轻质固体灭火剂最佳投放量

轻质固体灭火剂最佳投放量研究摘要：本文通过建立数学模型，结合小型油罐灭火试验结果，对灭火剂最佳投放量进行了研究，推导出灭火剂最佳投放量、油罐半径以及灭火剂半径三者的关系。通过小型油罐灭火试验结果验证,该模型符合实际灭火结果。关键词：固体灭火剂、隔热性能、最佳投放量1．前言敞开式燃烧的油罐火灾，初期燃烧势增加异常迅猛。因为在火焰加热下，大面积油品蒸发迅速，形成快速上升的蒸汽流，致使罐内造成局部低压，造成周围空气被吸入罐内。与油蒸汽混合燃烧。随着燃烧的加强，油品蒸发速度增大，形成了更强的蒸汽流，进一步增强火势，对于重质油或原油，其燃烧过程中发生的沸溢、喷溅还有可能引着周围的油罐或建筑物而扩大危害，因此针对油罐火灾具有蔓延快、易扩大、险情多的特点，故难于扑救。目前的扑救措施，不能有效抑制沸溢、喷溅等。已逐渐不能满足大面积油罐火灾扑救的需要。因此，研究了一种新型的固体灭火材料。这类材料具有低导热性、高熔点、多孔、化学惰性等良好理化性质[1]；此外，它们来源充足、成本低、使用后可回收利用，对环境无污染。本文在小型油罐试验中取得实际灭火结果的基础上，通过理论推算，对灭火剂最佳投放量进行研究。2．轻质固体灭火剂制备轻质固体灭火剂主要分为灭火子和浮子两种，其中主要成分为膨胀珍珠岩。膨胀珍珠岩是一种颗粒状多孔的材料，其容重为0.04～0.20g/cm³，导热系数在200～500°C时为0.028～0.048w/m.k。耐火温度可达1280～1360°C，一般使用温度在800°C，是一种良好的轻质隔热材料。浮子是由膨胀珍珠岩、高强度石膏以及有机硅膜以一定比例配置而成，主要起飘浮的成形体。灭火子是由膨胀珍珠岩、107胶和碳酸氢钠按一定比例配制而成,主要起灭火作用的成形体。表1.灭火剂种类及参数驴灭火剂尽配方播体积金（臭cm愈³袖）堪密度进（穴g/cm省³月）旦四升个数饱灭火子醒珍泥+管胶钟+阵碳酸氢钠冷58.9循0.32能39置浮子（加膜）这珍妙+荣石未膏累+戒有机硅膜谨60.8消0.35晕38俘浮子脾珍勇+电石膏恳58.9满0.33日39制备时，按照不同的配方将以一定比例混合搅拌均匀，按需要厚度，经模具压制成圆柱形。试样直径为5cm，自然风干，经表面处理后形成固体灭火剂。3．固体灭火剂投放量的计算为了研究轻质固体灭火剂的灭火效果，必须分析这种灭火剂的投放量与火势控制情况的关系。轻质固体灭火剂的投放量越多，灭火效果越明显，油料的烧损越少，但是救援的开支越大，所以需要综合考虑油罐和灭火剂的间隙以及灭火剂之间的间隙，推算出灭火剂最佳投放量，即灭火剂覆盖油罐一层最多能需要多少灭火剂。3．1模型假设（1）大面积敞开式油罐的半径为R。（2）轻质固体灭火剂的半径为r。（3）灭火剂均匀覆盖在油罐内。（4）油罐内切灭火剂的个数为x。吃蓬项（屠5倦）修正系数慈为滤k月。您亡蕉（轮6羡）理论投放量朗为表m霞。迷尊顾（宾7警）实际投放驱量剂n树。低3诞．劲2师模型构供成绿井歌妨化交同蛇呢A纪辨B宏鼻鼓缝号袍0殊赢叉图旷1免.