CN108525168B - 一种泡沫产生方法及其应用和灭火消防方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了泡沫产生方法及其在灭火中的应用和灭火方法，所述泡沫产生方法包括将气体与发泡物质混合从而使发泡物质产生泡沫，至少部分所述气体由气体源即时产生，且气体源能够产生的气体体积与所述气体源的体积的比值不低于40。本发明的泡沫产生方法，首次采用由气体源基本原位产生的气体与发泡物质混合的方式，由于气体源产生的气体体积与所述气体源的体积比值较高，从而可以大大降低储存气体源的容器的体积，小体积的储存设备即可代替庞大的空气压缩机、空气压缩机组或其他高压气体储存设备。本发明采用液氮等惰性介质参与泡沫发泡，在泡沫破裂后会释放出惰性气体，这些惰性气体在燃烧物质表面也能起到抑制燃烧的作用，有助于加速火灾的扑灭。

Description

一种泡沫产生方法及其应用和灭火消防方法
技术领域
本发明涉及泡沫产生方法及其在灭火中的应用和灭火方法。
背景技术
现有的压缩气体泡沫灭火主要采用高压气体与泡沫混合液混合产生泡沫的方式进行灭火。具体的泡沫灭火方式主要有稳压式压缩气体泡沫灭火及储气式泡沫灭火两种方式。其中，压缩气体泡沫灭火通常采用气体压缩机、高压气体管网或压缩气体钢瓶的方式进行供气，而气体压缩机及压缩气体钢瓶供气量有限，无法满足大流量、高压力、长时间供气的要求，而绝大多数场所没有高压气体管网，而若需实现大流量、高压力、长时间供气，则需设置多台压缩机或压缩气体钢瓶(如以一台流量150L/S的泡沫消防车为例，气体的供给流量至少是1050L/s，其供气需要由多台大型空压机供给)，其占用空间大，在油库罐区、装置区往往不具备布置的空间，不利于现场布置。
另一种储气式泡沫灭火通常在灭火剂容器内存储压缩气体，在大流量喷射时，压缩气体将大量消耗，此时为保证灭火剂的高压喷射，则需及时向灭火剂容器内补充压缩气体，而在大流量喷射状态下，仅靠空压机及压缩气体钢瓶根本无法保证压缩气体的足量补充，导致无法有效实现高压喷射要求，随着喷射持续进行，容器内的压力显著降低，泡沫性能逐步变差，影响灭火效果。当进行重大火灾灭火时，则需要生产大流量高倍泡沫灭火，此时泡沫混合液流量提高，压缩气体的供气量也需随之增大，而现有的气体供给方式无法实现大流量高压压缩气体的供应，当前压缩气体泡沫消防车的最大泡沫混合液流量仅15～20L/s，目前主要应用于一般规模的火灾扑救，如建筑物火灾、地面小范围流淌火等，其无法在大型储罐火灾或大规模的地面流淌火灾中的应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有高压气体供给技术存在的缺陷，提供一种新的产生泡沫的方法，该方法能够通过较小的设备而获得较大量的泡沫，而且将该方法用于灭火时，具有较高的灭火效率。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种泡沫产生方法，该方法包括将气体与发泡物质混合从而使发泡物质产生泡沫，至少部分所述气体由气体源即时产生，且气体源的产气率不低于40。
本发明第二方面提供了上述方法在多种场所灭火中的应用。
本发明第三方面还提供了一种灭火消防方法，该方法使用上述泡沫产生方法产生泡沫，然后将所述泡沫输出进行灭火。
本发明提供的泡沫产生方法，首次采用由气体源原位或者基本原位产生的气体与发泡物质混合的方式，由于气体源产生的气体体积与所述气体源的体积比值较高，从而可以大大降低储存气体源的容器的体积，小体积的储存设备即可代替庞大的空气压缩机或空气压缩机组。
将本发明上述产生泡沫的方法用于灭火时，消防设备响应速度快，能够在短时间内迅速响应产生大量气体，能够取代传统的空压机、压缩气体钢瓶、高压气体管网等供气方式，并能够满足产生大流量高倍数泡沫所需大流量高压供气的需求，为压缩气体泡沫灭火系统及储气式泡沫灭火系统的大流量喷射提供足够的气量，实现了重大火灾灭火中的有效应用；而且由于供气时间长、无需外界动力、独立工作能力强，避免了在大流量喷射需求时需配备多台空压机、压缩气体钢瓶占用空间大的情况，其占用空间小、设置灵活，便于现场布置及灭火工作的开展。
附图说明
图1是根据本发明实施例的泡沫产生系统的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的泡沫产生系统的气液混合装置的结构示意图；
图3为锥形结构的扰流器的结构示意图；
图4为半球形结构的扰流器的结构示意图；
图5为平台结构的扰流器的结构示意图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明中，通过采用特定种类的气体源来代替常规的压缩空气从而减小需要大流量泡沫时所需气体装置的体积。要求(1)该气体源能够迅速即时产生气体且产生的气体能够便利地与发泡物质混合产生气泡；(2)由气体源产生的气体的体积与气体源本身的体积相比大大增加，该气体源能够产生的气体的体积与该气体源本身的体积的比值不低于40，而常规压缩空气的压缩比不超过20，由此可以在获得相同量的气体的情况下大大减少气体源的体积。
本发明中，即时主要是指相对于现有先产生气体，经过压缩或不经压缩后储存在气体罐内，然后再将气体释放与发泡物质混合而言，本发明中气体从产生到与发泡物质混合的时间明显更短，优选由气体源产生后60分钟以内优选60秒以内更优选为20秒内更进一步优选为10秒内与发泡物质混合。也即，本发明中，即时产生是指气体从产生到与发泡物质混合的时间不超过60分钟，例如59分钟、55分钟、50分钟、45分钟、40分钟、35分钟、30分钟、25分钟、20分钟、15分钟、10分钟、9分钟、8分钟、6分钟、5分钟、4分钟、3分钟、2分钟、60秒、55秒、50秒、45秒、40秒、35秒、30秒、25秒、20秒、15秒、10秒、9秒、8秒、7秒、6秒、5秒、4秒、3秒、2秒、1秒、0秒。可以通过控制气体源与混合装置之间的距离和/或气体源产生气体的压力来实现上述由气体源产生的气体快速与发泡物质混合。
可以部分或全部气体均由上述方式即时产生，优选地，为了最大限度的发挥减小气体储存装置体积的优势，至少20体积％优选至少60体积％更优选100体积％的所述气体由气体源即时产生。即，本发明中，至少部分是指至少20体积％例如25体积％、30体积％、35体积％、40体积％、45体积％、50体积％、55体积％、60体积％、65体积％、70体积％、75体积％、80体积％、85体积％、90体积％、95体积％、100体积％。
本发明中，气体源的种类使得产气率不低于40，优选不低于100，进一步优选为200-1500，更进一步优选为500-1000。通过产气率在上述范围内，能够大大降低气体源的体积，从而减小泡沫产生系统的体积。而现有用于压缩气体泡沫系统的压缩空气的压缩比一般不到20。
本发明中，气体源能够产生的气体的体积是指该气体源能够产生的最大气体体积，所述体积是指在常温差压下的体积。
