舰船甲板航空煤油流淌火灭火试验研究.pdf
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1、第45卷第2 2 期2023年11月舰船科学技术SHIP SCIENCEANDTECHNOLOGYVol.45,No.22Nov.,2023舰船甲板航空煤油流涧火灭火试验研究蒲晓亮,钟涛(中国船舶及海洋工程研究院,上海2 0 0 0 11)摘要:为对比不同的水成膜泡沫与干粉联用灭火方式对舰船直升机甲板航煤流尚火的灭火有效性,设计并搭建了可模拟海风和舰船摇摆的大尺度试验平台,分别在水平流尚模型和倾斜流尚模型上进行了先喷洒干粉后喷洒水成膜泡沫灭火、干粉和水成膜泡沫混合喷洒灭火等4组试验。试验结果表明,干粉和水成膜泡沫混合喷洒灭火的方式控火时间和灭火时间均最短,能更有效地扑灭直升机甲板流尚航煤火。关
2、键词:直升机甲板;航空煤油流尚火;水成膜泡沫灭火系统;水成膜泡干粉沫联用;灭火试验中图分类号:U664.88文章编号:16 7 2-7 6 49(2 0 2 3)2 2-0 0 7 2-0 6Experimental research on naval ship helicopter deck aviation fuel spill fire extinguishingAbstract:To compare the effectiveness of different methods of AFFF combined with dry powder on the fire extin-guis
3、hing of the aviation fuel spill fires on the ship helicopter deck,a large-scale test platform which can simulate the seawind and ship rolling was designed and built.Four groups of experiments were carried out on horizontal test platform and in-clined test platform,including spraying dry powder follo
4、wed by spraying AFFF,and spraying dry powder mixed with AFFF.The experimental results show that the fire control time and fire extinguishing time of the method of mixing dry powder andAFFF are shorter,and it can more effectively extinguish the spill oil fire on the helicopter deck.Key words:helicopt
5、er deck;aviation fuel spill fire;AFFF system;AFFF combined with powder;fire extinguish-ing experiment0引言近年来,我国舰船装备快速发展,带有大型飞行甲板的舰船陆续研发,舰船飞行甲板的安全防护尤为重要,而火灾是舰船飞行甲板面临的主要危险之一,据统计二战后欧美国家航母火灾中飞行甲板火灾占比达到3 9%。带有飞行甲板的大型军用舰艇,由于舰载机加注的航空煤油量大,一旦发生事故泄漏,起火后快速燃烧,燃烧强度大,并随着舰船的摇摆有较强流尚性。同时在海风的作用下,势必加剧蔓延,形成一边流涧一边燃烧的蔓延性火
6、灾,增加了灭火工作的难度和强度。因此,必须选择有效的灭火剂和灭火方法,确保飞行甲板发生火灾后能够有效灭火,保护装备和人员的安全。美国在吸取了二战中航母火灾的经验教训后,将收稿日期:2 0 2 2-10-3 1作者简介:蒲晓亮(19 8 9 一),男,高级工程师,研究方向为船舶动力及船舶系统设计。文献标识码:APU Xiao-liang,ZHONG Tao(Marine Design and Research Institute of China,Shanghai 200011,China)doi:10.3404/j.issn.1672-7649.2023.22.013飞行甲板和机库甲板消防措施
