泡沫灭火剂对车用柴油火的灭火性能研究
摘要：选用常用典型泡沫灭火剂产品，包括水成膜泡沫灭火剂（AFFF）、抗溶水成膜泡沫灭火剂（AFFF/AR）、氟蛋白泡沫灭火剂（FP），对柴油火的灭火性能进行试验研究，对石化企业和消防部门选用适宜的泡沫灭火剂产品提供指导。结果表明，对于0#车用柴油火灾，选用水成膜泡沫灭火剂的灭火效果较好。柴油火较标准溶剂油火更易扑灭，泡沫灭火剂在柴油火中的抗烧性能也表现更稳定。
关键词：柴油火；水成膜泡沫灭火剂；氟蛋白泡沫灭火剂；抗溶性泡沫灭火剂；灭火性能
中图分类号：X932；TQ569文献标志码：A
泡沫灭火器能扑救什么火灾
文章编号：1009-0029（2020）11-1584-03
近年来，我国石油产品库规模不断扩大，单个罐体容量不断增大，多个储罐并存，逐渐呈现出大型化和综合化的特点。由此导致的火灾事故风险呈不断上升趋势，给火灾扑救带来更大的挑战。石油产品具有易燃、易爆、易挥发等特点，单个油罐的泄漏火灾事故可能造成区域内连锁性灾难后果，对人员、设施等的安全造成严重威胁。
柴油是石油提炼后的一种主要油品，分为轻柴油和重柴油，广泛应用于大型车辆、铁路机车及船舰等。柴油的化学和物理性质介于汽油和重油之间，闪点为45~70℃，较易燃烧。因此，研究柴油火灾扑救技术是必要而迫切的。
由于不同液体燃料的理化性质，如极性、表面张力、蒸气压等存在差异，即使使用相同的泡沫灭火剂进行灭火，效果也不尽相同。然而目前泡沫灭火剂在进行灭火性能检验时，只依据标准燃料（通常为正庚烷或橡胶工业用溶剂油）的灭火性能结果，灭火剂针对柴油火灾的扑救效果并未得到有效的试验验证。
因此，选用常用典型泡沫灭火剂产品，包括水成膜泡沫灭火剂（AFFF）、抗溶水成膜泡沫灭火剂（AFFF/AR）、氟蛋白泡沫灭火剂（FP），对柴油火的灭火性能进行试验研究，提出适宜的泡沫灭火剂品种，科学有效地指导石化企业和消防部门选用适宜的泡沫灭火剂产品，提升柴油储罐火灾扑救能力。
1试验部分
1.1试验材料
选用目前市场占有率较高的水成膜泡沫灭火剂（AFFF）、抗溶水成膜泡沫灭火剂（AFFF/AR）及氟蛋白泡沫灭火剂（FP）产品为样品进行试验研究。为保证试验结果的可比性与可信性，在试验用泡沫灭火剂的筛选时，还兼顾了不同来源的同一种类泡沫灭火剂之间灭火性能级别、混合比等条件的一致性，选取两个3%AFFF和两个6%AFFF/AR样品进行实验。选用的灭火剂样品参数如表1所示。
表1试验用泡沫灭火剂样品
样品编号
1
2
3
4
5
泡沫灭火剂类型
3%AFFF-1#
3%AFFF-2#
6%AFFF/AR-1#
6%AFFF/AR-2#
3%FP
灭火性能级别
IA
IA
IA/AR IA
IA/AR IA
IIB
1.2试验方法
参考GB15308-2006《泡沫灭火剂》中规定的试验方法，采用低倍数泡沫灭火系统产生泡沫，泡沫溶液供给强度为0.816L/min。采用0.25m2油盘火试验对柴油灭火性能进行评估，单次试验用9L柴油与0.5L92#车用汽油，抗烧试验抗烧罐内加入1L汽油。橡胶工业用溶剂油灭火性能试验采用4.52m2油盘火试验，单次试验燃料用量144L，泡沫施放方式为强施放，预燃时间1min。若3 min之内灭火，则施加泡沫3min后停止供泡，停止供泡5 min之后开始抗烧试验。距离油盘外沿0.28m（0.5D，D 为油盘直径，0.56m）且距地面高度为1.5m的位置布置热电偶，贴于油盘壁布置两支热电偶，采集频率为1次/s，如图1所示。
R
T2
T1
D
0.5 D
1
.
