直接探火管式超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

直接探火管式超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

勘探管自動(dòng)滅火技術(shù)是一種新型的非電自動(dòng)滅火技術(shù)。精細(xì)粉末滅火劑的粒徑小于實(shí)際重量。由于具有高耐火性，火災(zāi)速度快、效率高，火災(zāi)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用具有很大的潛力。但是,目前國(guó)內(nèi)外尚未開(kāi)展直接探火管式超細(xì)干粉滅火裝置研究。由于超細(xì)干粉滅火劑為固體粉末,且粒徑較小,其流動(dòng)性相對(duì)較差,再加上探火管內(nèi)徑一般僅為4mm,不利于滅火劑通過(guò)探火管的直接輸送和釋放。因此,有必要針對(duì)直接探火管式超細(xì)干粉滅火技術(shù)開(kāi)展深入研究。筆者基于壓送式粉體氣力輸送原理,設(shè)計(jì)了3種直接探火管式超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置,并通過(guò)冷噴試驗(yàn)研究了裝置的噴射剩余率、有效噴射時(shí)間等噴射性能,分析探討了不同條件下的罐體結(jié)構(gòu)、充裝比和充裝壓力對(duì)噴射特性的影響規(guī)律。1探火管式超細(xì)干法自動(dòng)滅火裝置發(fā)送罐式氣力輸送屬于壓送式氣力輸送,其基本原理是將粉體裝入一個(gè)密閉容器內(nèi),采用壓縮空氣與粉體混合并經(jīng)輸料管輸送至卸料點(diǎn)。該輸送模式在滅火系統(tǒng)中較常見(jiàn),其核心是發(fā)送罐體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及氣體管路設(shè)計(jì)。在綜合考慮超細(xì)干粉滅火劑和探火管滅火技術(shù)的特點(diǎn)基礎(chǔ)上,基于發(fā)送罐式氣力輸送原理,設(shè)計(jì)了3種探火管式超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置(以下簡(jiǎn)稱“裝置A、裝置B、裝置C”),如圖1~圖3所示。3種裝置均由發(fā)送罐罐體、瓶頭閥、連接球閥、探火管、單向閥、壓力表和超細(xì)干粉滅火劑組成,裝置B和裝置C還包含有虹吸管,裝置C還包含有底座。裝置工作原理是:發(fā)生火災(zāi)或產(chǎn)生高溫時(shí),探火管爆破,罐內(nèi)超細(xì)干粉滅火劑在驅(qū)動(dòng)氣體的壓送下經(jīng)虹吸管、瓶頭閥、連接球閥進(jìn)入探火管,并從探火管爆破口快速釋放,在火源周圍形成滅火氣溶膠,進(jìn)而撲滅火災(zāi)。裝置A采用底部出粉模式,罐體內(nèi)部經(jīng)過(guò)瓶頭閥、連接球閥與探火管相通。裝置B和裝置C采用頂部出粉模式,其滅火劑經(jīng)過(guò)虹吸管通入瓶頭閥和連接球閥,并通入探火管進(jìn)行釋放,故又稱為虹吸模式。裝置B和裝置C的區(qū)別在于前者罐體底部為普通凹底形,后者罐體底部為倒錐形。其中,裝置A和B的凈容積為2.5L,裝置C的凈容積為3.75L。2試驗(yàn)部分2.1超細(xì)干法試劑c-200試驗(yàn)過(guò)程中,裝置罐體內(nèi)部和探火管末端的壓力數(shù)據(jù)由壓力傳感器和NICDAQ9174數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量,壓力傳感器為YC-202型,測(cè)量范圍為0~1.6MPa,測(cè)量精度為0.2級(jí)。其他測(cè)試設(shè)備:電子秤(精度0.1g)、攝像機(jī)(HFS30型)、照相機(jī)(COOLPIXS8000型)。超細(xì)干粉滅火劑符合GA578-2005《超細(xì)干粉滅火劑》要求,性能如表1所示。探火管外徑6mm,內(nèi)徑4mm,壁厚1mm,在1MPa下的公稱靜態(tài)動(dòng)作溫度為(170±10)℃。2.2試驗(yàn)過(guò)程及過(guò)程采用冷噴法測(cè)試裝置的噴射性能,試驗(yàn)步驟為:(1)按預(yù)定充裝比向滅火裝置中充裝一定量的滅火劑,并安裝好虹吸管和瓶頭閥(下噴式僅安裝瓶頭閥)。