 ( c ) m 州o f r 舣相流系统( d ) m 撕o f r 高压单相流喷基 图1 2m 删o f 细水雾灭火系统及其喷头 f i g 1 ，2 鞲娃自曾m 缱蠡罄绷辫精嚣l 册毋s 塘m s 棚稍翻eo f m 撕。匿c o f i o 船舶移动式高脏细水雾必火系统研究 m a r i o f f 公司是最先开发高压细水雾灭火系统并将其用于船舶机舱、船员住舱 及停车甲板等的消防公司之一。其所生产的细承雾系绕横据箕触发和戚用范围鲍 不同分为局部应用式系统( l o c a la p 则c a t i o ns y s 钯m s ) 和全淹没式系统( t o 洲 f i o o d i n ga p p i - c a t i o ns y 妣m s ) 。m a r i o f r h i - f o go y 还对细水雾的潜在应用场合进彳亍 全尺寸的实骏，证实了高压纲水雾系统具有良好的灭火性能。以至于s c 拍d i 腿v i 黼 海事管理当局规定其管辖下的客船必须安装m a 耐o f r 的高压细水雾系统。 ( 3 ) 丹麦s m 公司 a 垮e m s a 惩离蘸单相流幕蛄秘) s m - s a f 赢旌凝耱流蘑力系统 ( c ) s e m - s 矗f 嚣裹篷细承雾嚷头 圈i 3s e m s a f e 细水雾灭火系统及嚣喷头 f 遮1 0 獭燃m 聩纛瓣s 印霉鲻 螺宰蹴辩s 勰d 虹。羽eo f s m c o 第1 章绪论 图1 3 所示为s e m c o 公司生产的细水雾灭火系统及细水雾喷头。丹麦s e m c o 公司很早就从事高压细水雾系统( 包括高压单相流和高压双相流系统) 的研制，后来 也开展了低压细水雾系统的研制。其生产的s e m s a f e 高压细水雾系统是当前船 舶消防中应用最多的细水雾系统。该系统采用高压泵组或者压力气罐、水罐将水 加压全1 4 5 m p a 以上，通过高压细水雾喷头获得较高质量的细水雾雾滴。 ( 4 ) 中国南京消防器材股份有限公司 南京消防器材股份有限公司开发生产了z s x g 型的高压双相流细水雾灭火系 统。自主研发了g w m 1 型船用高压双相流细水雾灭火系统。该系统是参照美国国 家消防标准n f p a 7 5 0 2 0 0 0 细水雾标准和1 9 7 4 年s o l a s 公约2 0 0 0 修正案 的技术指标和要求而设计的。系统的工作压力为6 m p a ，系统启动气源压力为o 7 l m p a 可以实现手动和自动控制。该系统适用于扑救船舶下列防护对象的火灾： i ) 辛推进器的内燃机； 2 1 发电内燃机； 3 ) 燃油锅炉和焚烧炉； 4 ) 加热燃油净化器及易于安装燃气管道和排气管道等处所。 1 3 本课题的研究内容与研究难点 1 3 1 主要研究内容 ( 1 ) 开展射流理论和水的直接高压雾化机理的研究。 ( 2 ) 在理论研究的基础上开展新型结构的高压高效细水雾喷头的设计与研制， 并对喷嘴内部流场和外部雾化特性进行c f d 仿真研究。 ( 3 ) 研究喷嘴内部流道、结构参数与型式对喷头雾化效果的影响以及喷嘴的优 化设计。 ( 4 ) 研制出一套额定压力为1 4 o m p a 的高压细水雾喷头，具有较高的雾化质 量，并建直一台雾化稳定性好、连续工作时间超过3 0 分钟的能够应用于船舶的移 动式高压细水雾灭火系统样机。 ( 5 ) 开展新型高压细水雾喷头扑灭b 类火的实验研究。 船舶移动式高压细水雾灭火系统研究 1 3 2 研究难点 ( 1 ) 水的雾化机理的研究 水的雾化机理一直以来是细水雾灭火技术领域的研究热点和难点。因为水的 雾化情况直接决定了细水雾的灭火性能，必须从机理上去把握水的雾化过程和原 理，才能为细水雾喷头的优化设计提供有力的理论依据。尽管国内外关于水的雾 化机理展开过很多的研究，然而由于水的雾化机理非常复杂至今仍没有形成一种 能够全面解释水的雾化的通用模型。 ( 2 ) 高压细水雾喷头的研制 细水雾喷头结构不同对于细水雾的雾化和雾滴性能影响的因素也不相同，因 此只能根据流体运动方程对喷嘴内部流动进行仿真，同时对外部雾化特性进行仿 真研究，在实验的基础上进行综合分析，反复调试以得到较为合适的喷嘴结构参 数。 ( 3 ) 喷头的仿真建模 细水雾喷头特别是高压细水雾喷头内部流动复杂、流场形状不规范，流场内 外压力梯度比较大。