本发明中，气体源能够产生的气体的体积可以通过各种方式来获得。例如，当所述气体源为液化介质时，该比值即为液化介质的膨胀比。当所述气体源为化学产气药时，该比值可以根据单位重量的化学产气药剂能够获得的气体的标准体积量计算得到。其中单位重量的化学产气药能够获得的气体的标准体积量按照标准ISO 12097-3(2002)《道路车辆安全气囊部件第3部分-气体发生器总成试验》获得。
本发明中，所述气体源可以是各种能够便利地产生气体或者在混合条件下便利地产生气体以与发泡物质混合产生泡沫的物质。
显然，当产生的泡沫用于后续特别用途时，气体源产生的气体不能对后续用途产生不利影响。例如，当产生的泡沫用于灭火时，则气体源产生的气体应该是有助于灭火的，且对泡沫本身不能有破坏作用，如溶解在泡沫液内、与泡沫的某个或某几个成分发生化学反应、产生的气体温度过高导致加剧泡沫的破裂等情况。
本发明中，所述即时产生气体的方式可以是各种能够满足上述要求的方式，例如可以为在混合过程中通过物理和/或化学反应原位产生，也可以为在混合前由气体源在外力作用下通过物理和/或化学反应即时产生。
根据本发明的一种优选实施方式，所述气体源为液化介质，优选所述液化介质为液氮、液体二氧化碳、液化惰性气体、液化卤代烃气体中的至少一种。
当所述气体源为液化介质时，由于液化介质在通常的室温环境下即气化为气体，因此无需额外操作即可获得气体。因此，当所述气体源为液化介质时，所述混合的方式包括将所述气体源以液体流形式通入所述发泡物质中进行混合。由于发泡物质一般为环境温度以及混合通常在环境温度下进行，液化介质在进入混合器内以及在与发泡物质接触的过程中气化，产生大量的气体，从而进行发泡。
针对大流量压缩气体的供给问题，本发明避开了大型空压机或其机组供气的技术路线，也避开了液氮等液化介质先通过大型气化装置进行换热气化生产大量压缩气体然后再将压缩气体与发泡物质混合的路线，而是采用由气体源即时产生气体后与发泡物质混合、发泡的方式。
所述液化惰性气体可以是各种液化的惰性气体。所述惰性气体是指元素周期表中第零族元素气体。
本发明中，通过采用液化介质如液氮作为气体源来代替常规的压缩空气，能够减小需要大流量泡沫时所需气体装置的体积，使得大流量泡沫灭火能够用于多种场合。
由于液化介质如液氮能够迅速产生气体且产生的气体能够便利地与发泡物质混合产生气泡，且液化介质的膨胀比通常较大，大于40，有的甚至高达500以上，例如液氮的膨胀比通常为710，也即1体积的液氮通常可以提供710体积的氮气，而常规压缩空气的压缩比不超过20，由此由液化介质产生的气体的体积与液化介质本身的体积相比大大增加，在获得相同量的气体的情况下可以大大减少气体源的体积，因此可以直接使用液化介质如液氮作为气体源与发泡物质混合来产生泡沫，而无需先在发泡装置外把液化介质气化，再将气化得到的气体送入发泡装置内与发泡物质混合，由此大大降低了装置的体积，提高了装置的灵活性和拓宽了应用场所。
以扑救10万立方米储罐全面积火灾为例，来对比分析负压式泡沫(吸气式泡沫)、由液氮供气的压缩气体泡沫及由压缩机组供气的压缩气体泡沫的配置情况。
(1)对于负压式泡沫灭火系统，基于国外的灭火案例以及《日本消防法》、API、LASTFIRE等国际权威标准规范与储罐火灾研究组织的推荐值，对于10万立方米储罐全面积火灾的扑救，其泡沫混合液的供给强度至少需9L/min.m2，泡沫混合液流量至少需45216L/min，灭火时间至少需60min，均以最小值计，泡沫混合液的消耗量是2712m3。
(2)对于压缩机供气的压缩气体泡沫灭火系统，一般认为压缩气体泡沫灭火系统所需泡沫供给强度为负压式泡沫灭火系统的1/4，但由于10万立方米储罐全面积火灾的灭火面积较大，根据本发明的发明人的大尺度油盘灭火实验数据，其泡沫供给强度较合适的为5.4L/min.m2，泡沫混合液流量是27130L/min。以发泡倍数7为目标，供气量不低于200m3/min。按照目前的大型空压机组供气能力(20-28m3/min)，则需要配置7-10台大型空压机并联进行供气，每台空压机的占地面积约5-6m2，则空压机组的总占地面积是35-70m2。灭火时间为60min，泡沫混合液的消耗量是1627m3。其中所述大尺度油盘灭火实验是指在直径21m的油池内，将柴油点燃，形成全面积火灾，然后利用泡沫灭火装置向油盘内喷射泡沫，进行灭火测试。
(3)对于液氮供气的压缩气体泡沫灭火系统，泡沫供给强度也为5.4L/min.m2，泡沫混合液流量是27130L/min。以发泡倍数7为目标，供气量不低于200m3/min。60min内供气量是12000m3，液氮气化后体积是710倍，所以所需液氮量是17m3。实际灭火时间为60min，泡沫混合液的消耗量是1627m3。一台液氮罐车的容积一般是25m3，占地面积约是10㎡。该液氮罐车满载液氮后，持续供给时间是88min。具体对比如下表1。
表1
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从上述比较可以看出，采用本发明液氮供气方式可以大大减小供气设备所需的场地面积、降低供气难度，使得大面积灭火成为可能。
由于液化介质如液氮在通常的室温环境下即气化为气体，因此无需额外操作即可获得气体。
使用液氮为气体源、泡沫混合液为发泡物质时，泡沫混合液是主要常温流体，其与液氮以上述比例混合后，泡沫混合液可充分与液氮换热，液氮在泡沫混合液流体内快速气化，并立即参与发泡。液氮气化后，泡沫混合液因流量很大，液体温度降低很少，完全可忽略，不影响泡沫质量。即使液氮与泡沫混合液初次接触时，泡沫混合液可能会产生少量冰碴，但在后续流动中，冰碴会很快融化，完全不影响发泡与泡沫喷射。
尽管液氮在与发泡物质混合之前的输送过程中也会发生部分气化产生气体，但该部分气体量比较少，大部分气体是在与发泡物质接触过程中产生并立即与发泡物质混合进行发泡，而且该部分气体也可以参与发泡，因此仍然在本发明“即时”产生气体的范围内。
气体源与发泡物质的比例可以根据发泡物质所需气体的量以及气体源能够产生的气体的量计算得到。对于液化介质，产气率即为液化介质的膨胀比。所述气体源与发泡物质的体积比为1：40-300，优选为1：60-200。以液氮为例，一份液氮气化后变成710份氮气，即体积膨胀710倍。根据实验测试结果，泡沫混合液与液氮的体积流量比例在60-200:1范围内能够实现良好的压缩气体泡沫。
本发明的发明人发现，发泡物质为泡沫混合液时，液化介质与发泡物质的流量满足下述关系时能够获得质量更好的压缩气体泡沫：L＝mV/nf。其中，L是液化介质的体积流量，m为设定的发泡倍数，取值一般在5-200优选5-20更优选在6-8范围内，V是发泡物质的体积流量，n为气体源能够产生的气体体积与所述气体源的体积的比值，f是管路损失，取值在1-1.4范围内。其中发泡物质的体积流量V根据火灾面积由《泡沫灭火系统设计规范》(GB50151-2010)确定。压缩气体泡沫的质量更好是指泡沫持续时间更长、更不容易破裂，从而灭火效果更好。
优选地，液化介质以1MPa以上，优选1-2MPa的压力与泡沫混合液混合；泡沫混合液以0.8MPa以上，优选为0.8-1.5MPa的压力与液化介质混合。
