一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置及使用方法

本发明涉及消防与环保，具体涉及一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置及使用方法。

背景技术：

1、在实际使用过程中，为了便于运输和提高可燃气的储能密度，可燃气多储存于高压容器或管道中，如储氢长管拖车，长距离可燃气输运管道等。这类高压容器或管道一旦发生泄漏，极有可能会形成高强度射流火焰，则必然对周围人员和设备造成巨大的危害。在一些特殊情况下，不能及时关闭控制阀门，这类高强度射流火焰则会造成巨大的危害。例如，氢气具有燃烧速度快、燃烧温度高等特征，同时高强度射流火焰具有动量极大，热辐射极强等特点。因此，如何高效地抑制或熄灭高强度氢射流火焰，对可燃气的安全使用至关重要。

2、目前常用的细水雾灭火剂灭火效率较低，同时对氢火焰有燃烧增强效用；哈龙替代系灭火剂（如全氟己酮，七氟丙烷等）灭火后会产生大量的强酸性物质，腐蚀周围的设备和人员，不具有环保属性；故这两类灭火剂都不适用于熄灭高强度射流火焰。另外，高强度射流火焰的强动量特征会阻止灭火剂进入火焰核心，导致其难以被抑制。因此需要从灭火剂和灭火剂喷洒方式两方面同时入手，才能探究出抑制或熄灭高强度射流火焰的方法。

3、含磷灭火剂具有非常高效的抑制作用，如在当量情况下甲基膦酸二甲酯抑制效率是哈龙1301的六倍，可解决射流火焰燃烧强度高的问题。实际应用中，若利用高速雾化技术，将含磷系灭火剂雾化同时具备高速流动的特点，可针对性的解决高强度射流火焰强动量的问题。由此有必要研发一种高速雾化灭火装置，将含磷灭火剂有效雾化并获得高速流动的特征，以使其能有效抑制或熄灭高强度射流火焰。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置及使用方法，用以解决上述的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置，包括驱动气体系统；灭火剂系统；高速雾化系统及控制系统。

4、所述驱动气体系统包括储气罐体，电磁阀门，气体质量流量计及相应的输气管道；

5、所述储气罐体储存惰性驱动气体，如氮气或二氧化碳；

6、所述电磁阀门可调节气体输运的开启与闭合；

7、所述气体质量流量计可控制驱动气体的流量，根据火焰大小调节适宜的流量；

8、所述与储气罐体相连接的相应的输气管道用于输运惰性气体。

9、所述灭火剂系统包括储存含磷灭火剂的罐体，电磁阀门与相应的输运管道；

10、所述储存含磷灭火剂的罐体用于储存含磷物质，罐中需有一根深入容器底部的输运管，保证底部的灭火剂同样能有效使用；罐体上需开设阀门，在灭火过程中阀门打开，使得罐体内液体与外部空气相接触，保证外面大气压力能作用于灭火剂；

11、所述含磷物质，可以为甲基膦酸二甲酯（dmmp）、磷酸三甲酯（tmp）或者为含甲基膦酸二甲酯的水溶液等含磷物质；

12、所述电磁阀门可调节灭火剂输运的开启与闭合；

13、所述与储存含磷灭火剂的罐体相连接的输运管道用于输运灭火剂。

14、所述高速雾化系统包括雾化系统外壳、雾化系统手柄、雾化系统防火护手、雾化喷嘴及相应的输运管道；

15、所述雾化系统外壳为不锈钢材质，将雾化喷嘴嵌套进其中，防止外在物体堵塞喷嘴；雾化系统手柄便于灭火人手持雾化喷嘴，并瞄准火焰；雾化系统防火护手主要防止火焰热辐射及火焰对灭火人的手部产生伤害；

16、所述雾化喷嘴包括气体流动腔、液体流动腔以及喷嘴喷口，其中气体流动腔中有缩口喉道，气体流过缩口喉道时压力变小，在压力差作用下液体被大气压压入喷嘴喷口。在喷口处，液体灭火剂在高速气体冲击下实现雾化过程，并具备了高速流动的特点；

17、所述与雾化喷嘴相连接的输运管道分为两路，一路与气体输运管道连接，并连接至雾化喷嘴的气体流动腔；另一路与液体灭火剂输运管道连接，并连接至雾化喷嘴的液体流动腔。

18、所述控制系统包括高清摄像头，便携式计算机，电磁阀门控制器及气体流量控制器；

19、所述高清摄像头用于探测射流火焰的长度；

20、所述便携式计算机根据高清摄像头探测的射流火焰长度，计算射流火焰口的初始速度。并以此为依据，从而向气体流量控制器发布指令，进而改变驱动气体系统中气体质量流量计的大小；