尊灭火剂分布示筋意赌图脉①臂根据假设茫（俱3渗）得：大圆内膜切小圆的个数功为与x返，连接小圆的抓圆心得到一个纽正夕x消边形，则其边渐长季为匪2园r川，谦正惹k句边形的中衫心富O责到顶点的距离委为世a药。说正怠x汽边形的内角和请为布18禽0焦（解x-舰2画）湖,杰则每个内角究为惊18稻0卫（吃x-虹2拨）载/钉x馅。浇在哀△弄AB裙O职中缘，榆co寇s顶∠首ABO=r/醋a连与秧鬼悲蒜警∠沸ABO=90费-180/x匆部sin(18蛾0/x)=哗r/陪a鸣。踩当娱a=2它r呜时，小圆之间召的间隙最小。闯sin(18驻0/x)=1行/2x=6。千葛尘即一个小圆最碍多可外切六个就小圆，此时，敬圆与圆的间隙郊最小。欠熔矩劈索薪扭D贷姨团商顽穿C努E造晚股贸四鱼揪炊F搅瞎被萌驾垫须诚桶晶烘肃辆共罗盗乡母汽图线2鱼.压灭火剂分布示蛛意资图示②锅将小圆看为正宴六边形，小圆滚内切于正六边胸形。涝即大圆中正六辜边形间的间隙过为零。值如妄图峰2驶其石中删E紫为抵D帽F劲的中点。射在以△书CD涌E斩中胖：巨CE/EF让=t棉g渐∠德ECF=tg租60路°泄EF=0.5哀8r稠正六边形的边堤长扁b=2EF=跪1.16再r余。社正六边形的面扑积懂S=6*印S托△多CDE=3.浑46r环歼H轻葡P利闯柿栏迎G粥窃J锈产足图栗3执.森灭火剂与器壁译连接示意胶图暑①烧设遍S型1或=痕S怜△以HIJ贺+S骡圆小弧肺HI编其中派S凤圆谜弧样HI=成S惨扇巨形速GHI-喝S脆△伶GH项I哨，啊∠爸HGP少=肝α盗,HI=2仁r傅。友得粮S途1事=榨S巷△父HIJ放+S偷扇佳形村GHI-嘉S伯△雁GHI隆S神△兽HIJ=1/拳2*IJ*s霞in剪2惜∠犬JIH=0.数58r谋2勇S级扇请形请GHI午=然π辜R犬2蛛*鸡2肺α校/吊2系π驳=叛α昆R寿2营其名中沟α奋=arcsi燥n(r/R)支S网△笨GHI=r*凶R*co纤s退α纷=r(R小2垒-r助2嚼)干1/2将其代入公式鞭S节1器=亏S甩△拣HIJ踢+S苹扇际形喜GHI-付S寻△己GHI瓦=纽α美R宰2比+0.58r省2妈-r(R宿2禾-r棋2旧)叼1/2恭辱HG打懒致I婶平烘及陵Q据确孕K览旬图元4.霸党灭火剂与器壁蒜连接示意范图门②葬同理在剥图尚4蹲中，堆设饶S评2圣=提S极圆蜻弧匪KI局其袍中缺∠型KGQ糖=废β静，乡∠俗HIK=2绕(锣α窑+梨β商)裕S悟圆夫弧蒸KI=怀S姜扇末形色GKI-成S忙△打GKI欺S孕扇糖形冬GKI诊=荒π佣R器2匀*枕2蛛β评/也2翼π险=掘β咽R鞭2甩菜S路△钢GKI=0.吓58r*R*怀co奥s扁α拌=0.58r严(R筋2闪-r舱2炭/3)速1/2旨S奏2叫=各S祖扇颜形置GKI-控S僚△白GKI吩=坡β鹅R劣2躺-0.58r油(R昌2茄-r叉2捕/3)气1/2死大圆内切小圆珠的个欺数傅x=事2般π牧/颈∠兼HIK=旦2猪π性/2后(闲α争+摄β流)=与防π挤/花(柱α袍+遥β折)尚在堵△禽HI蜡K秃中悲，奉α晃+拘β赛=arcsi墓n(1.53刻r/R)悠大圆面积为各宝个面积之和，源即鼠S岁大条圆骑=毯m*灭S+x(S畏1竹+S夹2斑)篇，代入整理权：照挤3.46mr右+0.5源8雀π型r/暂(校α疼+抬β看)=层宾π欢/禁(河α脏+搁β脚)勿*破［里(不R贫2恰-r为2掉)但1/2速-0.58(童R者2市-r边2卷/3)湿1/2稍］须其侧中忌α姥+岗β班=arcsi详n(1.53仗r/R)漫3.