本发明中，还可以使用化学产气物质(如安全气囊领域称为“化学产气药”的物质)作为气体源，通过使化学产气物质在外力作用下发生化学反应来产生用于发泡的气体。化学产气物质一般为固体，其占用的体积更小，因此也能大大降低发泡装置及其整体应用装置的体积。
优选地，所述化学产气物质为叠氮化钠、硝酸铵、硝化纤维素、黑索今类产气药和硝基胍类产气药中的至少一种。
使化学产气物质发生化学反应产生气体的方式可以是现有的各种方式，优选为是各种无需特别工序或复杂装置即可实现的方式，包括但不限于碰撞力作用、加热、压力差、化学反应和点燃中的至少一种，优选地，所述化学产气物质为化学产气药，更优选地，所述化学产气物质为叠氮化钠、硝酸铵、硝化纤维素、黑索今类产气药和硝基胍类产气药中的至少一种。
此种方式巧妙的借鉴汽车安全气囊产气的方式，因此具体的操作和条件可以参照该技术。由于气体源一般为固体，因此可以大大降低气体源的体积。具体例如可以参照CN1903805A、CN 101077846A、CN 101205159A等。
所述硝化纤维素又称为硝酸纤维素，即纤维素的羟基与硝酸发生酯化反应而得到的产物。本发明的产气药中的硝化纤维素的含氮量优选为10-14.1重量％。硝化纤维素可以商购得到，或者通过已知的方法由纤维素(如棉纤维或木浆)与硝酸在浓硫酸的催化作用下进行酯化反应而制得。
为了提高硝化纤维素的产气率，优选与安定剂配合得到产气药组合物。以100重量份的硝化纤维素为基准，安定剂的含量可以为0.1-20重量份，优选为0.2-15重量份，更优选为0.5-10重量份。
所述安定剂优选为胺和/或脲。所述胺可以为现有的各种能延长产气药的保存时间的胺，优选的胺的例子包括但不限于苯胺、酮胺、醛胺、喹啉中的一种或几种；所述脲可以为现有的各种能延长产气药的保存时间的脲，优选的脲的例子包括但不限于二乙基二苯脲、和二甲基二苯脲。所述苯胺可以为二苯胺，酮胺可以为丙酮二胺，醛胺可以为二苯甲醛胺，喹啉可以为苯基-α-荼胺。
上述产气药还可以含有硝基胍。以100重量份的硝化纤维素为基准，硝基胍的含量可以为0-80重量份，优选为2-80重量份，更优选为5-60重量份。在产气药中加入硝基胍，可以提高产气药的热稳定性，并且同时含有硝基胍和硝化纤维的产气药所产生的气体的温度比不含硝基胍的产气药产生气体的温度低，这样经过过滤器过滤后就完全不会有烧破气袋或烫伤乘客的危险。
根据需要，本发明的产气药还可以含有助溶剂、增塑剂和燃烧催化剂中的一种或几种。
所述助溶剂可以为在所述产气药的制备过程中有助于将硝化纤维素和安定剂溶解在溶剂中的物质，优选为二硝基甲苯、樟脑、硝基苯中的一种或几种。以100重量份的硝化纤维素为基准，助溶剂的含量可以为0-20重量份，优选为0.1-15重量份，更优选为0.3-10重量份。
为了提高叠氮化钠的产气率，优选与助剂、碱金属的硝酸盐、金属硫化物和/或金属氧化物配合使用。以化学产气药的总重量为基准，所述叠氮化钠的含量为45-60重量％，金属硫化物和/或金属氧化物的含量为35-50重量％，碱金属的硝酸盐的含量为1.5-5重量％，助剂的含量为0.5-6重量％。
所述助剂优选采用二硫化钼、三氧化二铝和三硅酸镁中的一种或几种；更优选采用三硅酸镁或三硅酸镁与其它两种中的一种组合；更优选同时采用三种；所述二硫化钼、三氧化二铝、三硅酸镁的重量比为1:0.1-3:0.1-3。由于二硫化钼、三氧化二铝和三硅酸镁没有腐蚀性且均很光滑和疏松，使得混合制得的产气药的流动性好，易成型；且三氧化二铝还能够起到造渣的作用，使得产气药在燃烧后易于结成疏松的大残渣，且三硅酸镁还能够使残渣变得疏松从而更容易吸收火星，使得残渣不易喷出。
所述金属硫化物选自元素周期表中ⅠB、ⅡB、ⅧB族金属硫化物中的一种或几种，如硫化亚铁、硫化锌、硫化铜中的一种或几种，优选采用硫化亚铁。
所述金属氧化物选自元素周期表中ⅠB、ⅡB、ⅧB族金属氧化物中的一种或几种，如氧化铜、氧化锌、三氧化二铁中的一种或几种；优选采用三氧化二铁和/或氧化锌。
由于金属硫化物比金属氧化物更容易与叠氮化钠反应，从而使得产气药的化学反应更容易进行，反应更充分，因此，优选采用金属硫化物。
所述碱金属的硝酸盐作为氧化剂，在反应中放出氧，所述碱金属的硝酸盐选自硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂中的一种或几种，优选采用硝酸钾和/或硝酸钠。
当气体源为化学产气物质时，该化学产气物质的用量由化学产气物质的产气量以及发泡倍数来确定，优选地，所述化学产气物质的用量根据下述公式计算得到：
M＝ρf(m+2)V/1000n
其中，M是单位时间所需化学产气物质的质量(单位为kg/min)，ρ是化学产气物质的密度(单位为kg/m3)，f是修正系数(一般取1-1.4)，m是设定的发泡倍数，取值一般在5-200优选5-20更优选6-8范围内，V是泡沫混合液的体积流量(单位为L/min)，n是该化学产气物质能够产生的气体体积与所述化学产气物质本身的体积的比值(n一般在100-800之间)。其中n可以根据单位重量的化学产气药能够获得的气体的标准体积量与化学产气物质的密度换算得到。单位重量的化学产气药能够获得的气体的标准体积量按照标准ISO 12097-3(2002)《道路车辆安全气囊部件第3部分-气体发生器总成试验》获得。其中发泡物质的体积流量V根据火灾面积由《泡沫灭火系统设计规范》(GB50151-2010)确定。
采用上述公式来提供化学产气物质和泡沫混合液，能够获得质量更好的压缩气体泡沫。
根据该实施方式，在不需要产生泡沫时，该化学产气物质可以稳定地存在、并不发生化学反应。当需要产生泡沫时，才使该化学产气物质发生化学反应以便产生气体。换言之，用于与该发泡物质混合的气体并不是该化学产气物质预先产生且储存在容器内的，因为这样会导致需要设置多个用于储存该气体的容器，进而导致不便于使用，也不利于现场布置。
所述化学产气物质可以储存在一个或多个容器内，发泡时根据需要的气体的量同时或依次启动化学反应以产生气体。
因此，即时产生气体是指：当需要产生泡沫时，使该化学产气物质发生化学反应以便产生气体。由此可以省掉多个用于储存该气体的容器，从而便于实施本发明的泡沫产生方法，利于现场布置。
根据本发明，为了能够实现减小发泡装置体积，与现有预先通过外界产生气体，再将气体与发泡物质混合的方式相区分，显然只要使用了上述方式即可实现该目的。例如，可以一部分气体采用现有的方式提供，另一部分气体采用本发明所述即时产生的方式提供，因此本发明既可以有部分气体预先在发泡装置外产生，再将气体与发泡物质混合，也可以全部气体均由即时产生的方式产生，之后在60分钟优选60秒以内优选为20秒内更优选为10秒内与发泡物质混合。可以通过控制化学产气物质与混合装置之间的距离和/或化学产气物质产生气体的压力来实现上述由化学产气物质产生的气体快速与发泡物质混合。预先在发泡装置外产生的气体既可以由现有的空气压缩机提供，也可以由本发明所述的液化介质液化得到和/或由化学产气物质通过化学反应产生。也即，本发明也包括下述实施方式：由本发明所述的液化介质液化得到和/或由化学产气物质通过化学反应产生的气体先送入储罐中储存大于60分钟或更短的时间，然后与发泡物质混合进行发泡。
