■ CAFS消防车灭火技术的应用性探讨

CAFS消防车灭火技术的应用性探讨

　　摘要：压缩空气泡沫灭火技术具有十分良好的性能优点，在实际灭火作战中具有广泛的应用性，本文主要分析了CAFS消防车干湿泡沫转换的灵活性、灭火剂垂直方向输送能力、灭火时水带质量轻及压缩空气A类泡沫的稳定性的特点，探讨其在市政建筑火灾、高层建筑火灾和石油化工火灾场所的适用性。

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　　关键词：CAFS消防车，高层建筑火灾，石油化工火灾
　　0 引言
　　压缩空气泡沫技术最早出现于十九世纪70年代，美国将其应用在海军军舰上，80年代初应用于德州森林消防，欧洲也从90年代开始应用，因为其高效的灭火特点，现已在欧美得到广范使用。我国自1996年引进装配CAFS的车辆，为了加强应用，还建立了“压缩空气A类泡沫灭火装置”研究课题。目前CAFS消防车在全国已经得到广泛使用，浙江、上海、广东等地还将其作为首战消防车出动执行灭火救援任务。从长远来看，压缩空气泡沫灭火技术将会得到更加广泛的应用。
　　1 压缩空气泡沫灭火技术概论
　　压缩空气泡沫灭火技术是指压缩空气和泡沫混合液按一定比例在管路或水带中预混，然后通过喷射装置，产生压缩空气泡沫进行灭火的技术。与水灭火技术相比，它能将一滴水变成多个气泡，每个泡的灭火功效与一滴水的灭火功效相同；泡沫上的水膜，还增大了水滴的表面积，使液态水气化得更充分，吸热面积大、吸热能力强，极大程度的降低火场的燃烧温度；而且压缩空气泡沫可明显地减小水分子之间的张力，具有很强的渗透性，可渗透到燃烧物的内部，大大缩短灭火时间。与普通泡沫灭火技术相比，该技术的发泡倍数相当于普通泡沫的10倍。在灭火时发泡倍数低于4的泡沫难以在燃料表面保持较长时间，发泡倍数高于10的泡沫难以穿透火焰到达燃料表面，CAFS可以通过调节压缩空气与泡沫液的流量，将发泡倍数控制在4～10，提高泡沫的灭火能力。
　　2 CAFS消防车灭火技术的应用分析
　　CAFS消防车灭火技术应用主要表现在压缩空气泡沫灭火技术的应用，下面将从干湿泡沫转换的灵活性、灭火剂垂直方向输送能力、灭火时水带质量轻及压缩空气A类泡沫的稳定性四个方面进行阐述。
　　2.1干湿泡沫的灵活转换
　　2.1.1干、湿泡沫简介
　　当混合比控制在0.3%时，CAFS产生湿泡沫，湿泡沫具有含水量大、流动性好的优点，但是其黏附性较差，主要起隔离或灭火的作用。当混合比在0.3%～0.5%时，系统产生干泡沫，干泡沫具有含水量少、黏附行好的优点，但是其流动性较差，主要用来冷却着火物周围物体。中泡沫介于湿泡沫和干泡沫之间，可用来灭火，也可用于冷却保护物体。
　　2.1.2干、湿泡沫的应用
　　在实际的灭火过程中，一般都会根据火场的不同情况，利用干湿泡沫的不同特点灵活转换，达到高效的灭火能力。如在扑救建筑火灾时，如果火场温度较高，可以先用直流水枪或者多用枪喷射湿泡沫，利用湿泡沫的穿透力及较高含水量进行冷却窒息灭火；在控制火势后再改用干泡沫的覆盖能力，黏附在着火物上，防止发生复燃，而且干泡沫覆盖后还会析出部分水，能达到降低温度的目的；对于光滑里面的火灾就可以直接使用干泡沫覆盖灭火。不过如果是博物馆、图书馆、档案馆、珍贵而古老的建筑物、高档试验室等火灾场所，因为用水灭火，建筑物及室内物品会遭到极大的破坏，甚至水渍损失超过燃烧损失。此时CAFS可以先利用干泡沫隔离火焰，阻止火灾的蔓延，然后用中等泡沫或湿泡沫灭火，达到灭火、保护建筑和物品的双重目的。
　　2.2灭火剂垂直方向输送能力
　　随着经济的快速发展，我国的高层建筑数量越来越多，广东、江苏、上海、辽宁等省市的高层建筑数量就已突破万余栋。高层建筑火灾也成增长趋势，据统计2010年全国共发生高层建筑火灾2555起，共造成33人死亡，28人受伤，直接经济损失达15350.9万元。对于高层建筑火灾，传统的灭火装备像举高消防车能发挥的作用越来越小，如在2011年发生于上海静安区的教师公寓火灾，由于内部过火面过大，立体控火艰难，虽然总队先后调集14辆举高消防车到场，只能在控制外表面燃烧方面发挥作用。
　　2.2.1理论分析
　　要评估CAFS消防车对于高层建筑火灾的灭火能力，关键点是CAFS消防车垂直方向输送灭火剂的能力。压缩空气A类泡沫消防车的出口压力一般为1.0MPa，假设压缩空气泡沫被输送到一定高度，压力变成0，忽略过弯压力损失和水带接口损失，则主要考虑沿程摩擦阻力损失和重位压力损失。
　　据分析，利用摩擦阻力系数计算法对压缩空气泡沫在65mm、80mm和90mm管径水带中输送时的沿程阻力损失进行理论计算，结果如表1所示[1]：