(2)截取10.5m長(zhǎng)的探火管,使之一端連通滅火裝置,另一端(末端)連接壓力傳感器。(3)將探火管末端固定在試驗(yàn)架上,然后向探火管和滅火裝置內(nèi)充裝一定壓力的氮?dú)?壓力穩(wěn)定后關(guān)閉充氣閥,同時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),測(cè)試滅火裝置內(nèi)和探火管末端的壓力及變化,開(kāi)啟攝像機(jī)記錄冷噴試驗(yàn)過(guò)程。(4)采用模擬火源,即一根長(zhǎng)約1.5m的點(diǎn)火棒,在探火管的下部進(jìn)行燒烤,使探火管爆破噴射出滅火劑,試驗(yàn)過(guò)程如圖4所示。測(cè)試并記錄裝置噴射剩余率、充裝比、有效噴射時(shí)間等技術(shù)參數(shù)。2.3火炬松密度及充裝量裝置充裝比是影響噴射性能的重要因素,可根據(jù)裝置容積、滅火劑松密度及充裝量,按式(1)進(jìn)行計(jì)算。式中:k為充裝比;V為裝置凈容積,mL;m為超細(xì)干粉滅火劑充裝量,g;ρ為超細(xì)干粉滅火劑松密度,g/mL。3試驗(yàn)結(jié)果與討論3.1噴射剩余率的變化3種裝置的測(cè)試結(jié)果如表2、表3所示。從表2可以看出,基于底部出粉模式(裝置A)和普通凹底虹吸輸粉模式(裝置B)的滅火裝置噴射后滅火劑剩余量較大,噴射剩余率較高,且不同試驗(yàn)之間的噴射剩余率相差較大、無(wú)規(guī)律可循。根據(jù)GB4351.1《手提式滅火器第1部分:性能和結(jié)構(gòu)要求》的規(guī)定,干粉滅火器的噴射剩余率不應(yīng)大于15%。根據(jù)GA602《干粉滅火裝置》的規(guī)定,干粉滅火裝置的噴射剩余率不得大于5%。裝置A和裝置B的噴射剩余率為8.9%~40.5%,遠(yuǎn)高于GA602的規(guī)定要求,同時(shí)也無(wú)法達(dá)到GB4351.1的要求。因此,這兩種罐體結(jié)構(gòu)和輸粉模式不適宜用于超細(xì)干粉滅火劑直接通過(guò)探火管的輸送和釋放。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,由于超細(xì)干粉滅火劑粒徑小、流動(dòng)性相對(duì)較差,再加上探火管內(nèi)徑較小,因此超細(xì)干粉滅火劑通過(guò)探火管的直接輸送和釋放對(duì)于滅火裝置的結(jié)構(gòu)要求較高,基于底部出粉模式和普通凹底虹吸輸粉模式的滅火裝置難以保證超細(xì)干粉滅火劑的有效、可靠噴射。從表3可以看出,在不同充裝比和不同充裝壓力條件下,基于錐底虹吸輸粉模式的滅火裝置的噴射剩余率最大僅為1.3%,遠(yuǎn)低于GA602和GB4351.1的規(guī)定要求,完全滿足了直接探火管式超細(xì)干粉滅火技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用需求。通過(guò)與裝置A和裝置B對(duì)比分析可知,采用倒錐形的罐體結(jié)構(gòu),使罐體內(nèi)部腔室在滅火劑下降和輸送過(guò)程中慢慢變小,極大縮小了罐體底部腔室與虹吸管進(jìn)粉口的接觸面積,從而降低了裝置的噴射剩余率,保證了滅火劑的有效、穩(wěn)定噴射。3.2充裝比對(duì)噴射時(shí)間的影響充裝比不僅決定著裝置的滅火劑充裝量,還決定著裝置的噴射特性,影響著裝置的滅火能力和保護(hù)范圍。采用冷噴試驗(yàn)測(cè)試了裝置C在不同充裝比下的噴射特性,結(jié)果如表4所示。裝置及探火管內(nèi)充裝壓力為1.2MPa,試驗(yàn)過(guò)程中裝置內(nèi)和探火管末端的壓力變化,如圖5所示。根據(jù)壓力變化曲線和試驗(yàn)錄像,可確定裝置的有效噴射時(shí)間,即超細(xì)干粉滅火劑釋放持續(xù)時(shí)間。從表4可以看出,在充裝比為0.32~0.80的條件下,裝置噴射剩余率僅為1%左右,且不同充裝比下的噴射剩余率相差極小,因此充裝比對(duì)噴射剩余率影響較小。從噴射剩余率方面考慮,該裝置完全滿足現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求以及實(shí)際應(yīng)用需求。