細(xì)水霧滅火在廚房火災(zāi)中的應(yīng)用

0解決最佳劑量為家具所發(fā)生的意外火災(zāi)隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，旅游業(yè)的繁榮趨勢(shì)變得越來越繁榮。酒店、酒吧和餐廳到處都是，并朝著規(guī)模發(fā)展。由于高功率烹飪?cè)O(shè)備和高自燃點(diǎn)植物油的廣泛應(yīng)用,造成商用廚房火災(zāi)日漸增多,對(duì)生命與財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明,在賓館、酒樓和飯店發(fā)生的所有意外火災(zāi)中,大約50%都起源于廚房,其中大多數(shù)都是由油鍋持續(xù)高溫而引起的。以往的研究表明:泡沫、干粉和二氧化碳雖能有效撲滅食用油表面上的火焰,但卻很難把食用油冷卻到自燃溫度以下并防止其復(fù)燃,因?yàn)樗鼈兊睦鋮s能力有限;常用的濕式滅火機(jī)雖能有效撲滅食用油火災(zāi),卻花費(fèi)時(shí)間較長。為此,筆者對(duì)細(xì)水霧滅火劑在商用廚房中的應(yīng)用進(jìn)行探討。1辦公空間火災(zāi)的原因和石油-天然氣火災(zāi)的行為特征1.1辦公家具火災(zāi)原因(1)長壁港氧反應(yīng)商業(yè)用廚房內(nèi)油炸、油煎等烹飪制作較為常見,當(dāng)油鍋在持續(xù)加溫時(shí),鍋內(nèi)溫度逐漸達(dá)到燃點(diǎn)(315℃左右),油鍋便會(huì)產(chǎn)生自燃且燃燒蔓延速度較快。從試驗(yàn)情況來看,油鍋起火大約20s后,火勢(shì)便發(fā)展到猛烈階段。若未能及時(shí)、有效地?fù)渚?可迅速引燃廚房內(nèi)其他可燃物,并且通過風(fēng)機(jī)、風(fēng)管蔓延,從而引發(fā)更大的火災(zāi)。(2)如果爐渣中的燃料泄漏，可能會(huì)發(fā)生火災(zāi)20世紀(jì)80年代以后,賓館、酒樓、飯店廚房灶具燃料逐步過渡到以可燃?xì)饣虿裼蜑橹?一旦灶具或燃料輸送管道發(fā)生泄漏,遇到明火即發(fā)生火災(zāi)。(3)油垢需要燃燒商用廚房在使用過程中,吸排煙罩及風(fēng)管會(huì)因油煙影響逐步集聚油垢,當(dāng)煙罩及風(fēng)管內(nèi)的油垢遇到明火時(shí),易引起燃燒,火焰經(jīng)風(fēng)機(jī)、風(fēng)管等途徑蔓延,引發(fā)火災(zāi)。在上述商用廚房火災(zāi)中,因油鍋持續(xù)高溫致使食用油著火而造成的火災(zāi)起數(shù)最多、火災(zāi)損失最大,它是引發(fā)商用廚房火災(zāi)的主要原因,因此對(duì)商用廚房火災(zāi)的防治必須針對(duì)食用油火災(zāi)展開研究。1.2加熱過程對(duì)實(shí)際主發(fā)酵油的影響國際《火災(zāi)分類》(GB4568-85)將甲、乙、丙類液體,如汽油、煤油、甲醇、乙醚、丙酮、脂類等燃燒的火災(zāi)都?xì)w為B類火災(zāi);而美國消防協(xié)會(huì)根據(jù)油脂類火災(zāi)的特點(diǎn),把食用油火災(zāi)單獨(dú)劃分為一類——K類火災(zāi)(參見《美國消防協(xié)會(huì)手冊(cè)》)。這是因?yàn)槭秤糜突馂?zāi)不同于其他可燃液體的獨(dú)特的火災(zāi)行為。常用食用油包括茶籽油、玉米油、棉籽油、棕櫚油、花生油和大豆油。它們的閃點(diǎn)范圍較寬,為160~282℃,自燃溫度的范圍是315~445℃,在烹飪期間,食用油很容易就被加熱到接近其閃點(diǎn)的高溫,進(jìn)而發(fā)生自燃。實(shí)驗(yàn)表明,食用油發(fā)生自燃起火后,在8s內(nèi)就達(dá)到充分燃燒狀態(tài),發(fā)煙量大,且具有較強(qiáng)的熱輻射能力,因此一旦發(fā)生自燃起火,就很難把其溫度降低到其自燃溫度以下。更重要的是食用油在加熱過程中,其成分會(huì)發(fā)生變化(圖1),當(dāng)食用油被加熱到接近其自燃溫度(350℃)時(shí),光譜發(fā)生了顯著的改變,表明其成分發(fā)生了顯著變化。與三酸甘油酯母體相比,食用油在加熱期間產(chǎn)生的多數(shù)新組分(例如短鏈醇、醛和酸)都具有相對(duì)較低的沸點(diǎn)和自燃溫度,新的自燃溫度可能比原始自燃溫度低28℃。因此,要有效撲救食用油火災(zāi),不僅要有效撲滅食用油表面上的火焰,而且必須有效降低食用油的溫度至其新的自燃溫度以下,否則極易發(fā)生復(fù)燃,這就大大增加了撲救食用油火災(zāi)的難度。此外,商用油鍋中的油量大,可多達(dá)36.3kg,則其蓄熱量大,加之現(xiàn)代的節(jié)能油鍋是按照保熱以降低燃料成本的原則設(shè)計(jì)的,這就阻礙了食用油的散熱,延緩了食用油的冷卻速度。