　　而且在未使用涡轮增压系统时，压缩空气泡沫的密度为278.93kg/m3，使用涡轮增压系统后压缩空气泡沫流的密度为257.96kg/m3。
　　因为重位压力损失的公式为：，则每升高1m的压力损失为：。其中：P为重位压力损失；ρ为压缩空气泡沫的密度；g为重力加速度，取9.8N/m2；h为泡沫输送的高度。
　　带入可得未使用涡轮增压系统时单位高度重位压力损失为：2734；使用涡轮增压系统后单位高度重位压力损失为：2528pa/m。
　　因此可以输送的最大高度为：
　　带入数据可得最大高度如表2所示：
　　从表中可以看出，CAFS消防车能够将压缩空气泡沫输送到169m以上、318m以下高度，而且水带管径越大，能输送的最大高度也越大，未使用涡轮增压系统比使用涡轮增压系统输送的高度大。不过在实际应用过程中输送到最高高度时的压力不能为0，而且过程中还要考虑水带的铺设方式、水带的折叠部分以及其他压力损失，因此实际的输送高度和理论计算得出的肯定有差异，还需要通过实验操作加以证明。
　　2.2.2应用案例
　　CAFS消防车在实际灭火过程中，也有很多成功的案例。2007年上海环球金融中心火灾扑救中，利用压缩空气泡沫消防车迅速组成2条外部供水线路，分别在着火层50、26层设置分水阵地，成功地阻止火势发展；2011年上海静安区教师公寓火灾扑救中，在着火建筑北侧布置了压缩空气泡沫消防车，通过沿外墙垂直施放水带进入室内近战灭火，并组织力量在着火建筑下风方向200米范围内，设置水枪阵地，有效截断了火势向下风方向毗邻建筑蔓延[2]。　　2.3压缩空气A类泡沫的稳定性
　　CAFS属于正压式泡沫产生系统，A类泡沫通过这种系统进行喷射，可以获得较高的发泡倍数，而且能改善灭火泡沫的微观结构，可获得粒径分布更为均匀的灭火泡沫，稳定性会极大提高。压缩空气泡沫具有良好火灾防护效果，在灭火过程中能发挥覆盖、隔绝等灭火防护作用，就是跟它的高稳定性有关。
　　2.3.1压缩空气A类泡沫稳定性分析
　　泡沫的稳定性跟泡沫的25%析液时间有关，25%析液时间越长，其泡沫的稳定性越高，25%析液时间与发泡倍数、泡沫温度和混合比等因素有关。发泡倍数越高，代表其含有的泡沫溶液较少，气泡总表面积较大，因此气泡的液膜相对较薄，气泡的析液速率就会降低，其25%析液时间就会增长；泡沫的温度如果升高，液膜中液体的蒸发就会加快，而且温度升高会促进气体在液膜中的扩散，使气泡逐渐增大直到破裂；泡沫的混合比是指产生泡沫时泡沫溶液与水混合的体积比，当混合比小于1.0%时，提高混合比，相当于提高泡沫溶液中用于发泡的表面活性剂浓度，液膜双分子层中表面活性剂的吸附量和排列紧密度也会随之提高，有助于提高液膜的自我修复能力，并降低液膜的析液速度，增长其25%析液时间。
　　2.3.2压缩空气A类泡沫稳定性的应用
　　压缩空气A类泡沫的稳定性，对于石油化工可燃性液体危险品火灾，具有良好的灭火防护效果。而且，A类泡沫灭火剂在CAFS消防车中使用时，采用1%混合比，并控制发泡倍数在15～25倍之间时，灭B类火效果最好。为了验证CAFS消防车在灭B类火过程中能否达到这一发泡倍数，国内专家通过标准油盘火实验，得出的结果如表4所示[3]：
　　从表中4可以看出，当出一支泡沫枪时，在不同流量的情况下，发泡倍数会出现39.0这一较高的发泡倍数，又可以出现13.6这一较低的发泡倍数，因此必然能够达到15～25这一范围，可以实现最高效灭火。从表中还可以看出，当发泡倍数越大，射程越短，而且当出两支枪时，射程和一支枪时一样，可见，在灭火时要根据火场的实际情况，调节发泡倍数，来控制射程，以采用正确的方法灭火。
　　3 总结
　　（1）压缩空气泡沫车可以根据火场实际情况，灵活调节压缩空气泡沫干、湿状态，以达到针对性地高效灭火，目前广泛应用于市政建筑物火灾及其他的小型A类火灾场所。
　　（2）压缩空气泡沫具有良好的垂直输送能力，对于高层建筑火灾这一世界性难题，提供了新的解决方法。
　　（3） A类泡沫通过CAFS系统喷射会具有良好的稳定性，不仅可实施灭火，还可进行覆盖保护。这一特性为将压缩空气泡沫灭火技术引进石油化工领域提供了可能。
　　参考文献：
　　[1]朱伟峰，压缩空气泡沫供液阻力损失研究[J].2012中国消防协会科学技术年会论文集，2012：148-154.
　　[2]朱伟峰，薛林，王丽晶.高层建筑火灾扑救灭火剂供给技术研究[J].2011中国消防协会科学技术年会论文集，2011：310-313.
　　[3]包志明，陈涛，傅学成，张宪忠，王荣基.A类泡沫对液体或在的防护效果及泡沫稳定机理研究[J].安全与环境学报，2013，6：222-225.

文章分类：技术应用