强化油品抗烧三相泡沫灭火剂开发及性能研究

发布时间：2020-10-10 03:40

　　由于油品具有易燃易爆的特性,因此大型油品库一旦发生火灾后果不堪设想。国内外扑灭油品火灾(B类火灾)最主要的手段就是利用泡沫灭火剂,但泡沫灭火剂产生的泡沫在火场高温条件下容易坍塌。针对油品火灾存在泡沫易坍塌和油品容易复燃的问题,有必要对增强泡沫抗烧性能开展研究。三相泡沫灭火技术是一种有效提高灭火效率的技术,其中泡沫与粉体的复配以及三相泡沫的工程应用是三相泡沫灭火技术的核心技术和难点。本文利用硅烷偶联剂对空心玻璃微珠进行表面改性和固相材料与蛋白泡沫进行复配,开发了抗烧能力强和发泡稳定的三相泡沫,设计了相应的喷射装置,解决了三相泡沫混合以及喷射的难题并按照国家技术标准进行测试和评价。本文主要研究内容如下。采用空心玻璃微珠作为三相泡沫灭火剂固体材料,选用全氟辛磺酰氨丙基三乙氧基硅烷(FSi-8124)和十三氟代辛烷基三乙氧基硅烷(FSi-8261)对空心玻璃微珠进行表面疏油改性处理。研究了预处理工艺、超声反应时间、反应温度、FSi-8124和FSi-8261浓度等因素对空心玻璃微珠疏油性的影响,测定了空心玻璃微珠的微观形貌以及物化参数,获得的最佳改性工艺条件为:空心玻璃微珠经预处理后,60℃条件下超声反应2.0 h,搅拌4.0 h,FSi-8261和粉体添加比例为1:100。强化憎油后的空心玻璃微珠粉体与油珠接触角达到132.5o,油珠在粉体表面的停留时间超过5天。将强化憎油处理后的空心玻璃微珠与蛋白泡沫进行复配得到空心玻璃微珠三相泡沫灭火剂并进行测试和评价,对比了强化憎油处理前后三相泡沫体系的发泡倍数、25%析液时间、热稳定性、抗溶性。研究了空心玻璃微珠添加量、蛋白泡沫液浓度和添加剂类型等因素对三相泡沫体系的影响,利用模拟装置对比热辐射条件下空心玻璃微珠三相泡沫与普通蛋白泡沫的热稳定性。结果表明经强化憎油处理后,空心玻璃微珠三相泡沫发泡性能显著改善,且泡沫的稳定性显著增强,三相泡沫的析液速度逐渐减慢,其25%析液时间逐渐延长。当强化憎油处理后的空心玻璃微珠添加量达到30%时,空心玻璃微珠三相泡沫受热后可形成致密的固体覆盖层,具有良好的抗烧性能。参照泡沫灭火剂通用技术条件(GBT 15308-2006),在中小尺寸油盘上进行改性空心玻璃微珠三相泡沫的灭火性能和抗烧能力试验,并与普通蛋白泡沫灭火剂进行比较,研究空心玻璃微珠三相泡沫组成和三相泡沫覆盖厚度等因素对其抗烧能力的影响,评价改性空心玻璃微珠三相泡沫灭火性能。油盘灭火实验表明,改性空心玻璃微珠三相泡沫与普通蛋白两相泡沫在灭火时间上无显著差异,但改性后的空心玻璃微珠三相泡沫在火焰热辐射下可形成致密固体层,表现出较好的抗复燃能力。利用从无患子中提取的高分子聚合物与纳米二氧化硅制成一种三相灭火泡沫,测定了泡沫体系的气泡大小、发泡倍数、25%析液时间等参数,考察该此泡沫体系的热稳定性、抗溶性和耐烧性并与蛋白泡沫灭火剂作了对比。结果表明:将无患子洗涤、过滤、干燥后加去离子水浸泡4.0 h和静置8.0 h后得到的浓缩液发泡倍数为8.8,25%析液时间为367 s,高于蛋白泡沫灭火剂技术标准。当纳米二氧化硅添加量30%时,在280℃辐射条件下泡沫的发泡及耐烧性能明显增强。开发了一套三相泡沫固液比例混合装置,进行了喷射角度和喷射距离的测试。按照泡沫灭火剂国家标准(GB 15308-2006)5.10.5.1.2中规定的方法,进行场地灭火实验。结果表明:在敞开环境下,负压式三相泡沫装置产生的空心玻璃微珠三相泡沫具有良好的灭火抗烧性能。当泡沫浓度为6%,空心玻璃微珠体积比为15%时,装置产生的空心玻璃微珠三相泡沫覆盖层具有较强的隔热效果,表现出优异的抗烧性能。场地大油盘实验结果与小油盘实验结果吻合。
【学位单位】：河北工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TQ569;TE88
【部分图文】：

示意图,三相泡沫,两相,示意图

强化油品抗烧三相泡沫灭火剂开发及性能研究1.2 国内外研究现状1.2.1 三相泡沫灭火剂的组成及特点泡沫灭火剂是由灭火泡沫液（液相）利用专用消防设施混入空气（气相）发泡得，由于在泡沫灭火剂中添加了耐烧粉体形成包含空气、水和固体微粒的固、液、三相共存的泡沫体系所以称之为三相泡沫。相比于传统的气液两相泡沫，由于固体微粒的加入势必将影响液膜中水的析出度及泡沫的稳定性，此外固体颗粒的性质特别是表面特性也会对液膜强度和液膜的定性有很大影响[37-42]。三相泡沫与两相泡沫的结构对比如图 1.1 所示。

泡沫比例混合器,负压,泡沫

直接将粉体与泡沫预混，长期放置以后难以保证泡沫喷射质量用泡沫发生装置对接形成系统有效的灭火力量。相泡沫需要向现有的泡沫液中添加粉体材料，而现有我国油品为气液两相混合，主要分为固定泡沫发生装置和移动泡沫发生置主要用于固定泡沫灭火系统和泡沫喷淋灭火系统。移动泡沫消防车、推车式泡沫灭火装置和背负式泡沫灭火装置。泡沫发制气液混合比例的泡沫比例混合器。按其工作原理主要分为环以及平衡式比例混合装置[69]。负压比例混合器如图 1.2 所示，其关键部位是利用文丘里管原液与水混合后形成泡沫混合液。所谓“环泵”就是在水泵的出一条回路，在回路上安装有比例混合器，形成“环装”。当液作用下将泡沫原液压入到出水口与水混合，多次循环混合后达的正常值。该泵又称为“泡沫消防泵”[70]。该泵的优点是结构分开储存；缺点是泡沫原液与水并未进行准确比例混合，只是生泡沫要求即可。

泡沫比例混合器,管线,负压

图 1.3 管线式负压泡沫比例混合器Fig. 1.3 Pipeline negative-pressure foam proportioner管线式比例混合器其基本原理是利用能量守恒方程进行的能量转化。压力水以很高的速度经喷嘴射入真空室，由于射流质点的横向紊动扩散作用，动能增加，压力势能相应减少，造成真空室形成真空状态，储罐内的泡沫液在大气压的作用下通过吸液管进入真空室。通过调整进水量来控制泡沫液的添加量使两股流体在扩散管前喉管内混合并进行能量交换，充分混合后，在喉管出口处两者趋近一致，动能减少，压力势能逐渐增加，从而达到充分的混合效果。

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