泡沫灭火模拟装置关键技术研究

发布时间：2020-05-31 18:39

【摘要】：我国是世界第一大石油进口和消费国,火灾爆炸事故是油类安全事故的主要种类,油类火灾具有热值高、流动性强、容易复燃等特点,具有极大的火灾危险性。泡沫灭火是扑救油类火灾最为有效的方式,泡沫灭火剂能浮于燃油上方,对燃料表面进行覆盖,一方面对燃料起到降温的作用,另一方面隔绝了可燃气体与空气的接触,因此其在扑灭油类火灾时效率较高。泡沫灭火模拟训练器已经成为国内消防培训基地建设的重要内容。然而,在公安消防、海空军、民航机场等灭火训练中,大多仍采用模型与油池火组合摆放的训练模式。这种训练方式不仅无法控制灭火训练的火源功率,而且存在严重的水源和空气的污染问题,不能满足《消防培训基地训练设施建设标准》GA/T623-2006提出的“实用有效、合理规划、节约资源、安全可靠、注重环保”的建设原则。因此,有必要开展科学研究研制新型泡沫灭火模拟装置。本文在充分调研国内外对于泡沫灭火模拟装置的规范要求、技术现状和行业现状后,提出了利用气体火源替代真实火源模拟典型油类灭火场景的方法。针对火源模拟的需要提出了两大关键科学问题,即火源模拟技术和灭火反馈控制技术。通过文献调研、小尺寸实验和理论分析相结合的方法,对关键技术进行了突破。对泡沫灭火模拟装置进行分系统设计,解决了火源控制的核心问题,完成了泡沫灭火综合控制程序。论文的具体工作包括:建立了气体火替代航空煤油池火的模型。对油类火源进行替代设计,分别对航空煤油池火和气体火源的火灾特征参数进行了研究。研究发现航空煤油羽流中心线温度随着高度的升高而下降,热电偶测得的火焰最高温度约800℃;航空煤油池火的火焰辐射符合圆柱体火焰辐射模型,实验测量得到了小尺度航空煤油火焰的表面发射功率为9.56～16.23kW/m2,航空煤油火焰的表面发射功率随油盘直径的增大而增大。丙烷气体火焰的的中心线温度与航空煤油火焰有相同的规律,热电偶测得的火焰最高温度基本与航空煤油火焰一致;丙烷气体火火焰辐射同样符合圆柱体火焰辐射模型,实验测得的丙烷火焰表面反射功率为7.67～15.48kW/m2,丙烷火焰的表面发射功率随火源热释放速率的增大而增大。推导了泡沫灭火剂轴对称蔓延模型。为真实模拟泡沫灭火剂作用后火源功率的动态变化过程,对泡沫灭火剂扑救燃料为航空煤油池火的情况进行了实验研究和理论建模,研究发现其灭火面积由泡沫的覆盖面积决定,泡沫的覆盖面积由泡沫的蔓延和泡沫的损失同时控制;推导了泡沫的一维蔓延模型和轴对称蔓延模型,泡沫的蔓延半径是泡沫流量和时间的函数;泡沫的损失是外部辐射强度的函数。开展了泡沫灭火模拟装置开展系统设计。泡沫灭火模拟装置由常驻燃烧器、主燃烧器、供气装置、泡沫收集器、泡沫测量装置和程序控制器等5个分系统构成,其核心是程序控制器中的泡沫灭火反馈控制程序,泡沫灭火反馈控制程序分两种控制模式:自由燃烧模式和灭火反馈模式。针对三种不同的灭火场景(自由燃烧、成功灭火和灭火失败等)进行了控制算例的分析。研发了飞机型泡沫灭火模拟装置样机。简述了装置样机的方案设计、施工设计、样机性能指标和出厂试验等过程,并介绍了产品的使用现状。
【图文】：

焦耳,全球,单位,石油

我国是世界第一大石油进口和消费国。根据中国石油集团经济技术研宄院逡逑２０１６发布的《国内外油气行业发展报告》［１］显示，我国２０１５年石油表观消耗量逡逑己经达到５．４３亿吨，其中约６０％的原油依赖进口，图１．１为２０１２年全球能源评逡逑估机构ＧＥＡ发布的国际原油贸易总量图。逡逑Ｃｒｕｄｅ邋ｏｉｌ邋ａｎｄ邋ｏｉｌ邋ｐｒｏｄｕｃｔｓ逡逑Ｓｒｒ＾逦、＇．逡逑＿逦？—－邋ｍ／ｒ逦＾逡逑＿邋—逦ｓ—邋ｓ逦ｗ邋ｙ逡逑｜｜邋Ａｕｒｔｒ＾ｉａａｎｄＮＢｗＺＭＵｎｄ逦＂＊逦Ｍａｆｖｗｏ＾ｔｄｏｉ！ｔｒａｃｋ邋（ｍｏｒｅ逡逑图１．１全球石油贸易量分布（单位：ＥＪ／艾焦耳，，１ＥＪ＝１０１８Ｊ）逡逑在我国石油主要被用于生产汽油、柴油、航空煤油和其它石油衍生品，燃油逡逑是车辆、飞机和船舶的主要驱动能源，这些油类燃料在保障社会各行各业生产生逡逑１逡逑

消防训练,公司,德国,产品

逦第１章绪论逦逡逑■ＰｌＬ逡逑ｍｍｍＫＫＭ逡逑图１．２美国Ｋｉｄｄｅ公司消防训练装置产品逡逑（２）德国Ｄｒ２ｇｅｒ公司逡逑ＤｒＳｇｅｒ公司是涉足消防训练领域的最大的欧洲商业公司，提供火灾训练及消逡逑防服务是Ｄｉｇｇｅｒ的一项重要业务。我国的上海市消防综合训练基地的大部分设逡逑备正是与该公司合作共同建设完成的。逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU998.132

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