7、改为泡沫灭火,二战后在经历多次航母火灾后又将泡沫灭火剂换为可喷洒的水成膜泡沫灭火系统,随后又开展了大量的水成膜泡沫灭火试验研究 2 ,美国现役航母和两栖攻击舰飞行甲板仍在大量应用水成膜泡沫灭火系统 3 。由于干粉的控火能力强,在扑灭油类火时具有很高的灭火效率,其在舰船甲板灭火中也被广泛应用 4。总之,水成膜泡沫和干粉是目前飞行甲板最主要的灭火剂。从各类规范的要求也可看出干粉灭火和水成膜泡沫灭火是飞行甲板最重要的灭火措施。如舰船通用规范规定直升机起降平台应配置水成膜或甲板泡沫灭火系统(和干粉联用);国际海上人命安全公约要求在靠近直升机甲板处配备至少2 具干粉灭火器,还应配备一个由泡沫炮或泡沫发生
8、支管组成的合适泡沫灭第45卷火系统。但这2 种灭火措施如何配合使用才能达到最佳灭火效果,规范没有明确规定。特别在应对舰船摇摆和甲板风场作用下的甲板流尚火时,如何应用水成膜泡沫灭火系统和干粉灭火实现最佳灭火效果,相关研究较少。国内在流尚火领域已开展了大量研究,但主要集中在流尚火的特性和模型研究 5-9 ,对如何有效控制和扑灭流涧火的研究则较少。王馨等 10 以油池火为对象进行试验,对比了融合超细干粉的水成膜泡沫和单独使用水成膜泡沫的灭火效果,但未研究对流尚火的灭火效果。为验证干粉和泡沫不同联用方式对舰船甲板航空煤油流尚火的灭火效果,本文设计并搭建试验平台,模拟了舰船飞行甲板的流尚火灾,进行了灭火
9、试验验证。试验运用热电偶和红外线技术,监测了试验温度数据,用CCD摄像机和视屏监控系统拍摄了灭火试验过程。通过在水平流尚模型和倾斜流消模型上分别进行先干粉后水成膜、干粉与水成膜混合的联用灭火,一方面对甲板航煤流消火的燃烧特点进行了试验,另一方面验证了不同联用方式应对甲板航煤流尚火的灭火效能,对灭火剂的使用和灭火方式提出了建议。1试验设计1.1试验场地搭建试验场地原理图如图1所示,主要由试验平台、供水系统、水成膜泡沫灭火系统、推车式干粉灭火装置、风机、点火装置、供油系统和数据采集及控制系统等部分组成。为模拟舰船的倾斜摇摆,试验平台分为斜度4.5的倾斜流试验区域和水平流尚试验区域,两处试验区域大小
10、相同,单个试验区域面积约150m,尺寸为长17.7 5m、宽8.45m。试验平台的表面依次采用耐火砖、耐火水泥和16 目的金刚砂按比例供水系统流量计压力式比例混合装置推车式干粉灭火装置4.5试验平台水平试验平台风机图1灭火试验场地原理图Fig.1 Schematic diagram of the fire extinguishing experiment site蒲晓亮,等:舰船甲板航空煤油流尚火灭火试验研究1.2数据采集设备及其布置试验场火灾试验测试设备主要包括热电偶、红外热像仪、CCD摄像机、流量计、辐射热通量计、数据采集仪等。通过这些测试仪器对干粉与水成膜泡沫灭火系统联用灭火试验过程、泡
11、沫喷洒流量、试验环境温度、火焰热辐射等参数进行测量记录。为全方位观测整个试验过程和现象,试验时同时采用4部CCD摄像机和红外热像仪对试验模型受火面温度以及火场温度进行监测,判断流消火燃烧状态,为确认灭火时间提供辅助手段。采用铠装式K型热电偶进行温度测量,其测温范围是0 12 0 0,采用补偿导线接人数据采集器进行实时数据采集。试验共设置3 组热电偶,均匀布置在3 个热电偶靶上,热电偶靶内,间隔0.5m布设一个,热电偶靶放置在距离流尚模型侧面1.5m的位置。热电偶使用补偿导线与数据采集仪插槽线板连接,补偿导线及连接端子用隔热毯或石棉进行包裹。检测设备布置如图2 所示。搅拌系统数据采集系监控显示系