由于本发明主要是通过改变用于发泡的气体的来源即采用通过化学产气物质化学反应原位(即时)产生气体来代替现有空气压缩机提供气体来实现其发明目的，因此对于气体的种类和用量、发泡物质的种类以及混合条件、混合方式没有特别的限定，参照现有技术教导即可。
本发明中，所述发泡物质可以是各种能够与气体接触后体积变大、能够产生泡沫的物质。根据本发明的一种优选实施方式，所述发泡物质为泡沫混合液，所述混合的方式包括将所述气体源和发泡物质各自以液体流形式接触。泡沫混合液是指消防领域用于产生泡沫的发泡源，包括蛋白泡沫液、氟蛋白泡沫液、水成膜泡沫液、水基泡沫液、抗溶氟蛋白泡沫液、抗溶水成膜泡沫液等与水的混合物，一般含有多种表面活性剂、稳定剂等添加剂。
根据本发明的另一种实施方式，所述发泡物质为泡沫原液，所述混合的方式包括将所述气体源、发泡物质和水各自以液体流形式接触。优选地，所述气体源与发泡物质与水的体积比为1：1-10：50-300，优选为1：3-7：80-160。
其中泡沫原液是蛋白泡沫液、氟蛋白泡沫液、水成膜泡沫液、水基泡沫液、抗溶氟蛋白泡沫液、抗溶水成膜泡沫液等，一般含有多种表面活性剂、稳定剂等添加剂。泡沫原液与适量水混合后即可获得上述泡沫混合液。
泡沫原液和泡沫混合液均市售可得。
对混合的条件没有特别限定，通常的环境温度即可。优选地，所述混合的条件包括混合温度为-30℃至60℃优选-10℃至40℃更优选0-40℃。也就是说，所述液氮与所述发泡物质可以在-30℃至60℃优选-10℃至40℃更优选0-40℃的条件下混合。由于液氮气化后与发泡物质混合即形成泡沫，因此混合的时间无需特别限定。
本发明中，所述混合可以在各种能够实现混合并使发泡物质发泡功能的装置中进行。下面以液氮作为气体源为例来描述本发明一种实施方式的混合装置，其他液化介质与此类似，本发明在此不一一赘述。优选地，所述混合装置可以是如图2所示的气液混合装置1，所述混合装置具有混合腔，该混合腔具有用于输入发泡物质的发泡物质进口11、用于输入液化介质的入口12以及用于输出泡沫的泡沫出口13；其中，在所述混合腔内，液化介质与发泡物质混合并气化，以从所述泡沫出口13输出用于灭火的泡沫。
可以在各个口处可设置流量计、压力表及控制阀来控制发泡物质进口11和入口12的流量比例。
如图2所示，气液混合装置1为筒状结构，该筒状结构的一端设置有至少一个发泡物质进口11，筒状结构的另一端设置有至少一个泡沫出口13，入口12与发泡物质进口11成角度设置，使得两种液体在输入混合腔的同时，还具有一定的交叉流动，使其能够产生湍流而具有好的混合效果。
优选地，发泡物质进口11设置有一个，入口12围绕发泡物质进口11设置有一个或多个，每个入口12的方向与所述发泡物质进口11的方向之间的角度为0°-90°，更优选为30°-60°。如图2所示的实施例中，入口12设置有一个；另外的实施例中，入口12可围绕发泡物质进口11设置有多个。
在发泡物质进口11、入口12和泡沫出口13各设置有一个的情况下，该筒状结构的直径D1与发泡物质进口11的直径D2之间的关系为：D1/D2＝1.1-4，优选D1/D2＝1.4～2.0；所述发泡物质入口(11)的直径D2与所述液氮入口(12)的直径D3之间的关系为：D2/D3＝4-10；所述筒状结构的直径D1与所述泡沫出口(13)的直径D4之间的关系为：D1/D4＝0.8-2，优选D1/D4＝0.8～1.2。通过控制各开口的直径符合上述关系，无需额外的控制装置即可实现前述流量关系，从而能够使得发泡更充分，从而获得的泡沫质量更高。
本领域技术人员可以理解的是，发泡物质进口11、入口12和泡沫出口13并不限于如上所述的设置，为达到更好的混合效果，可以对发泡物质进口11、入口12和泡沫出口13的设置做出各种改变或变形。
例如，在另外的实施方式中，发泡物质进口11可设置一个，入口12围绕发泡物质进口11设置有多个，且多个入口12的方向在横向上依次偏离于径向方向，使得入口12进入的液流能够旋转流动。其中，气液混合装置1的筒状结构从一端至另一端的方向为纵向，与纵向垂直的方向为所述横向。
另外，泡沫出口13也可设置多个，用于分别连接喷射管路，从而通过一个气液混合装置1，向多个方向喷射。
为更好地控制从入口12进入的液氮的流向，入口12可设置伸向该混合腔内的输入管16(如图2所示)。
此外，本实施方式中，在气液混合装置1的混合腔内设置有用于扰动液流的至少一个扰流器14。
其中，扰流器14可形成为锥形结构(如图3)、半球形结构(如图4)、平台结构(如图5)或其他不规则形状的结构。所述锥形结构的锥形顶、所述半球形结构的球形顶或者所述平台结构的平台顶面朝向发泡物质进口11。
优选地，扰流器14的横截面为圆形结构，扰流器14的直径D7与发泡物质进口11的直径D2之间的关系为：D7/D2＝1-4，优选D7/D2＝1.0～1.6。扰流器14的顶端与液氮在入口12处的流出口之间的距离L为0-100mm。在该优选方式下，混合物料能够形成湍流，从而使气液混合更充分，获得质量更高的泡沫。
扰流器14上可设置用于固定在混合腔内的安装部141。如图2中显示的锥形扰流器14，该扰流器14安装为锥形顶朝向发泡物质进口11，混合有液氮的发泡物质的液流冲向扰流器14，可打碎液流，使得流体扰动，从而液氮和发泡物质充分混合，以获得发泡均匀、性能良好的泡沫。
当然，扰流器14设置方式也不限于如上所述，例如，可设置多个扰流器，分布在混合腔内的不同位置，而且任何形式的能够对液流起到扰流作用的扰流器均可。
本实施方式中，气液混合装置1的混合腔内还设置有至少一个间隔设置的孔板或丝网等多孔结构15，每个多孔结构15上设置有多个孔；多孔结构15的孔朝向发泡物质进口11，且多孔结构15相对扰流器14的顶部远离发泡物质进口11。被扰流器14打碎的液流，从扰流器14的周围冲向多孔结构15，可通过多孔结构15进一步对液流进行扰动，使其进一步混合。
在具体应用时，发泡物质进口11可连接用于盛放发泡物质的容器，或者连接用于混合泡沫原液和水以获取发泡物质的原液混合器2；入口12可连接(例如)液氮罐，或者液氮罐车。
上述气液混合装置同样适用于气体源为化学产气物质时的方式，只是由于气体源为化学产气物质时，需要先通过产气装置使其内的化学产气物质发生化学反应来产生气体，并将气体输入至混合装置1内与发泡物质混合来产生泡沫，因此，相对于上述液氮为气体源时的混合装置，由于气体源为化学产气物质时，是气体进入泡沫混合液发泡，气量大，所以混合装置的气体入口管径大、个数相对更多(一般为3-10个)，而液氮注入发泡，是液相进入发泡，液相体积流量低，所以注气口管径小，液氮从注气口注入后才气化发泡。发泡物质进口11的直径D2与气体进口12的直径D3之间的关系为：D2/D3＝2-6。
本发明提供的泡沫产生方法可以通过图1所示的泡沫产生系统100来实施，该泡沫产生系统100包括用于能够向气液混合装置1提供即时产生的气体的产气装置3、用于提供发泡物质的发泡物质供给装置4和气液混合装置1。