在喷头的建模过程中，为使仿真结果比较符合实际常采取局 部网格加密的方法。然而由于喷头节流孔直径与外部空间的尺寸比例严重失调， 给加密网格带来了很大的难度。常常出现网格过渡衔接质量差，导致仿真结果失 真。 船舶移动式高压细水雾必火系统研究 第2 章细水雾雾化机理及灭火机理 2 。l 细零雾灭火系统麓余 2 1 1 细水雾的定义 “细水雾，( w a t e rm i 田是相对于“水喷雾( 州她rs p m y ) 的概念，所谓的细水雾， 是餐愆特臻喽骧、遥逮毫蘧簇承产生戆承微稳。在n 疆a7 5 8 孛，细承雾戆定义是 嘲：在最小设计王作压力下、躐喷嘴l 米处的平面上，测得水雾最粗部分的水微 粒感径d l v o ，9 9 不犬于l o o o 岬。 按缨瘩雾中水微粒静太冷，绸承雾分秀3 缳，懿蚕 瑛承渊。第 缓缯承雾 为d v o 1 = l o o 娜同d v o 9 - 2 0 0 岬连线的左侧部分，这些代袭最细的水雾。 第2 级细水雾，是第1 级细水雾的界限岛d v o 1 - 2 0 0 岬同d v o 9 = 4 0 0 肛m 连线之 闻戆聱分。这秘缨零雾可圭蕊聪骥璃、双浚喷骥或诲多争罐式嚷嚷产生。壹子有 较火的水微粒存在，相对于l 缀细水雾，2 级细水雾更容易产生较大的流量。 第3 级细水雾为d v 0 9 大于4 0 0 岬，或者第2 级细水雾分界线右侧至 d 姆9 归l e 黼之阉熬邦分。遨耱缨农雾主簧由孛压、小；l 蟆漤磕头、务黪冲击式 喷嘴等产生。 体 粳 西 分 配 雾渍直径( i m ) 图2 1 细水雾分类图 f i g 2 ，ls k c t c h o f t h e c l 舔郴c 礼i o n o f w 棚m i s t 第2 章细水雾雾化机理及灭火机理 研究表明，要扑灭b 类火灾细水雾的雾滴直径必须小于4 0 0 u m ，而要扑灭a 类火灾较大的雾滴直径效果更好些，这是由于水的浸湿作用使得燃料的内部得到 了冷却。正因为如此，细水雾的定义包括了d v o 9 9 为】0 0 0 岬。在n f p a7 5 0 中定 义的细水雾，既包含了n f p a1 5 中定义的一部分水喷雾系统( w a t e rs p f a y ) ，又包含 了在高压状态下产生的细水雾。一般情况下，细水雾是指d r v o 9 小于4 0 0 岬的水 雾。 2 1 2 细水雾灭火系统工作原理及其分类 细水雾灭火系统是利用压力水流过专用细水雾喷头后形成的细小雾滴进行灭 火或保护的一种消防系统。细水雾平均雾滴直径小，比表面积和密度较高，遇火 焰高温后迅速汽化，体积可膨胀1 7 0 0 倍以上，使保护区的氧浓度大为降低，具有 很强的汽化降温作用和隔氧窒息作用，同时细水雾还能将火源包围阻止热辐射、 防止热扩散，达到迅速灭火的目的。其分类为： ( 1 ) 按介质分 单相流系统：是指采用单管供水至每个喷头的细水雾灭火系统。通常以水液 压泵为动力源。 双相流系统：是指水和雾化介质分开来供给并在细水雾喷头上混合的细水雾 灭火系统。通常以储水和储气压力容器为动力源。 ( a ) 单相流系统( b ) 双相流系统 图2 2 细水雾安介质的分类 f i g 2 - 2c l 罄s i 右c a t i 册o f w a t e rm 碗a c r d i l l gt om c d i a 船舶移动式高压细水雾灭火系统研究 ( 2 ) 按系统工作压力分 低压系统：系统管网工作压力小于或等于1 2 l m p a 的细水雾火火系统。 中压系统：系统管网工作压力大于1 2 l m p a ，小于或等于3 4 5 m p a 的细水雾 灭火系统。 高压系统：系统管网工作压力大于3 4 5 m p a 的细水雾灭火系统。 美国海军实验室( n a v a lr e s r c hl a b o r a t o r y ) 的实验结果表明：单相流低压细水 雾系统产生较大的水微粒，在扑灭深层的a 类火灾时，表现出良好的灭火效果。 这是由于其相对较大的流量( 单相流高压系统的3 至4 倍) ，产生了表面的浸湿作用， 但减弱了系统扑灭有障碍物的火灾的能力。而单相流高压细水雾系统的灭火效果 则完全相反，系统产生的雾滴直径比较小，提高了扑灭有障碍物的火灾的能力， 而减弱了扑灭深层的a 类火灾时的效果。 ( 3 ) 按应用方式分 局部应用系统：细水雾系统被设计和安装在空间内某一个既定的保护对象的 局部区域，进行局部防护的应用方式。 