含钾盐添加剂细水雾的灭火原理与工程实例

表7．1为两种喷头在不同压力下测试纯水细水雾扑灭食用油火的平均灭火时间。

表7.1　不同压力下纯水细水雾扑灭食用油火的有效性实验结果

从灭火时间来看，随压力的增加，两种头产生细水雾的灭火效率均有提高，B95 喷头整体的灭火有效性优于B3 喷头，是由于在相同的工作压力下，B95喷头具有更大的流量。

细水雾通过冷却火焰和冷却燃料表面抑制熄灭食用油火的临界水流量可分别由方程（6．17）和方程（6．18）计算得到。其中食用油火燃烧过程中的质量损失速率通过图7．4的直线斜率得到，为0．0091kg·m-2·s-1，燃烧热为39118kJ·kg-1。气态食用油热容为970 kJ·kg-1，液态食用油的热容取1．3 kJ·kg-1·℃-1，油面温度为食用油稳定燃烧阶段的燃料表面温度。

计算表明，细水雾冷却火焰所需的水量xmw为0．029 kg·m-2·s-1，远大于冷却食用油表面所需的水量（1-x）mw即0．009 2 kg·m-2·s-1，说明冷却燃料表面为细水雾抑制熄灭食用油火的主导机理。最小流量1．9 L·min-1的条件下，油盘边缘处（10 cm）细水雾通量为0．036 6 kg·m-2·s-1，小于扑灭食用油火所需的临界流量值，因此实验过程中观察到的现象均为成功灭火。

另外，由方程（6．20）和方程（6．26）计算可知，食用油火羽最大向上流速Ufmax为2．87 m·s-1，由表6．8可知，当细水雾粒径大于200 μm并且工作压力大于等于0．4 MPa时，对于实验用食用油火，细水雾液滴向下运动速率大于火羽流最大向上流速，保证了细水雾液滴可以穿透火羽到达燃料表面进行冷却灭火。由表6．2 可知，在0．2 MPa的工作压力下，B3和B95喷头所产生的细水雾粒径的D32分别为219．92 μm 和199．48 μm，说明大部分的细水雾液滴是大于200 μm 的，满足了细水雾液滴能够穿透火羽流并到达燃料表面的一个条件，因此也是可以灭火的。

食用油的组成成分在加热的过程中会发生变化，产生新物质的自燃温度一般比原食用油的自燃温度低28 ℃左右。因此，若阻止食用油复燃，需将食用油温度冷却至闪点（200 ℃）以下，或使温度低于330 ℃。图7．5为实验中4号热电偶记录的温度曲线。

图7．5　不同压力条件下4号热电偶的时间-压力曲线

（a）B3喷头；（b）B95喷头(www.xing528.com)

由图可知，4 号热电偶在不同细水雾压力作用下的温度都能降至300 ℃左右，因此不会出现复燃现象，与之前的理论分析结论一致。温度急剧下降也说明两种喷嘴产生的细水雾都能穿过火羽而到达食用油表面，进行燃料表面冷却。压力为0．2 MPa条件下的灭火时间较长，细水雾施加时间较长，4号热电偶在细水雾的持续作用下降温较快。当停止施加细水雾时，4 号热电偶在不同压力作用下的降温速率不同：0．2 MPa 时最慢，0．6 MPa 时最快。当细水雾工作压力增加时，水雾动量增加，有更多的细水雾穿透火羽而到达食用油表面进行冷却，因此，残留在热电偶上的液滴数量也相应地增加，热电偶降温速率加快。

图7．6为两种喷嘴在0．4 MPa条件下1～4号热电偶记录的温度曲线。

图7．6　0．4 MPa压力条件下1～4号热电偶的时间-压力曲线

（a）B3喷头；（b）B95喷头

在细水雾的作用下，火焰和油面的温度迅速降低。特别是食用油表面温度迅速降低至200 ℃以下，低于食用油的自燃点，停止施加细水雾后，食用油不会复燃。另外，2 号细水雾流量较大，曲线上温度下降的斜率较大，说明2号细水雾对火焰和油面的降温效果比较明显。

B3喷头产生的细水雾扑灭食用油火的典型过程如图7．7所示。

图7．7　细水雾扑灭食用油火的典型过程

由图可知，与B 类火模型一样，细水雾扑灭食用油火的典型过程也大致包括初起、强化、根部脱离、压制、二次强化和熄灭几个阶段。从初起到强化阶段，在细水雾的作用下，炽热的气体向燃料表面运动，加剧了火焰与燃料表面之间的热对流，使燃料的燃烧速率增大，出现火焰加速燃烧的现象，火焰被强化。持续施加细水雾，距离燃料表面近的火焰抬离油盘表面，火羽从燃料表面分离。由于燃料蒸气脱离了细水雾的抑制作用，与周围空气混合，使火焰规模持续增大，第二次出现火焰强化现象。随着燃料蒸气和空气的混合物燃尽，燃料没有足够的热量供应油蒸气，火焰规模减小，直至熄灭。与B 类火模型不同的是，当食用油火焰熄灭后，由于油面温度较高，残留在油面及油盘周围的细水雾液滴在高温下迅速蒸发。形成大量的水蒸气，类似“烟”状物。待残留液滴完全蒸发后，存在复燃的可能。