所述产气装置3为即时化学产气装置，优选为叠氮化钠分解反应制气装置或硝酸铵分解反应制气装置，用于向气液混合装置1提供即时产生的气体。即时化学反应制气装置还包括气体处理装置。所述气体处理装置能对气体进行过滤净化处理，增加气液混合比例的稳定性和输出泡沫的稳定性。叠氮化钠(NaN3)分解反应制气装置能迅速发生分解反应产生大量氮气(N2)满足大流量高倍数化学反应供气的泡沫产生装置的大流量气体供给需求。硝酸铵(NH4NO3)分解反应制气装置能迅速发生分解反应产生大量一氧化二氮(N2O)满足大流量高倍数化学反应供气的泡沫产生装置的大流量气体供给需求。
产气装置3具有气体出口，发泡物质供给装置4具有发泡物质出口。气液混合装置1具有用于使气体和发泡物质混合的混合腔，该混合腔的壁面上设有进口12、发泡物质进口11和泡沫出口13。其中，进口12与该气体出口连通以便产气装置3提供的气体由进口12进入到该混合腔内，发泡物质进口11与该发泡物质出口连通以便发泡物质供给装置4提供的发泡物质由发泡物质进口11进入到该混合腔内。
根据本发明实施例的泡沫产生系统100的产气装置3内用于放置化学产气物质，该化学产气物质可以在外力作用下产生气体，其中由该化学产气物质产生的气体的体积与该产气药的体积的比值不低于40。该外力作用可以是各种无需特别工序或复杂装置才能实现的方式，包括但不限于碰撞力作用、加热、压力差、化学反应和点燃中的至少一种。
优选地，所述气液混合装置内的泡沫混合液与气体的占比为1:5～8。
由于化学产气物质产生的气体体积与该化学产气物质的体积比值较高，从而可以大大降低储存该产气药的容器的体积，即可以大大地减小产气装置3的体积，小体积的产气装置3即可代替庞大的空气压缩机或空气压缩机组。
本发明采用生产惰性气体的即时化学反应制气装置代替现有技术中大型移动式空压机和钢瓶给气液混合装置供气，有利于灭火现场布置，由于即时化学反应制气装置能够在很短的时间内产生大流量的惰性气体与大流量的泡沫混合液混合，使得化学反应供气的泡沫产生装置100在扑救大规模火灾能提供大流量高倍数的输出泡沫。上述泡沫产生系统100避开了大型空压机组供气的技术路线，也避开了液氮等液化介质通过大型气化装置进行换热气化生产大量压缩气体的路线，而是利用产气装置3实现由该化学产气物质产生气体，并利用气液混合装置1实现该气体与发泡物质供给装置4提供的发泡物质混合，以便大量地、持续地产生能够满足灭火需求的泡沫。
根据本发明实施例的泡沫产生系统100无需设置多台空压机、多个压缩气体钢瓶，就可以实现大量地、持续地产生能够满足灭火需求的泡沫。因此，根据本发明实施例的泡沫产生系统100具有结构简单、制造成本低、占用空间小、便于现场布置等优点，不仅能够应用于一般规模的火灾扑救，如建筑物火灾、地面小范围流淌火等，而且可以应用于大型储罐火灾或大规模的地面流淌火灾的扑救。
如图1-图5所示，在本发明的一些实施例中，泡沫产生系统100可以包括产气装置3、发泡物质供给装置4和气液混合装置1。
产气装置3内可以放置用于在外力作用下大量地、持续地产生气体的产气药。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，发泡物质供给装置4可以包括泡沫原液罐6、供水装置5和原液混合装置2。泡沫原液罐6具有泡沫原液出口，供水装置5的出水口。原液混合装置2具有泡沫原液进口21、进水口22和发泡物质出口。其中，泡沫原液进口21与该泡沫原液出口连通以便泡沫原液罐6提供的泡沫原液由泡沫原液进口21进入到原液混合装置2内，进水口22与该出水口连通以便供水装置5提供的水由进水口22进入到原液混合装置2内。
优选地，如图1所示，泡沫产生系统100进一步包括第一管路71、第二管路72、第三管路73、第四管路74、第一流量调节器75、第二流量调节器76、第三流量调节器77、第四流量调节器78和控制器79。
第一管路71的第一端与该泡沫原液出口相连，第一管路71的第二端与泡沫原液进口21相连。第二管路72的第一端与该出水口相连，第二管路72的第二端与进水口22相连。
第三管路73的第一端与该发泡物质出口相连，第三管路73的第二端与发泡物质进口11相连。第四管路74的第一端与该气体出口相连，第四管路74的第二端与进口12相连。
第一流量调节器75设在第一管路71上，第二流量调节器76设在第二管路72上，第三流量调节器77设在第三管路73上，第四流量调节器78设在第四管路74上。
控制器79与第一流量调节器75相连以便控制第一管路71内的泡沫原液的流量，控制器79与第二流量调节器76相连以便控制第二管路72内的水的流量，控制器79与第三流量调节器77相连以便控制第三管路73内的发泡物质的流量，控制器79与第四流量调节器78相连以便控制第四管路74内的气体的流量。由此可以获得更好的发泡效果，提高泡沫质量。
优选地，第一流量调节器75、第二流量调节器76、第三流量调节器77和第四流量调节器78中的每一个可以包括流量计和流量控制阀。该流量计和该流量控制阀中的每一个可以设在第一管路71、第二管路72、第三管路73和第四管路74中的相应的一个上。例如，第一流量调节器75的流量计和流量控制阀可以设在第一管路71上。
控制器79可以与该流量计和该流量控制阀中的每一个相连以便根据该流量计的检测值控制该流量控制阀的开度，由此可以控制管路内的流体的流量。
如图1所示，在本发明的一些示例中，泡沫产生系统100可以进一步包括泡沫输出装置8，泡沫输出装置8具有泡沫进口和泡沫喷射口，该泡沫进口与该泡沫出口连通以便气液混合装置1提供的泡沫进入到泡沫输出装置8内，该泡沫进口与该泡沫喷射口连通以便泡沫输出装置8将泡沫喷射到目标物体上。通过设置泡沫输出装置8，从而可以更加方便地、准确地将泡沫喷射到目标物体上。
在本发明的一个示例中，泡沫输出装置8可以包括具有伸缩臂的举高喷射消防车和柔性的泡沫输送管81。泡沫输送管81的第一端口为该泡沫进口，泡沫输送管81的第二端口为该泡沫喷射口，泡沫输送管81的邻近第二端口的部分设在伸缩臂上。
通过伸出该伸缩臂，从而可以使泡沫输送管81的第二端口更加邻近目标物体(例如着火点)，即可以使该泡沫喷射口更加邻近目标物体，从而可以更加有效地将泡沫喷射到目标物体上，由此可以实现精准喷射，以便减少泡沫损失量、提高灭火效率。通过使泡沫输送管81具有柔性，从而可以使泡沫输送管81更加容易地随着该伸缩臂伸出和缩回。
在本发明的另一个示例中，泡沫输出装置8可以包括消防机器人和柔性的泡沫输送管81。该消防机器人具有泡沫进口和泡沫喷射口，泡沫输送管81的第一端与该泡沫出口相连，泡沫输送管81的第二端与该泡沫进口相连。
在向目标物体喷射泡沫时，该消防机器人可以移动到目标物体附近，从而可以更加有效地将泡沫喷射到目标物体上，由此可以实现精准喷射，以便减少泡沫损失量、提高灭火效率。通过使泡沫输送管81具有柔性，从而可以使泡沫输送管81更加容易地随着该消防机器人移动。包括该泡沫输出装置8的泡沫产生系统100可以用于扑灭地面流淌火。
如图1所示，在本发明的再一个示例中，泡沫输出装置8可以包括泡沫输送管81和环形的泡沫喷射管82。泡沫喷射管82适于绕用于储存可燃物质的储罐9(例如大型的储油罐)设置，即当泡沫喷射管82处于使用状态时，泡沫喷射管82绕用于储存可燃物质的储罐9设置。换言之，泡沫喷射管82可以是圆形或椭圆形。