饥3柄结果简化惠油罐的半共径件R主远远大于灭火掉剂的半亮径森r萝。览α土+守β鹰=arcsi秤n(1.53筝r/R剪)胶≈蔬1.53r/纺R状(勒R誉2扣-r误2蛛)岩1/2绘≈婆R昌，同比理拨(均R冒2炭-r创2舌/3)恶1/2纹≈唐R肾园即可简化为：技贝3.4供6mr加2给+0.3凉8惨π堵Rr=0.2树7顺π绳R加2换²探m=0.0倚8狠π罗(她R/r)爬2词-0.11R惜/r功简化拼：等m=0.荣1产π稠(烈R/r)冷2柏-0.1R/缝r抄悦温=0.廊1牲π检(央R/r陡–前1/2)葛2潮-0.02棒5务π等3.济4拍对模型的几点宴讨论群（咱1浸）灭火剂的数冤量夏n丙随狗着婶R/欧r建的增大而增加末；衣（甘2睡）讯质大圆和小圆的唱比蛇值纳R/饥r狗大于等胁于乖1轮；狂当倡R/r=吴1串时，灭火剂的摆数愁量王n=调0矛。善当搜R/薄r里大乱于犹1父时边，普n词值为正值，这俗符合实际情况热。遍（牢3打）在实际投放胁中，由于投放爷时灭火剂分布扁不规则以及考大虑油罐与灭火珍剂之间的空隙蹦还有灭火剂间式的空隙。绩实际投放量应滔大于理论投放槐量碰,误艳从而得到修正竟系门数型k璃。因此，设实协际投放芬量皱n槐为理论投放性量询m族的兴k佳倍，们即芦n=k逐m启。用逆心得到寿：杆n=0.1右k眼π缘(挪R/r)尤2既-0.1kR漂/r享其中修正系辨数孤k疫与空隙率以及猴实际投放灭火绍剂的不规则性洪有关，是一个盏随机变量。空首隙率为空隙的献总面积与大圆触面积的比值。诵为了灭火剂能弄够覆盖整个油柳罐，一般修正黄系凉数亲k构为孝1.睬5蛙。断4枣.突小型油罐灭火穷试验温[2]闲Ø颗500兆mm悄油罐，预周热娃1赵分钟投入加膜旬浮子后投入量劫达五到花8迹升即可将火势尘完全控制住；疲预筋热啊2创分钟投入量达降到狼1卧6笼升才能控制火像势。逢图据5沾.离投入加膜浮子各液面温度变化峰隔热浮子覆盖御于罐内油液面旨上层数与火势筹强度减弱的情塞况：无浮子时这，火势相对强霉度锅为如10科0紧；加入一层浮榜子时，火势相服对强度膊为银6每0偏；加入二层浮考子时，火势相换对强度幼为默3密0葵；加入三层浮壤子时，火势相桑对强度莲为颜1辅0退。恨图粘6报.辆隔热浮子灭火室效果充无浮子时，火爸势相对强度叔为诚10绍0吗；加箱入腊3c赏m预散料时，火势接相对强度情为淋9织0访；加入一层浮鹅子盒加逼3c果m进散料时，火势誓相对强度漫为谷2雕0抱；加入二层浮阶子哄加围3c杠m遍散料时，火势耕相对强度陶为皮0斗。灭图馋7利.眠浮子与散料综欢合灭火效果脂5铅.脱分析与讨串论制隙实验证明：唉Ø邮500亦mm炒油罐中，已蚊知器R=25c其m量；刚r=2.5c工m;k=1.姥5军,惕代入能得得n=4属2炕。加入一层浮膝子时，火势相墨对强五度演6含0村。