2詳細(xì)設(shè)計(jì)和泡沫形成的撲滅機(jī)制和特點(diǎn)2.1詳細(xì)設(shè)計(jì)水霧滅火劑的滅火機(jī)制(1)水汽化過程熱由于滴徑很小,比表面積很大,吸收熱量后細(xì)水霧能夠迅速汽化。水的汽化潛熱約為2280kJ/kg,遠(yuǎn)比水升溫的吸熱量大得多,因而其汽化過程能吸收大量熱量,大大降低著火區(qū)域溫度。其冷卻作用包括氣相冷卻和表面冷卻。(2)蒸發(fā)成培養(yǎng)液由于滴徑很小,比表面積很大,吸收熱量后細(xì)水霧能迅速蒸發(fā),形成大量水蒸氣,體積可膨脹1700多倍。在這個(gè)過程中,惰化介質(zhì)(水蒸氣)能在阻止火焰向外傳播的同時(shí)阻礙氧氣向燃燒區(qū)域擴(kuò)散,使被“包圍”的火焰窒息。(3)水霧系統(tǒng)的高密度沖擊水有吸收熱輻射的能力,它通過消防細(xì)水霧系統(tǒng)的高密度沖擊極其迅速地蒸發(fā),產(chǎn)生高強(qiáng)度的吸熱屏障,遮斷熱輻射的傳遞,降低周圍熱氣流對(duì)燃料的熱反饋。(4)動(dòng)力學(xué)效果火焰接受來自細(xì)水霧的動(dòng)量轉(zhuǎn)換而被拉長。2.2火災(zāi)區(qū)煙氣排放的特點(diǎn)(1)滅火用水量少,在相同的滅火時(shí)間內(nèi),噴水量為水噴霧的10%~20%。(2)系統(tǒng)滅火后,對(duì)環(huán)境、保護(hù)對(duì)象、保護(hù)區(qū)人員均無損害和污染。(3)冷卻降溫作用強(qiáng),火場(chǎng)周圍的環(huán)境溫度低,便于疏散和救援。(4)細(xì)水霧可有效吸收和降低火災(zāi)區(qū)煙氣中的固體懸浮顆粒濃度,提高能見度,減小煙氣危害,有利于人員的疏散和救援。(5)作為滅火劑的水價(jià)格低廉、來源廣泛。(6)具有良好的電氣絕緣性能,安全性較好。3關(guān)鍵因素對(duì)細(xì)水霧滅火效果的影響目前,商用廚房多采用濕式化學(xué)滅火劑來撲救K類火災(zāi),但其有害的燃燒副產(chǎn)物對(duì)人體的危害很大,災(zāi)后的清理工作繁重,且價(jià)格昂貴。細(xì)水霧不僅可以有效撲滅食用油火,而且能迅速冷卻食用油,防止復(fù)燃發(fā)生。同傳統(tǒng)的化學(xué)劑相比,細(xì)水霧可以低成本、高效地保護(hù)廚房免遭火災(zāi)危害。中國科技大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室人員楊冬雷等應(yīng)用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器,通過全尺寸模擬實(shí)驗(yàn),研究了細(xì)水霧撲救食用油火災(zāi)的有效性。筆者結(jié)合該實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分析細(xì)水霧霧動(dòng)量(粒徑、速度)、工作壓力等關(guān)鍵因素對(duì)細(xì)水霧撲救K類火災(zāi)有效性的影響,見表1。由表1中各工況的滅火時(shí)間可以看出,在相同工作壓力下噴頭2的滅火效果比噴頭1好,其主要原因是噴頭2的霧動(dòng)量大于噴頭1。霧滴的霧動(dòng)量由霧滴的粒徑和速度共同決定,其近似計(jì)算公式為式中:I為霧滴的動(dòng)量(N·s);D為霧滴的直徑(m),u、v、w為霧滴的三維速度(m/s)。由此可知,細(xì)水霧在滅火時(shí)并不是霧滴粒徑越小其滅火效果越好,霧滴需要有足夠大的粒徑來保證不會(huì)被高溫火焰蒸發(fā),同時(shí)噴頭要在其工作壓力下產(chǎn)生速度大于火羽流速度的霧滴,以保證霧滴能夠穿透火羽流到達(dá)食用油表面,發(fā)揮其冷卻作用。在一定的噴頭高度下,滅火時(shí)間隨噴頭工作壓力的不同而不同(圖2)。由圖2可知,細(xì)水霧滅火時(shí)間隨工作壓力的增加而縮短,當(dāng)壓力增大到1.5MPa后火焰可快速被熄滅。這是因?yàn)閴毫^高時(shí),霧滴有足夠的動(dòng)量克服火羽流的阻力到達(dá)火焰區(qū),且增大局部霧通量,以充分發(fā)揮其冷卻作用。研究還發(fā)現(xiàn),存在一個(gè)臨界壓力值,超過這個(gè)臨界壓力,增大壓力對(duì)滅火有效性的提高不明顯。由表1還可知,縮短噴頭與火源的垂直距離可以提高細(xì)水霧的滅火效果,因?yàn)橐环矫嬖龃罅说竭_(dá)火焰區(qū)域的霧通量,另一方面減小了沿途動(dòng)量損耗。此外,側(cè)噴(45°角噴射)時(shí)霧滴避開了火羽流上升的阻力,使其滅火效果明顯優(yōu)于垂直噴射。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)當(dāng)充分考慮如何布置細(xì)水霧噴頭的位置以及如何確定系統(tǒng)工作壓力。4細(xì)水霧的使用商用廚房火災(zāi)中,油鍋的持續(xù)高溫致使食用油自燃起火是引發(fā)火災(zāi)的主要原因。食用油在加熱過程中,因其成分變化從而形成新的自燃溫度(可能比原始自燃溫度低28℃)