21、所述电磁阀门控制器用于控制驱动气体系统和灭火剂系统中电磁阀门的开启与闭合；

22、所述气体流量控制器用于控制驱动气体系统中气体质量流量计的大小。

23、另一方面，本发明还公开一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置的使用方法，基于上述用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置。例如发生高强度氢射流火灾，具体包括以下步骤：

24、1)高速雾化含磷灭火装置的各子系统准备就绪，驱动气体系统和灭火剂系统的电磁阀门处于闭合状态；

25、2)将驱动气体系统的输运管道与雾化喷嘴的气体流动腔入口相连接，将灭火剂系统的输运管道与雾化喷嘴的液体流动腔入口相连接；

26、3)控制系统中高清摄像头拍摄射流火焰图片，经过便携式计算机二值化处理，得到射流火焰长度；

27、4)计算机根据射流火焰长度，计算出泄露孔径，同时根据储存容器的压力，计算出可燃气泄漏量，从而计算出射流火焰初始速度；

28、5)电磁阀控制器打开驱动气体系统中的控制阀门，根据射流火焰初始速度控制驱动气体流量的大小，使雾化喷嘴处的高速灭火剂流能够压制住火焰；

29、6) 电磁阀控制器同时打开灭火剂系统中的控制阀门，使得灭火剂能够随着驱动气体一起作用于射流火焰；

30、7) 高速雾化含磷灭火剂释放出雾化喷嘴的同时，灭火人手动雾化系统并调整灭火剂喷射方向，对准火焰的底部，随着火焰被压住时面积逐渐变小，灭火人向火焰底部方向推进雾化喷嘴，使灭火剂更接近火焰底部，进而彻底压制或熄灭高强度射流火焰。

31、本发明的有益技术效果体现在以下方面：

32、1)本发明适用于熄灭高强度射流火焰，尤其是储存于高压容器或管道发生的高强度射流火焰；本发明的高速雾化灭火装置中采用含磷灭火剂，具有高效抑制作用，避免了细水雾灭火效率不足和哈龙替代灭火剂不环保的问题；

33、2)本发明装置将灭火剂雾化并获得高速流动性，可针对性解决高强度射流火焰强动量带来的其难以被熄灭的问题，高速雾化灭火剂可压制高强度射流火焰动量，使得灭火剂能够作用于火焰核心，从而达到彻底压制或熄灭高强度射流火焰的效果。

技术特征：

1.一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置，其特征在于，包括：驱动气体系统(1)、灭火剂系统(2)、高速雾化系统(3)、控制系统(4)，其中，驱动气体系统(1)和灭火剂系统(2)通过相应的输运管路与高速雾化系统(3)连接；驱动气体系统(1)和灭火剂系统(2)中的电磁阀和气体质量流量计分别受控制系统(4)控制。

2. 根据权利要求1所述的一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置，其特征在于：所述驱动气体系统(1)为灭火装置提供高速气流，包括：气瓶支架 (11)、惰性气体气瓶(12)、减压阀(14)、电磁阀a (15)及气体质量流量计(17)；惰性气体(13)装在惰性气体气瓶(12)中，惰性气体气瓶(12)固定在气瓶支架(11)上；同时气瓶嘴上配有减压阀(14)，并与气体输运管道(16)连接；气体输运管道(16)上安装电磁阀a (15)，由控制系统(4)来控制；输运气体管道(16)上安装气体质量流量计(17)，通过控制系统(4)控制驱动气体流量，并利用气体输运管道(16)输运至高速雾化系统(3)的雾化喷嘴(34)中；气体输运管(16)与雾化喷嘴(34)中气体快接端子(36)连接。

3. 根据权利要求1所述的一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置，其特征在于：所述灭火剂系统(2)为灭火装置提供灭火剂，包括：储罐支架(21)、灭火剂储罐 (22)及电磁阀b(26)，含磷灭火剂(23)储存在灭火剂储罐(22)内，并用储罐支架 (21)固定灭火剂储罐(22)；输运管道(25)深入灭火剂储罐(22)底部；输运管道 (25)上安装电磁阀b(26)由控制系统 (4)来控制；输运管道(25)与雾化喷嘴 (34)中灭火剂快接端子(39)连接；所述含磷灭火剂(23)为甲基膦酸二甲酯dmmp或磷酸三甲酯tmp或含甲基膦酸二甲酯的水溶液的含磷物质。

4. 根据权利要求1所述的一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置，其特征在于：所述雾化系统(3)利用驱动气体与灭火剂相混合达到高速雾化的效果，所述雾化系统(3)包括：雾化系统外壳 (31)、雾化系统手柄(32)、雾化系统防火护手 (33)以及雾化喷嘴(34)；雾化系统外壳 (31)套接在雾化喷嘴 (34)的外部，并将雾化喷嘴喷头嵌套进其中，防止外在物体堵塞喷嘴；雾化系统外壳(31)为不锈钢材质，在雾化系统外壳(31)的前端部分设置有雾化系统防火护手(33)，主要防止火焰热辐射及火焰对灭火人的手部产生伤害；在雾化系统防火护手(33)的后面设置有雾化系统手柄 (32)，便于灭火人手持。

