含钾盐添加剂对细水雾灭火的影响

应用分体式激光粒度仪对B3喷头在0.2 MPa及0.4 MPa条件下的质量分数为5%的K2CO3、KNO3、KCl和KH2PO4溶液细水雾粒径进行测试，结果列于表6.11。

表6.11　含添加剂细水雾在不同压力条件下的细水雾粒径测试结果

由表6.7、表6.8 及表6.11 可知，在0.2 MPa 条件下，虽然含添加剂细水雾粒径D32均大于200 μm，但此时的雾滴速度可能不足以穿透4 种燃料的火羽并将细水雾雾滴送到燃料表面发挥冷却燃料表面的主导机理进行灭火。因此，选择在0.4 MPa 条件下，分别用5%K2CO3溶液细水雾、5%KNO3溶液细水雾、5%KCl 溶液细水雾和5%KH2PO4溶液细水雾对4 种B 类火灾模型进行灭火有效性实验，结果列于表6.12。

表6.12　0.4 MPa下含添加剂细水雾灭4种油池火的平均灭火时间　s

由表可知，不同的钾盐添加剂对纯水细水雾的灭火有效性影响不同，总体表现为灭火效能的增强并且相同浓度的钾盐添加剂化学灭火效能排序与第3章的排序一致。5% KH2PO4 溶液灭火有效性增加的效果较差，这是因为KH2PO4添加剂对化学灭火作用的加强远不如其他类型的钾盐，虽然KH2PO4的热分解产物中具有白色稳定的玻璃态物质，但由于这种物质只起到覆盖作用而降温作用较差，因此，对于柴油火来说，灭火效能甚至不及纯水细水雾。

0.4 MPa 下含添加剂细水雾无法对乙醇火进行有效扑灭，这说明细水雾化学抑制作用的发挥具有一定的局限性，在物理灭火作用无法充分发挥的情况下，化学抑制无法起到决定性的作用。

由以上的分析不难看出，乙醇火在低压细水雾系统条件下难以被扑灭，而柴油的闪点较高，不易引燃，并且燃烧后产生大量的黑烟（soot），不利于实验现象的观察，汽油虽然闪点较低，但馏程范围较大，燃烧也产生大量的黑烟，因此，这3 种燃料都不适合作为B 类火灾模型进行灭火有效性实验。正庚烷火焰并不会与燃料表面紧密接触，而是存在于燃料表面上方，两者中间存在一定间隙。说明在点火之前，燃料存在蒸发现象，扩散到燃料表面上方，与空气中的氧气混合形成可燃的混合蒸气，点火后，在燃料表面形成预混火焰和扩散火焰。作为纯净物，正庚烷具有固定的沸点98.5 ℃，由于其沸点低于水，避免了液滴撞击正庚烷表面发生严重的飞溅现象干扰实验。另外，正庚烷具有较低的闪点（-4 ℃）和较高的饱和蒸气压（5.33 kPa），可由明火直接点燃并且很难通过稀释氧气浓度的方法将正庚烷/空气混合物的浓度降到可燃极限以下，扑灭正庚烷火处在一个相对不利的条件下，即延长了灭火时间，便于不同添加剂之间灭火有效性的比较。因此，在本章后续的研究中，选用正庚烷作为B类火油池燃料模型的代表。

4 种溶液细水雾在0.4 MPa 条件下扑灭正庚烷火过程的时间-温度曲线如图6.12所示。

由图可知，当火焰熄灭并停止施加细水雾后，5% K2CO3溶液细水雾和5%KNO3溶液细水雾1～3号热电偶在温度曲线的后半段有一部分自然冷却降温，说明这两种溶液细水雾的灭火时间较短，具有较好的灭火有效性。而5% KCl 溶液细水雾和5% KH2PO4溶液细水雾停止施加后，1～3 号热电偶已基本处于常温状态，说明细水雾施加时间较长，5% KCl 溶液细水雾和5%KH2PO4溶液细水雾的灭火有效性较差。(www.xing528.com)

图6.12　含钾盐添加剂细水雾扑灭庚烷火的时间-温度曲线

（a）5%K2CO3溶液；（b）5%KNO3溶液；（c）5%KCl溶液；（d）5%KH2PO4溶液

由之前的分析可知，发挥添加剂的化学灭火效能需在一定的温度条件下，并且生成化学灭火活性物质的时间要短于细水雾液滴的存在时间。从灭火时间的数据来看，K2CO3和KNO3添加剂对纯水灭火效能的提升作用明显，说明本实验条件满足这两种添加剂发挥化学灭火效能的条件。而KCl 添加剂对纯水灭火效能的提升作用不明显，这是由于KCl 在火焰温度不易发生热分解，KCl 的化学灭火效能来自较高的饱和蒸气压，但KCl 的熔点温度为771 ℃，与火焰最高温度基本持平，一旦大量的细水雾开始施加，火焰温度会急剧下降，导致KCl不能达到熔点温度，不利于KCl化学灭火效能的发挥。KH2PO4的表现与之前的分析一致，在较低的温度下发生热分解并生成白色玻璃态物质，KH2PO4对纯水细水雾灭火效能的提升作用一部分来自生成的物质覆盖在油面所起到的隔绝氧气作用。

4种溶液细水雾在0.4 MPa条件下扑灭正庚烷火的典型过程如图6.13所示。

4 种溶液细水雾扑灭正庚烷火的典型过程主要包括初起、强化、根部脱离、压制、二次强化和熄灭6 个阶段。在初起阶段，正常燃烧的正庚烷火焰受溶液细水雾的作用而出现火焰变形的现象，随着细水雾的施加，由于雾动量对火场空气的扰动，使得燃料蒸气与空气中的氧气更好地混合，加速燃料燃烧并在飞溅与共沸共同作用下发生火焰强化现象，直接导致火焰根部脱离燃料表面，出现浮力扩散火焰的根部失稳，熄灭大部分火焰。剩余火焰在细水雾的作用下受到压制，随即发生第二次火焰强化并最终熄灭。

图6.13　4种溶液细水雾扑灭正庚烷火的典型过程

（a）K2CO3；（b）KNO3；（c）KCl；（d）KH2PO4

由图可知，含钾盐添加剂细水雾与正庚烷火焰相互作用过程中都出现了明显的焰色反应，K2CO3溶液的焰色反应最为明显，KNO3和KCl 溶液次之，而KH2PO4溶液最不明显。从火焰的明亮程度来看，KH2PO4溶液灭火时火焰最为明亮，KCl 溶液次之，而KNO3和K2CO3溶液灭火时，火焰最为暗淡。说明KH2PO4溶液灭火时化学抑制能力最弱，而KNO3和K2CO3溶液则很好地起到了阻断燃烧反应进行的作用，化学抑制能力最强。另外，不同添加剂灭火过程中的火焰压制作用则存在较大差别，由这4 种物质对比可以清晰地发现其压制作用规律为KNO3、K2CO3>KCl>KH2PO4，反映了化学灭火效能的相对强弱，与之前章节分析得到的结论一致。