5
m
图1温度及热辐射测点布置图
通过辐射热的变化确定控火效果，通过火焰全部熄灭的时间确定灭火时间，通过抗烧试验时观察燃料液
面暴露程度确定25%抗烧时间。按照GB15308-2006《泡沫灭火剂》中规定的试验方法对发泡倍数与25%析液时间进行测量。
为了对试验结果进行有效的阐释和说明，采用R/S流变仪对泡沫黏度进行测试，并使用配套的Rheo3000软件自动采集和分析泡沫在剪切速率8s-1条件下的黏度。此外，采用K100C全自动表面张力仪，以吊片法对各泡沫混合液的表面张力进行测试。
泡沫灭火剂对车用柴油火的灭火性能研究
陆强
（应急管理部消防救援局，北京100054）
灭火剂与阻燃材料
1584
Fire Science and Technology，November2020,Vol39,No.11
2结果与讨论
2.1泡沫灭火剂性能
泡沫灭火剂的发泡倍数、25%析液时间、表面张力以及泡沫黏度是反映泡沫灭火剂性能的重要指标。此研究选用的泡沫灭火剂的各性能参数测试结果如表2所示，测试温度范围为18~20℃。
表2泡沫灭火剂性能
样品编号
1 2 3 4 5
泡沫灭火剂类型
3%AFFF-1#
3%AFFF-2#
6%AFFF/AR-1#
6%AFFF/AR-2#
3%FP
发泡
倍数
7.0
8.3
7.2
7.6
5.2
25%析液时间
/min
4.08
6.28
13.28
21.85
6.00
表面张力
/mN/m
16.05
16.34
16.50
16.88
20.47
泡沫黏度
/
（mPa·s）
430
439
890
686
543
表面张力是判断泡沫在燃料表面铺展性能的重要性
能指标。由表2可以看出，3%AFFF与6%AFFF/AR的表面张力较低，这是因为水成膜泡沫与抗溶水成膜泡沫中添加的氟碳表面活性剂具有更强的降低溶液表面张力的作用。氟碳表面活性剂能够降低泡沫混合液的表面张力，提高泡沫的疏油能力，利于泡沫混合液在非水溶性燃料表面形成水膜。
泡沫的流动性对其灭火性能有较大影响，而泡沫黏度是衡量泡沫流动性的重要参数依据。由表2可以看出，6% AFFF/AR比3%AFFF与3%FP的泡沫黏度大，这是因为抗溶性泡沫灭火剂中添加了可形成胶膜
的多糖物质，使泡沫黏度增大。另外，多糖本身还具有一定提高泡沫稳定性的作用，导致6%AFFF/AR的25%析液时间也较长。因此，抗溶水成膜泡沫灭火剂具有较高的稳定性和抗复燃性能，但流动性较弱，可适当调节抗溶泡沫的黏度，保证泡沫性能的同时提高泡沫覆盖速度。
2.2柴油火灭火性能
选用3%AFFF、6%AFFF/AR、3%FP三种泡沫灭火剂作为灭火材料，考察其对0#车用柴油火的灭火性能，试验结果如表3所示。稳定燃烧时辐射热约为20kW/m2。
表30#柴油火试验结果
样品编号
1
2
3
4
5
泡沫灭火剂类型
3%AFFF-1#
3%AFFF-2#
6%AFFF/AR-1#
6%AFFF/AR-2#
3%FP
灭火时间/min
0.42
0.40
0.63
0.67
1.18
25%抗烧时间
13.33
14.83
16.27
22.42
12.83
氟蛋白泡沫灭火剂以蛋白泡沫为基料，虽然添加了氟碳表面活性剂，既保持了蛋白泡沫较好的稳定性和耐热性，又提高了泡沫液的疏油能力与流动性能，但在此试验中灭火时间最长，需要1.18min，远不如3%AFFF与6% AFFF/AR的灭火效果。3%AFFF较其他两种泡沫灭火剂的灭火时间较短，水成膜泡沫灭火剂之所以能迅速扑灭液体燃料火灾，除了与一般泡沫灭火剂产品同样形成一层阻隔燃料的泡沫层外，泡沫可在燃料表面迅速析出液体形成一层水膜，能够有效抑制燃料蒸发，隔绝氧气，阻止燃烧。
6%AFFF/AR的灭火时间略高于3%AFFF灭火剂，这可能是由于抗溶水成膜泡沫灭火剂的泡沫黏度较大，导致了其在燃料表面的流动性较差。但对于水溶性燃料，抗溶水成膜泡沫灭火剂由于添加了多糖物质，遇水溶性燃料时，可在其表面脱水形成一层胶膜，可以有效阻止因泡沫与燃料接触而破坏泡沫，具有良好的灭火效果。此外，由表2可以看出，6%AFFF/AR具有较高的25%析液时间，表明其具有较高的稳定性，也因此表现出了较好的抗复燃性能。
2.3柴油火与标准溶剂油火灭火性能比较
柴油是石油提炼后的一种主要油品，与GB15308-2006《泡沫灭火剂》规定的标准燃料—橡胶工业用溶剂油相比，表面张力、闪点及饱和蒸气压等性质存在一定差别，两种燃料的性能参数如表4所示。由以上研究可知，3% AFFF-1#、3%AFFF-2#、6%AFFF/AR-1#与6% AFFF/AR-2#泡沫灭火剂对柴油的灭火性能优于3% FP。因此，选用这4个灭火剂样本，对0#柴油与橡胶工业用溶剂油进行灭火性能评估试验，对比试验结果如图2所示。
表40#车用柴油与橡胶工业用溶剂油性质
燃料
橡胶工业用溶剂油
0#车用柴油
表面张力/mN/m
21.13
28.38
闪点/℃
6
55
2.8
2.4
2.0
1.6
1.2
0.8
0.4
3%AFFF-1#
3%AFFF-2#
6%AFFF/AR-1#
6%AFFF/AR-2#
泡沫灭火剂
灭
火
时
间
/
m
i
n
0.420.40
0.630.67
1.42
（a）灭火时间
35
30
25
20
15
10
5
3%AFFF-1#
3%AFFF-2#
6%AFFF/AR-1#
6%AFFF/AR-2#
泡沫灭火剂
抗
烧
时
间
/
m
i
n
橡胶工业用溶剂油
0#柴油
13.33