泡沫喷射管82上设有沿泡沫喷射管82的周向间隔开的多个该泡沫喷射口。泡沫输送管81的第一端与该泡沫出口相连，泡沫输送管81的第二端与泡沫喷射管82相连，即泡沫喷射管82的第一端可以是该泡沫进口。包括该泡沫输出装置8的泡沫产生系统100可以用于成品油油库、中型站场储罐的灭火。
优选地，第四管路74上可以设有压力调节阀，由此可以利用该压力调节阀控制输入到气液混合装置1内的气体的压力和流量，达到稳流稳压供气的目的，从而避免对泡沫发泡倍数的影响，保证了生成的泡沫质量持续满足灭火需求。也就是说，本发明采用产气装置3和该压力调节阀结合的方式，在提供足够气量实现大流量喷射的同时，也保证了气源的稳定，大大提高了灭火泡沫的质量。
产气装置3可以至少为两组，多组产气装置3并排布置，并均与该压力调节阀连通，每个产气装置3的气体出口均设有开关阀，在产气量不足时，产气装置3通过实时启动相应的开关阀提供气源。本发明采用多个产气装置3生产气体，多个产气装置3可根据火灾需要实时启动相应数量的产气装置3进行作业，进一步保证了大流量供气的需求，实现大流量持续供气；同时，在其中一个产气装置3无法正常工作时，仍可保证持续供气，设备可靠性高，设备更换方便。
本实施例中，该压力调节阀为减压阀，在气体输入至气液混合装置1前，减压阀调节气体的输出压力与流量，该压力调节阀的预设压力值一般为0.8-1.2MPa。发泡物质供给装置4可以是发泡物质储罐，气液混合装置1可以设置在该发泡物质储罐内，布局紧凑，节省空间。
气液混合装置1将发泡物质与气体进行混合，形成泡沫。在发泡物质供给装置4的发泡物质出口和产气装置3的气体出口设置有流量计，流量计测量发泡物质的流量和气体的流量，控制装置可根据流量反馈情况控制该压力调节阀，使得进入气液混合装置1内的发泡物质的流量与气体的流量的占比达到预先设定的标准。在其他实施例中，也可通过设置发泡物质供给装置4的发泡物质出口和产气装置3的气体出口的口径大小调整流量。
泡沫产生系统100还可以包括储气罐(图中未示出)，该储气罐具有进口和出口，该储气罐的进口与该气体出口连通，该储气罐的出口与进口12连通。该储气罐用于存储、稳定输送气体，能确保向气液混合装置1内注入大流量高压气体，并与发泡物质强制混合。该储气罐可以位于产气装置3与该压力调节阀之间。
优选地，产气装置3与该储气罐之间还可以设有过滤装置，以便对产气装置3产生的气体进行过滤。
本发明中，该储气罐和发泡物质供给装置4的工作压力均为0.8MPa以上优选1MPa以上更优选1-2MPa。此工作压力范围能确保气体和泡沫混合液充分强制混合。
本发明中，所述混合可以在各种能够实现混合并使发泡物质发泡功能的装置中进行。
如图2-图5所示，产气装置3提供的气体和发泡物质供给装置4提供的发泡物质可以通过气液混合装置1混合。气液混合装置1具有混合腔，该混合腔具有用于输入发泡物质的发泡物质进口11、多个用于输入气体的进口12以及用于输出泡沫的泡沫出口13，多个用于输入气体的进口12可以绕发泡物质进口11设置。其中，在该混合腔内，气体与发泡物质混合并气化，以从泡沫出口13输出用于灭火的泡沫。
用于混合发泡物质和产气装置3提供的气体的气液混合装置1与用于混合发泡物质和液化介质(例如液氮)的气液混合装置1处于进口12外，其余结构可以相同，因此不再详细地描述。
在气液混合装置1的泡沫出口13可连接长度超过40m的管道，液氮与发泡物质在气液混合装置1内混合后，使其经过长度超过40m的管道输送到喷射口，在这个管道内流动时，液氮与发泡物质也将进行充分反复混合，在喷出前，将形成稳定的性能良好的泡沫。
上述泡沫产生系统100可设置在灭火设备上，例如，灭火器、消防泡沫车或高喷车上。所述灭火设备通过所述泡沫产生系统100产生泡沫，能够产生大流量泡沫，而且占用空间小。
本发明的泡沫产生方法可以适用于各种需要产生泡沫的场合，例如灭火、隔热防护、食品生产、隔音材料生产等。具体灭火消防可以是化工企业、油库、炼厂等生产设施的灭火消防及飞机在机场跑道迫降时的跑道防护等。
本发明的泡沫产生系统100经过简单变形后也可以适用于发泡物质为泡沫原液的情况。当使用泡沫原液时，可以参照现有方法或者下述实施方式先将泡沫原液与水混合，得到泡沫混合液后再与气体混合进行发泡，也可以直接将泡沫原液、水、气体按照所需的发泡比例进行混合、发泡。显然该方式更为简便。
根据本发明的一种具体实施方式，将该泡沫产生方法用于灭火消防时，发泡方式如图2所示，发泡物质入口11连接原液混合器2，原液混合器2具有用于输入泡沫原液的原液入口21和用于输入水的水入口22，泡沫原液和水分别从原液入口21和水入口22进入到原液混合器2中混合可获得发泡物质，然后发泡物质从发泡物质入口11进入到气液混合装置1内。为获得合适浓度的泡沫混合液，需控制泡沫原液和水向原液混合器2的输送流量，这也可以在原液入口21和水入口22设置流量计和控制阀等控制。
本实施方式中，优选地，原液混合器2的水入口22的直径D6与原液入口21的直径D5之间的关系为：D6＝(8-14)D5；水入口22的直径D6与发泡物质入口11的直径D2之间的关系为：D6＝(1.0-1.4)D2。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，除非另有说明，各原料均为市售品。
制备例1
将含水量为20重量％的硝化棉(含氮量为12重量％)在离心机中脱水，使其含水量不大于0.15重量％。
将100重量份上述脱水的硝化棉、2重量份二苯胺、50重量份硝基胍和7重量份三氧化二铁溶解在100重量份乙醚和100重量份乙醇的混合溶剂中中，然后在捏合机中在20℃下混合塑化60分钟。
将上述混合物制成圆柱形，在30℃下烘干8小时，得到15kg重的药剂柱，记为化学产气药A1，密度为1.2g/cm3，n为600，产气速率是125L/s/kg，持续产气时间是1min。产气速率的测试方法：将500g药剂放在1m3的箱体内，启动药剂，开始反应，在反应结束后，记录反应持续时间，测试箱体内压力，进而计算产生的气体体积。
制备例2
在70℃，将叠氮化钠、硝酸钠、硫化亚铁在烘箱中烘干2小时，使其水分含量不大于0.15％。
将烘干的叠氮化钠与三氧化二铝、三硅酸镁按重量比为58:0.2:0.2的比例混合后放入球磨机磨细至混合物的平均粒度为15微米。
将烘干的硝酸钠与三氧化二铝、三硅酸镁按重量比为3:0.2:0.2的比例混合后放入球磨机磨细至混合物的平均粒度为15微米。
将硫化亚铁放入球磨机中磨细至平均粒度为15微米。
将以上球磨获得的硫化亚铁、叠氮化钠的混合物、硝酸钠的混合物按重量比为38:58:4的比例混合装入球磨机研磨。球磨时间为1小时，磨细至平均粒度为10微米。然后，在70℃的烘箱中烘干至含水量不大于0.2％。
将烘干后的混合药中加入少量酒精，将药粉湿混成团，并放入造粒机造粒。
将造好粒的药粉，在温度为70℃的烘箱中烘干至含水量不大于0.2％。