試驗(yàn)結(jié)果表明,充裝比對(duì)裝置有效噴射時(shí)間影響較大。充裝比越高,裝置的有效噴射時(shí)間就越長(zhǎng),即超細(xì)干粉滅火劑釋放階段持續(xù)時(shí)間就越長(zhǎng)。主要是因?yàn)?(1)在充裝壓力一定的條件下,提高充裝比使滅火劑充裝量增加,從而延長(zhǎng)了滅火劑通過(guò)探火管的釋放持續(xù)時(shí)間;(2)由圖5可以看出,滅火劑的噴射過(guò)程中裝置內(nèi)的壓力快速衰減,壓力越低,則滅火劑噴射速度越小。提高充裝比使裝置內(nèi)的驅(qū)動(dòng)氣體儲(chǔ)存量下降,不利于罐底滅火劑的快速輸送,從而導(dǎo)致滅火劑釋放過(guò)程延長(zhǎng)。從冷噴試驗(yàn)過(guò)程可以看出,當(dāng)充裝比提高到一定值時(shí),滅火劑釋放階段中后期的驅(qū)動(dòng)壓力較低,易產(chǎn)生噴粉無(wú)力和脈動(dòng)(輸粉不連續(xù))現(xiàn)象,影響裝置的保護(hù)范圍及滅火能力,尤其是當(dāng)充裝比超過(guò)0.72時(shí)影響最大。因此,在充裝壓力為1.2MPa的條件下,建議裝置充裝比不超過(guò)0.72,以保證超細(xì)干粉滅火劑的快速有效釋放。3.3壓力范圍小,符合標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際應(yīng)用需求目前,探火管內(nèi)部充裝壓力一般為1.0~1.4MPa。采用冷噴試驗(yàn)測(cè)試了裝置C在充裝壓力為0.8~1.4MPa時(shí)的噴射特性,結(jié)果如表5、圖6所示。其中,裝置充裝比均為0.64,滅火劑充裝質(zhì)量為1200g。由表5可以看出,在充裝壓力為0.8~1.4MPa時(shí),裝置噴射剩余率均低于1%,且不同充裝壓力下的噴射剩余率相差較小,說(shuō)明在此壓力范圍內(nèi)裝置完全滿足標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際應(yīng)用需求。試驗(yàn)結(jié)果表明,充裝壓力對(duì)裝置有效噴射時(shí)間影響較大。在充裝壓力為0.8~1.4MPa的條件下,裝置有效噴射時(shí)間為22~30s,且裝置充裝壓力越高,其有效噴射時(shí)間就越短,即超細(xì)干粉滅火劑釋放持續(xù)時(shí)間就越短。在充裝比一定的條件下,滅火劑充裝量相同,裝置內(nèi)驅(qū)動(dòng)氣體的有效充裝體積基本一致,不考慮溫度影響,驅(qū)動(dòng)氣體充裝量與充裝壓力呈正比關(guān)系,這說(shuō)明裝置的有效噴射時(shí)間本質(zhì)上是由驅(qū)動(dòng)氣體充裝量決定的。根據(jù)探火管在不同壓力下形成的爆破口可知,試驗(yàn)探火管樣本在0.8~1.4MPa充裝壓力下均可以通過(guò)模擬火源形成正常爆破口,即在此壓力范圍內(nèi)均可保證裝置正常使用。但是,在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),當(dāng)充裝壓力低于1.0MPa時(shí),尤其是低于0.8MPa時(shí),超細(xì)干粉滅火劑釋放階段中后期的驅(qū)動(dòng)壓力較低,產(chǎn)生了噴粉無(wú)力和脈動(dòng)(輸粉不連續(xù))現(xiàn)象,這會(huì)影響裝置的保護(hù)范圍及滅火能力。因此,在充裝比為0.64的條件下,建議裝置充裝壓力在1.0MPa以上,最好不低于1.2MPa,以保證超細(xì)干粉滅火劑的快速有效釋放。4超細(xì)干法本配裝置的特點(diǎn)(1)裝置罐體結(jié)構(gòu)和輸粉模式對(duì)探火管式超細(xì)干粉滅火裝置的噴射剩余率影響較大,普通罐體結(jié)構(gòu)和輸粉模式難以滿足噴射性能要求。采用錐底虹吸輸粉模式,使噴射剩余率降至1.3%以下,從而提高了滅火劑的噴射穩(wěn)定性,保證了滅火裝置的使用可靠性,解決了超細(xì)干粉滅火劑直接通過(guò)探火管進(jìn)行輸送和噴放的技術(shù)難題。(2)裝置的充裝比和充裝壓力對(duì)滅火劑剩余量和噴射剩余率影響較小,在0.32~0.80的充裝比和0.8~1.4MPa的充裝