22.42
10.4011.6710.40
30.00
（b）抗烧时间
图20#柴油与橡胶工业用溶剂油灭火性能对比
1585
消防科学与技术2020年11月第39卷第11期
由图2可以看出，选用3%AFFF灭火剂可在0.4min 左右扑灭柴油火，灭火效果较好。这主要是因为水成膜泡沫灭火剂能够在非水溶性燃料表面上迅速扩展形成水膜，而其在非水溶性燃料表面的成膜条件取决于燃料的表面张力、泡沫水溶液的表面张力及燃料与泡沫水溶液之间的界面张力，满足式（1）的关系。
S=r fue1-r foam-r i>0（1）式中：S为扩散系数，mN/m；r fuel为燃料的表面张力，mN/
m；r foam为泡沫水溶液的表面张力，mN/m；r i为燃料与泡沫水溶液之间的界面张力，mN/m。
选定同种泡沫灭火剂时，燃料的表面张力越大越利于形成水膜，即水成膜泡沫灭火剂的灭火性能更好。由表4可以看出，0#车用柴油较橡胶工业用溶剂油表面张力大，因此选用的3%AFFF灭火剂对其灭火时间较短。
6%AFFF/AR灭火剂可以在0.6min左右扑灭0#车用柴油火，较灭橡胶工业用溶剂油火效果更好，这与燃料的闪点有关。0#车用柴油火的闪点较高，释热速率较小，着火危险性较低，灭火较容易。此外，闪点对抗燃烧性也有一定影响。由图2可以看出，不同品牌厂家的同种灭火剂抗烧性能存在一定差异性，但除了6%AFFF/AR-2#灭火剂外，两种泡沫灭火剂在柴油中的25%抗烧时间与在橡胶工业用溶剂油中相比均较长，这主要是因为柴油的闪点较高，复燃的危险性以及对泡沫的破坏作用较小。
3结论
选用3%AFFF、6%AFFF/AR、3%FP三种灭火剂对柴油火进行灭火性能评估，并与标准溶剂油火进行对比分析。得到以下结论：
（1）水成膜泡沫灭火剂与抗溶水成膜泡沫灭火剂的表面张力较低，易在燃料表面铺展。抗溶泡沫灭火剂的黏度较大，25%析液时间较长，稳定性较好。
（2）由于水成膜泡沫灭火剂可在燃料表面迅速析出液体形成一层水膜，能够有效抑制燃料蒸发，隔绝氧气，阻止燃烧，对于0#柴油火灾，选用水成膜泡沫灭火剂的灭火效果较好。
（3）由于0#柴油与标准溶剂油相比，闪点较高，柴油火较标准溶剂油火更易扑灭，泡沫灭火剂在柴油火中的抗烧性能也更稳定。
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Study on fire extinguishing performance of foam extinguishing agent for diesel fire
LU Qiang
（Fire and Rescue Department of MEM,Beijing100054, China）
Abstract:The fire extinguishing performance of diesel oil fire was studied by using commonly used foam extinguishing agent products,including aqueous film forming foam extinguishing agent(AFFF),alcohol-resistant aqueous film forming foam ex-tinguishing agent(AFFF/AR),and fluorine protein foam extin-guishing agent(FP),to provide guidance on selecting of suit-able foam extinguishing agent products for petrochemical enter-prises and fire control units.The results showed that the fire ex-tinguishing effect of aqueous film forming foam extinguishing agent is better for diesel oil fire.Diesel oil fire is more easily to be extinguished than standard solvent oil fire.The fire resis-tance performance of foam extinguishing agent in diesel fire is also more stable.
Key words:diesel fire;aqueous film forming foam extinguish-ing agent;fluorine protein foam extinguishing agent;alcohol-re-sistant foam extinguishing agent;fire extinguishing performance
作者简介：陆强（1971-），男，广东中山人，应急管理部消防救援局科技处高级工程师，博士，主要从事消防科技管理工作，北京市西城区广安门南街70号，100054。
收稿日期：2020-09-17
1586
Fire Science and Technology，November2020,Vol39,No.11

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