投放一层隔腹热浮子时，灭龙火剂隔热性能愤足以满足灭火端要求垮[1]理，但由于灭火源剂之间以及灭到火剂与油给罐之间存在空疏隙片,乳汽油蒸汽仍能刑向外蒸发，因页此一层隔热浮悬子的灭火效果撒不明显，不能挺完全控制火势烛。预箱热冬1特分钟时，投入唱量达弹到毁8翁升即可将火势缝完全控制住，替即投放量数势量灶7泡6氏，将近两层隔傻热浮子。由于穗空隙面积减小制，从而控制火驴势。由礼图祝6宜得加入二层浮雕子时，火势相逮对强度吹为秤3你0撤，投放量与理席论计算相符合际。叫5.陕1歉投放量与油罐缎半径和灭火剂红半径比值有关尼灭火剂最佳投筹放渗量顷n=0.1山k润π宋(蛇R/r)净2完-0.1kR改/澡r罚，从而得到灭息火剂投放量与天油罐半径和灭道火剂半径比迫值奥R/掉r勿有关械。背n尤永腊白0袜1瞧银屑更R/r稼裁图拍8航.鹿灭火剂数量脉n辅与懒R/针r婚曲线关系示意磨图醉在实际过程中侨，喝R/豪r似＞狗1讨，凡即筋n痕大于零易。戏球n逗随窗着既R/贺r煎的增大而增多骗。即油罐半径像越大，灭火剂市半径越小，投倍放量数量越多拜。这与实际相啄符合。脸5.早2浊投放量与灭火势材料有关览采用不同的灭掌火材料，取得撑不同的灭火效明果，从而直接促影响灭火剂投狂放量。在小型龟油罐汽油灭火缸试验中，一层阅浮子加灭火散烧料的灭火效果眼近似于三层隔思热浮子的效果困，隔热浮子与镜灭火散料的综专合作用强于隔狡热浮子作用。穴隔热浮子主要前起控火作用，庙隔热浮子密集底地飘浮在油液乱面上形成覆盖辛层，在一段时挠间内能隔断火好焰和热烟气对你液面的热传递瞒，抑制液面蒸付汽的挥发，使别液面火势和温碑度明显下降，栽减弱和控制火炊势强度的良好颜效果。但是，企飘浮在液面上悬的浮子之间存国在空隙，由于董汽油挥发性强谅，部分汽油蒸边气仍能穿过覆嫌盖层，存在残窗火，故使用灭乔火剂数量较多李。而隔热浮子胸与灭火散料配保合作用，可充鼠分发挥控火和吵灭火的作用，慈灭火散料处于怠油液面覆盖最尿上层能起到封政闭浮子之间的岔空隙，完全阻卵断液面油蒸汽洋对火焰燃烧的喜供给达和燃烧热对油然液面的反馈作盐用，同时散料透孔隙中的水分尝在受热情况下炉气化吸热有效奶地降低火焰底限部和热烟气的盘温度，故灭火角效果较好，使曲用灭火剂数量夏也就较少。睡5.起3晌投放量与火势驶程度有关升雁转在实验中，对丝于痛Ø狠500狮mm社油罐，预破热刃1香分钟投入量达附到盆8篮升即可将火势歉完全控制住；炉预浪热装2喇分钟投入量达鲁到筐1烦6告升才能控制火辟势，从而灭火标剂数量与火势焦程度大小有关激，火势越大，迫需要投放灭火舞剂数量越多。祸在火灾过程中佣，分为三个阶菌段：初始燃烧相阶段、完全燃金烧阶段和熄灭谎阶段。初始燃休烧阶段中，火亿势程度大小随径着时间增加而垫增大，投放数绩量也随着增多辨；熄灭阶段中斩，随着时间变心化火势将减少接，投放数量减蹈少，有时甚至缩不需要灭火剂战；在完全燃烧公阶段时，需要挽灭火剂数量为雀最多。纳5.嘉4默投放量与其他丘有关伙助阶在理论公式中肉存在修正系暗数葡k壳与实际投放的圆不规则性有关悉，就是与火灾倡发生周围环境艘以及其他因素迁有关。比如环浑境温度、风向泻以及投放方式驶等等，所以修甲正系钩数涝k扑是一个随机变防量，从而影响葛了灭火剂投放矛量。6．