5. 根据权利要求4所述的一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置，其特征在于：雾化喷嘴(34)包括：气体快接端子(36)、气液腔体(317)以及雾化喷嘴喷头(313)，三者内部均为中空结构；气液腔体(317)的上端口螺纹连接气体快接端子(36)，下端口螺纹连接雾化喷嘴喷头(313)；气液腔体(317)中下部的侧壁上开设有一螺纹孔，灭火剂快接端子(39)与气液腔体(317)侧壁螺纹孔螺纹连接；气液腔体(317)的内部通过螺纹连接有气液分隔体(311)；气液分隔体(311)为内部中空的管体，气液分隔体(311)与气液腔体(317)内部侧壁之间留有空隙，气液分隔体 (311)将气液腔体 (317)内部的气体和液体分隔开；气液分隔体(311)的一端固定连接有缩口喉道 (312)，缩口喉道 (312)为中空圆锥型管体，尖部设置有开口；缩口喉道 (312)容纳于楔形结构的雾化喷嘴喷头 (313)中，雾化喷嘴喷头(313)的端部设置有高速雾化灭火剂出口(314)；且缩口喉道(312)的尖端开口的位置略短于高速雾化灭火剂出口 (314)的位置；雾化喷嘴 (34)中各部件的螺纹连接处均设有螺纹密封圈 (315)密封。

6. 根据权利要求5所述的一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置，其特征在于：通过所述气体快接端子(36)和灭火剂快接端子 (39)使气体输运管(16)和灭火剂输运管道(25)与雾化喷嘴(34)快速连接；雾化喷嘴中气体在气体流动腔 (37)中流动，液体在灭火剂流动腔 (310)中流动，在到达雾化喷口前，二者通过气液分隔体 (311)分隔开；在雾化喷嘴喷头 (313)中，气体经过缩口喉道 (312)，主要利用文丘里气管原理，当气体经过喉道段时，气体流速达到最大值，静压最小，此时喉道处会产生一个压差，这个压差作为喉道上方液体的外在吸力，将其通过灭火剂流动腔 (310)吸入喷嘴喷口处，此时灭火剂与气体剧烈混合，液体灭火剂破碎，在缩口喉道(312)的出口即高速雾化灭火剂出口(314)喷射出来，由于气体具有很高的环隙流速，液体速度却较低，形成较大的速度差，气液产生巨大的摩擦和剪切作用，从而达到雾化效果，最终形成高速雾化灭火剂(316)。

7. 根据权利要求1所述的一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置，其特征在于：所述控制系统 (4)包括：高清摄像头(41)、便携式计算机(42)、电磁阀门控制器 (43)和气体质量流量控制器 (44)；电磁阀a (15)和电磁阀b (26)分别与电磁阀门控制器 (43)电路连接，由电磁阀门控制器 (43)控制的电磁阀的开启与闭合，气体质量流量计 (17)与气体质量流量控制器 (44)电路连接，气体质量流量控制器 (44)控制气体流量的大小；高清摄像头 (41)、电磁阀门控制器 (43)和气体质量流量控制器 (44)分别与便携式计算机(42)电路连接，最终受便携式计算机 (42)的控制；高清摄像头(41)用于拍摄火焰图形，并对火焰图片进行二值化处理，获得射流火焰长度lf 。

8. 根据权利要求7所述的一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置，其特征在于：根据所述控制系统(4)识别拍摄射流火焰，根据所获得火焰长度lf，计算出泄漏口孔径，如公式（1）所示：

9.根据权利要求7所述的一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置，其特征在于：所述惰性气体(13)为氮气或二氧化碳，且惰性气体气瓶(12)内具有1.5-2mpa的压力。

10.采用权利要求1-9任意一项所述的用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置进行雾化灭火的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种用于熄灭高强度射流火焰的高速雾化灭火装置及使用方法，装置包括驱动气体系统、灭火剂系统、高速雾化系统及控制系统。驱动气体系统主要提供高压惰性气体；灭火剂系统主要提供含磷灭火剂；通过雾化喷嘴来实现高速雾化，当驱动气体流过缩口喉道时压力变小，在压力差作用下灭火剂流入喷嘴喷口处，并在高速气体冲击下实现雾化；控制系统主要识别射流火焰高度并计算出射流初始速度，以此为依据合理控制驱动气体的流量，到达压制或熄灭高强度射流火的效果。本发明采用高速雾化含磷灭火剂，具有高效抑制作用，避免了细水雾灭火效率不足和哈龙替代灭火剂不环保的问题，同时可针对性解决高强度射流火焰强动量带来的其难以被熄灭的问题。

技术研发人员：范如佳,潘毅,肖雨晗,王志荣
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25