12、统控制箱点火装置球阀1隔热墙风机泡沫消防炮文球阀2电动阀干粉枪球阀373混合铺设而成。试验燃料为RP-5航空煤油,供油采用油箱重力供油,油箱和试验平台之间用砖墙隔开,为尽量模拟直升机油箱破损后的燃油泄漏速率,油箱内的航空煤油通过DN65的管路泄放到试验平台,泄放速率为5L/s。试验用泡沫灭火剂为海水型3%水成膜泡沫液,水成膜泡沫的末端喷射装置为电动泡沫消防炮。为实现水成膜泡沫与干粉混合喷洒,对电动泡沫消防炮的炮管进行了改进,使得电动消防炮有2 种喷射方式:一种是喷射3%的水成膜泡沫,另一种是在炮管处预留了干粉灭火剂的人口,可在消防炮炮管的末端进行干粉与水成膜的混合,实现干粉和3%水成膜混合灭火
13、。试验场地设置风机用于模拟海风,考虑直升机可在6 级风下起降,因此选择的风机可使试验场地产生约 11 m/s 的风速。油箱阀门隔热板17.7m图2 检测仪器及其布置示意图Fig.2Monitoring devices layout摄像机油槽口12.95品试验区域热电偶红外热像仪热辐射仪741.3试验工况试验油品选用RP-5航空煤油,密度为8 15.9 kg/m,比热值为43.1MJ/kg。直升机平台泡沫混合液供给强度按每平方米被保护面积不小于4.1L/min,保护面积按最大试验区域面积150 m计算,因此需泡沫混合液流量10.2 5L/s,试验中采用1台泡沫消防炮喷射,额定流量为16 L/s。
14、干粉灭火装置采用超细干粉灭火剂,容量为3 0 kg,喷射速率为0.8 kg/s。试验共设置4个工况,每个工况进行3 组试验,具体如表1所示。表1试验工况表Tab.1Table of test condition试验序号工况编号A11234567891011121.3.1水平流尚模型灭火试验开启风机,在水平流消模型上进行6 次超细干粉与水成膜泡沫系统联用的对比灭火试验,前3 次为“先干粉后泡沫”的联用灭火方式,后3 次为“泡沫干粉混合”的联用灭火方式。1.3.2倾斜4.5流尚模型灭火试验开启风机,在倾斜4.5流尚模型上进行6 次超细干粉与水成膜泡沫系统联用的对比灭火试验,前3 次为“先干粉后泡沫
15、”的联用灭火方式,后3 次为“泡沫干粉混合”的联用灭火方式。2试验结果分析与讨论2.1试验结果共开展了4组共12 次灭火试验,其中11次灭火成功,试验中通过摄像、热成像仪及热电偶等方式记录舰船科学技术了试验过程,通过综合分析,各灭火试验的控火时间和灭火时间汇总如表2 所示。从结果可看出,在水平流消模型上,采用“泡沫干粉混合”的灭火方式,控火时间短于“先干粉后泡沫”的联用灭火方式;在倾斜流消模型上,采用“泡沫干粉混合”的灭火方式,控火时间和灭火时间都明显短于“先干粉后泡沫”的联用灭火方式。表2 试验结果汇总表Tab.2Summary table of test results试验工况燃烧油预燃火
16、焰中心控火灭火序号编号量/kg1A12A23A3工况描述试验平台A2先干粉,后水成膜泡沫A3BIB2B3CiC2C3DID2D3第45卷时间/s温度/时间/s时间/s1785217863178484B15B26B3水平模型7干粉、水成膜泡沫混合8910先干粉,后水成膜泡沫114.5模型12干粉、水成膜泡沫混合2.2水平流尚模型灭火试验过程2.2.1“先干粉后泡沫”灭火试验在水平流尚模型上按“先干粉后泡沫”的灭火方式进行了3 次试验,3 次试验均能成功灭火。3 次试验消耗航空煤油均为17 8 kg,泄放速率均为5L/s,由于试验在开放环境中进行,受环境影响,3 次试验预燃时间不尽相同。3 次试验
17、控火时间基本接近,灭火时间差异较大,最长灭火时间9 1s,最短为3 9 s,这是因为试验在开放环境中进行,环境风的风向和风速大小差异较大,燃烧蔓延的方向和面积不同,而干粉和泡沫的喷射方向固定,灭火剂喷射与燃烧蔓延相对方向的不同以及人为因素造成灭火操作的差异性,导致某些试验中模型边缘处存在一些零星燃烧,由于距离泡沫炮较远,完全灭火耗时较长。图3 为第1次试验的灭火过程,图4为第1次试验过程热电偶采集到的温度变化情况。以点火成功为t=Os计时,点火不久即形成较大规模的火焰并释放大量浓烟(t=25s),到t=43s时,燃烧基本稳定,形151014101410178601697017845C1178C
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