全空间应用系统：是将待保护的区域看作一个整体，细水雾被设计和安装于 整个封闭空间，以保护空间内所有危险对象的应用方式。 分区应用系统：对待保护区域进行分区，细水雾系统被设计和安装于该区域 的某个预定部分，当有火灾危险时进行局部定位灭火的应用方式。在这种系统中 常采用分区控制的遥控电磁阀来控制某个区域的细水雾的启动与停止。 ( 4 ) 按供水方式分 泵组式系统：采用泵组进行供水的细水雾灭火系统。 容器式系统：采用储水容器、储气容器进行加压供水的细水雾灭火系统。 ( 5 ) 按保护区分 组合分配系统：用一套灭火系统保护两个或两个以上保护区或保护对象的细 水雾灭火系统。 单元独立系统：用一套灭火系统保护一个保护区或保护对象的细水雾灭火系 统 第2 章细水雾雾化机理及灭火机理 2 2 细水雾灭火系统的性能特点及其在船舶消防领域的应用优势 作为新兴的水消防灭火技术，细水雾灭火系统具有气体灭火和水灭火的双重 优点，同时又最大化地降低了它们的缺点。具有工程和安装成本低、对火灾反应 速度快、耗水量低、火灾损失少、火灾蔓延少、报警速度快等一系列优点，加上 它绿色环保、应用广泛的特点，细水雾灭火系统将是新世纪最佳的灭火系统。目 前存欧美已进入推广普及阶段，并以其良好的性价比、卓越的环保内涵，逐步代 替气体灭火系统及水喷淋灭火系统。 2 2 1 细水雾灭火系统性能特点 2 2 1 1 细水雾相对于水喷淋或常规水喷雾灭火系统的特点 ( 1 ) 用水量大大降低。通常而言常规水喷雾用水量是水喷淋的7 0 9 0 ， 而细水雾灭火系统的用水量通常为常规水喷雾的2 0 以下。 ( 2 ) 降低了火灾损失和水渍损失。对于水喷淋系统，很多情况下由于使用大量 水进行火灾扑救造成的水渍损失还要高于火灾损失。 ( 3 ) 减少了火灾区域热量的传播。由于细水雾的阻隔热辐射作用，有效控制火 火蔓延。 ( 4 ) 电气绝缘性能更好，可以有效扑救带电设备火灾。 ( 5 ) 能够有效扑救低闪点的液体火灾。 2 2 1 2 细水雾相对于气体灭火系统的特点 ( 1 ) 细水雾对人体无害，对环境无影响，适用于有人的场所。 ( 2 ) 细水雾具有很好的冷却作用，可以有效避免高温所造成的结构变形，且灭 火后不会复燃。 ( 3 ) 细水雾系统的水源更容易获取，灭火的可持续能力强。 ( 4 ) 可以有效降低火灾中的烟气含量及毒性气体含量。 2 2 i 3 细水雾与一般灭火剂的工程造价对比 以一台5 万k v a 室内油浸变压器( 变压器外形尺寸为6 1m m 4 om m 5 3 m m ，变压器室面积为l o 8m 8 9m 1 4 5m ) 为例，分别采用i g 5 4 l 、h f c 2 2 7 、 船舶移动式高压细水雾火火系统研究 高压c 0 2 、水喷淋和细水雾灭火系统保护，灭火剂用量和工程造价对比情况见表 】2 1 ( 不含报警系统) 。由表可见细水雾灭火系统的工程造价是最低的。 表2l 几种灭火系统的比较 t a b 2 1c o m p a r i s 蛐o f c o n s 虮i c t i o n 既p c n 辩o f d j 疵r t t y p e s o f 6 r es u p p 他s s i o n 主管道直径 工程造 系统名称灭火剂用量主要设备 ( m m ) 价系数 i g 5 4 l 5 4 7 5 k g 5 4 个7 0 l 灭火剂瓶d n 8 01 4 h f c 2 2 7 9 1 9 7 4 k g 1 7 个7 0 l 灭火剂瓶 d n l 2 51 3 高压c 0 22 4 3 7 k 5 8 个7 0 l 灭火剂瓶 d n l 0 01 o 水池8 0 m 3 ，7 0 k w 水泵2 水喷淋水8 0 m 3 d n 2 0 00 8 台，水喷淋阀1 套 细水雾水2 5 m 3高压泵2 台d n 2 5o 4 2 2 2 细水雾灭火系统在船舶上的应用优势 细水雾火火系统作为船舶传统灭火系统的替代品具有以下优势： ( 1 ) 耗水量少且灭火效率高。船舶的装载能力都是有限的，传统的低压水喷淋 式的灭火方式存在着极大的弊端，经常为了灭火而向船舶舱室内喷入大量的消防 水而改变了船舶的吃水和稳性，严重时甚至导致船舶沉没。细水雾灭火系统的应 用，能够极大减少水的喷入量，通过冷却、隔绝空气高效快速地灭火。同时，细 水雾特别是高压细水雾不仅可以有效地扑灭常规火灾如a 类、b 类、c 类火等，