药粒烘干后，制成圆柱形，在30℃下烘干8小时，得到18kg重的药剂柱，记为化学产气药A2，密度为1.3g/cm3，n为800，产气速率是185L/s/kg，持续产气时间是1min。产气速率的测试方法同制备例1。
实施例1
采用图2所示的混合装置进行混合产生泡沫，其中混合装置具有用于使液氮和泡沫混合液混合的混合腔，该混合腔的壁面上设有1个泡沫混合液进口、1个液氮进口和1个泡沫出口，泡沫出口和泡沫混合液进口分别位于筒状结构的两端。泡沫混合液进口的直径D2与气体进口的直径D3之间的关系为：D2/D3＝8，筒状结构的直径D1与泡沫原液进口21的直径D2之间的关系为：D1/D2＝1.4，筒状结构的直径D1与泡沫出口的直径D4之间的关系为：D1/D4＝1.2，混合腔内设置有扰流器，所述扰流器形成为图3所示的圆锥形结构，所述圆锥形结构的锥形顶朝向所述发泡物质进口，所述扰流器的横截面为圆形结构，所述扰流器的直径D7与所述发泡物质进口的直径D2之间的关系为：D7/D2＝1.2，扰流器的顶端与液氮在入口处的流出口之间的距离L为10mm。液氮储罐和泡沫混合液罐各自通过管道与气液混合装置连通，所述液氮管道入口的方向与泡沫混合液入口的方向之间的角度为10°。
以2m3泡沫混合液储罐内储存1.5m3泡沫混合液(购自江苏江亚公司的3％型水成膜泡沫液产品)为例，输液管管径为DN25，泡沫混合液储罐罐内工作压力1.2MPa，液氮罐内工作压力为2MPa。
针对4.52m3的国标标准油盘火，根据《泡沫灭火系统设计规范》(GB50151-2010)，所需提供的泡沫混合液流量V＝11.4L/min。根据公式L＝mV/nf确定液氮的流量，其中设定发泡倍数m＝7，n＝710，f＝1.01，由此确定液氮的流量为0.11L/min，将液氮和泡沫混合液以上述流量送入图2所示的混合装置中进行混合产生泡沫，泡沫从混合装置的泡沫出口喷射出并输送至灭火区域进行灭火，结果成功扑灭4.52m3的国标标准油盘火，灭火时间仅需100s，远高于同类泡沫，采用液氮代替空压机后实现了压缩空气泡沫灭火装置的大流量喷射。采用《泡沫灭火剂标准》(GB15308-2006)记载的方法测得实际的泡沫发泡倍数是7.1，25％析液时间是3min。
实施例2
采用图2所示的混合装置进行混合产生泡沫，其中混合装置具有用于使液氮和泡沫混合液混合的混合腔，该混合腔的壁面上设有1个泡沫混合液进口、1个液氮进口和1个泡沫出口，泡沫出口和泡沫混合液进口分别位于筒状结构的两端。泡沫混合液进口的直径D2与气体进口的直径D3之间的关系为：D2/D3＝10，筒状结构的直径D1与泡沫原液进口21的直径D2之间的关系为：D1/D2＝2，筒状结构的直径D1与泡沫出口的直径D4之间的关系为：D1/D4＝1.2，混合腔内设置有扰流器，所述扰流器形成为图4所示的半球形结构，所述半球形结构的球形顶朝向所述发泡物质进口，所述扰流器的横截面为圆形结构，所述扰流器的直径D7与所述发泡物质进口的直径D2之间的关系为：D7/D2＝1.6，扰流器的顶端与液氮在入口处的流出口之间的距离L为30mm。液氮储罐和泡沫混合液罐各自通过管道与气液混合装置连通，所述液氮管道入口的方向与泡沫混合液入口的方向之间的角度为30°。
以20m3泡沫混合液储罐内储存15m3泡沫混合液(与实施例1相同)为例，输液管管径为DN150，泡沫混合液储罐内的工作压力0.8MPa，液氮罐内的工作压力为1.5MPa。
针对450m2的5000立方米油罐火灾，根据《泡沫灭火系统设计规范》(GB50151-2010)，所需提供的泡沫混合液流量V＝3000L/min。根据公式L＝mV/nf确定液氮的流量，其中设定发泡倍数m＝8，n＝710，f＝1.17，由此确定液氮的流量为28.9L/min，将液氮和泡沫混合液以上述流量送入图2所示的混合装置中进行混合产生泡沫，泡沫从混合装置的泡沫出口喷射出后经过泡沫输出装置输送至灭火区域进行灭火，结果成功扑灭450㎡的5000立方米油罐火灾仅需25s，实现了压缩空气泡沫灭火装置的大流量喷射，灭火时间远比现有消防设备的灭火时间短。采用与实施例1相同的方法确定泡沫发泡倍数是7.2，测得25％析液时间是3min。
实施例3
按照实施例2的方法进行产生泡沫和灭火，不同的是，液氮的流量为22L/min。结果灭火时间延长为55s。
实施例4
按照实施例2的方法进行产生泡沫和灭火，不同的是，泡沫混合液进口的直径D2与气体进口的直径D3之间的关系为：D2/D3＝3。结果灭火时间延长为95s。采用与实施例1相同的方法测得实际泡沫发泡倍数是4.2，25％析液时间是1.5min。
实施例5
按照实施例2的方法进行产生泡沫和灭火，不同的是，扰流器14的顶端与液氮在入口12处的流出口之间的距离L为150mm。结果灭火时间延长为75s。采用与实施例1相同的方法测得实际的泡沫发泡倍数是4.9，25％析液时间是2.0min。
实施例6
消防车包括一台25m3的液氮储罐车和一台高喷车，高喷车配置有混合装置(与实施例1相同)和提供泡沫原液(抗溶水成膜泡沫液AFFF/AR-3％)的泡沫运输车，高喷车的喷射管管径取DN120，配置一台150L/s(1.0MPa)的消防泵。通过固定式消防水管网向消防车供水。
将液氮、泡沫原液与水分别以189L/min、270L/min和8730L/min送入混合装置中进行混合产生泡沫，泡沫从混合装置的泡沫出口喷射出，泡沫的流量9000L/min，喷射距离40m，举高高度30m。采用与实施例1相同的方法测得25％析液时间是3min。
实施例7
以液态二氧化碳为气体源，设定发泡倍数为7，泡沫混合液流量为150L/s。液态二氧化碳喷射方向与泡沫混合液的流动方向相对，在泡沫产生装置中，液体二氧化碳与泡沫混合液相向喷射。
调整液态二氧化碳的流量为1.85L/s。在液态二氧化碳喷出的瞬间，液态二氧化碳被高速的泡沫混合液流撞击，迅速气化、分散，并与泡沫混合液剧烈混合，通过一定长度的泡沫输送管线，产生均匀、细腻的泡沫。
实施例8
针对450m2的5000立方米油罐火灾，根据《泡沫灭火系统设计规范》(GB50151-2010)，所需提供的泡沫混合液流量不应低于3000L/min，供气持续时间不低于2min。根据公式M＝ρf(m+2)V/1000n计算得到需要配置A1药剂柱8台，产气速率至少为27000L/min，其中f＝1.4，设定的发泡倍数m＝8。
采用图1所示的泡沫产生系统，包括8台化学反应制气装置(各自内装1个产气药柱A1)及气体汇流管、1台20m3泡沫原液罐(其内储存有15m3购自江苏江亚公司的3％水成膜泡沫液，工作压力为0.8MPa)、1个消防水泵和1台气液混合装置，气液混合装置的泡沫输出管管径为DN150。8台化学反应制气装置的汇流管具有3个气体出口，泡沫原液储罐具有泡沫原液出口。气液混合装置如图2所示，具有用于使气体和泡沫原液以及水混合的筒状结构混合腔，该混合腔的壁面上设有1个泡沫原液进口、围绕泡沫原液进口设置的3个气体进口(每个气体进口的方向与发泡物质进口的方向之间的角度为40°)、1个进水口和1个泡沫出口，泡沫出口和泡沫原液进口分别位于筒状结构的两端。发泡物质进口的直径D2与每个气体进口的直径D3之间的关系为：D2/D3＝3.5，筒状结构的直径D1与泡沫原液进口的直径D2之间的关系为：D1/D2＝1.6，筒状结构的直径D1与泡沫出口的直径D4之间的关系为：D1＝D4。混合腔内设置有扰流器，所述扰流器形成为图3所示的锥形结构，所述锥形结构的锥形顶朝向所述发泡物质进口，所述扰流器的横截面为圆形结构，所述扰流器的直径D7与所述发泡物质进口的直径D2之间的关系为：D7/D2＝1.3，扰流器的顶端与气体在入口处的流出口之间的距离L为10mm。其中，各台化学反应制气装置的气体出口与混合腔的气体进口连通，泡沫原液罐的泡沫原液出口与混合腔的泡沫原液进口连通，水由消防水栓提供。化学反应制气装置和泡沫原液罐各自通过管道与气液混合装置连通，管道的长度使得化学反应制气装置产生的气体20秒内进入气液混合装置。
通过电击打火方式启动化学反应制气装置，使其产生气体。将产生的气体与90L/min的泡沫原液以及2910L/min的消防水送入混合装置中进行混合产生泡沫，泡沫从混合装置的泡沫出口喷射出。采用《泡沫灭火剂标准》(GB15308-2006)记载的方法测得实际泡沫发泡倍数是7.1，泡沫的25％析液时间是3min。
将该泡沫经过泡沫输出装置输送至灭火区域进行灭火，结果成功扑灭450m2的5000立方米油罐火灾仅需25s，实现了压缩空气泡沫灭火装置的大流量喷射。
实施例9
针对450m2的5000立方米油罐火灾，根据《泡沫灭火系统设计规范》(GB50151-2010)，所需提供的泡沫混合液流量不应低于3000L/min，供气持续时间不低于2min。根据公式M＝ρf(m+2)V/1000n计算得到需要配置A2药剂柱6台，产气速率至少为27000L/min，其中f＝1.4，设定的发泡倍数m＝8。
采用图1所示的泡沫产生系统，包括6台化学反应制气装置(各自内装1个产气药柱A2)及气体汇流管、1台20m3泡沫原液罐(其内储存有15m3的抗溶水成膜泡沫液AFFF/AR-3％，工作压力为1MPa)、1个消防水泵和1台气液混合装置，气液混合装置的泡沫输出管管径为DN150。6台化学反应制气装置的气体汇流管具有3个气体出口，泡沫原液储罐具有泡沫原液出口。气液混合装置如图2所示，具有用于使气体和泡沫原液以及水混合的混合腔，该混合腔的壁面上设有1个泡沫原液进口、围绕泡沫原液进口设置的3个气体进口(每个气体进口的方向与发泡物质进口的方向之间的角度为30°)、1个进水口和1个泡沫出口，泡沫出口和泡沫原液进口分别位于筒状结构的两端。发泡物质进口的直径D2与每个气体进口的直径D3之间的关系为：D2/D3＝2，筒状结构的直径D1与泡沫原液进口的直径D2之间的关系为：D1/D2＝1.4，筒状结构的直径D1与泡沫出口的直径D4之间的关系为：D1/D4＝1.2，混合腔内设置有扰流器，所述扰流器形成为图4所示的半球形结构，所述半球形结构的球形顶朝向所述发泡物质进口，所述扰流器的横截面为圆形结构，所述扰流器的直径D7与所述发泡物质进口的直径D2之间的关系为：D7/D2＝1.2，扰流器的顶端与气体在入口处的流出口之间的距离L为20mm。其中，化学反应制气装置气体汇流管的气体出口与混合腔的气体进口连通，泡沫原液罐的泡沫原液出口与混合腔的泡沫原液进口连通，水由消防水栓提供。化学反应制气装置和泡沫原液罐各自通过管道与气液混合装置连通，管道的长度使得化学反应制气装置产生的气体30秒内进入气液混合装置。
通过电击打火方式启动化学反应制气装置，使其产生气体。将产生的气体与90L/min的泡沫原液以及2910L/min的消防水送入混合装置中进行混合产生泡沫，泡沫从混合装置的泡沫出口喷射出。采用《泡沫灭火剂标准》(GB15308-2006)记载的方法测得实际的泡沫发泡倍数是7.1，泡沫的25％析液时间是3min。
将该泡沫经过泡沫输出装置输送至灭火区域进行灭火，结果成功扑灭450m2的5000立方米油罐火灾仅需25s，实现了压缩空气泡沫灭火装置的大流量喷射。
实施例10
按照实施例9的方式产生泡沫和采用该泡沫进行灭火，不同的是，发泡物质进口的直径D2与每个气体进口的直径D3之间的关系为：D2/D3＝7。结果成功扑灭450m2的5000立方米油罐火灾需95s。
实施例11
将与实施例9类似的泡沫产生系统用于油库5万立方米储罐发生全面积流淌火扑救，储罐直径60m，面积是2826㎡，不同的是，配置2套泡沫灭火装置，每套装置包括一台专车(包括即时化学反应制气装置(内装产气药A2)和储气装置)和一台高喷车(包括气液混合装置和泡沫输出装置)，每台高喷车配置一台泡沫运输车提供泡沫液，并通过固定式消防水管网向消防车供水。在实施灭火时，2台高喷车在着火储罐的上风向占位，喷出的泡沫从上风向射入罐内，完成灭火。
即时化学反应制气装置的进出口管径取DN40，产气能力不低于4500Nm；高喷车的喷射管管径取DN150；配置一台150L/s(1.0MPa)的消防泵，可实现泡沫混合液流量9000L/min，喷射距离40m，举高高度30m，实现泡沫混合液的稳压喷射。结果全面积灭火仅需2min。
实施例12
针对450m2的5000立方米油罐火灾，根据《泡沫灭火系统设计规范》(GB50151-2010)，所需提供的泡沫混合液流量不应低于3000L/min，供气持续时间不低于2min。根据公式M＝ρf(m+2)V/1000n计算得到需要配置A2药剂柱6台，产气速率至少为27000L/min，其中f＝1.4，设定的发泡倍数m＝8。
采用图1所示的泡沫产生系统，包括6台化学反应制气装置(各自内装1个产气药柱A2)及气体汇流管、1台20m3泡沫混合液罐(泡沫混合液的来源与实施例1相同，工作压力为1MPa)和1台气液混合装置，气液混合装置的泡沫输出管管径为DN150。6台化学反应制气装置的气体汇流管具有3个气体出口，泡沫混合液储罐具有泡沫混合液出口。气液混合装置如图2所示，具有用于使气体和泡沫混合液混合的混合腔，该混合腔的壁面上设有1个泡沫混合液进口、围绕泡沫混合液进口设置的3个气体进口(每个气体进口的方向与发泡物质进口的方向之间的角度为30°)和1个泡沫出口，泡沫出口和泡沫混合液进口分别位于筒状结构的两端。发泡物质进口的直径D2与每个气体进口的直径D3之间的关系为：D2/D3＝2，筒状结构的直径D1与泡沫混合液进口的直径D2之间的关系为：D1/D2＝1.4，筒状结构的直径D1与泡沫出口的直径D4之间的关系为：D1/D4＝1.2，混合腔内设置有扰流器，所述扰流器形成为图4所示的半球形结构，所述半球形结构的球形顶朝向所述发泡物质进口，所述扰流器的横截面为圆形结构，所述扰流器的直径D7与所述发泡物质进口的直径D2之间的关系为：D7/D2＝1.2，扰流器的顶端与气体在入口处的流出口之间的距离L为20mm。其中，各台化学反应制气装置的气体出口与混合腔的气体进口连通，泡沫混合液罐的泡沫混合液出口与混合腔的泡沫混合液进口连通。化学反应制气装置和泡沫混合液罐各自通过管道与气液混合装置连通，管道的长度使得化学反应制气装置产生的气体30秒内进入气液混合装置。
通过电击打火方式启动化学反应制气装置，使其产生气体。将反应形成的气体和3000L/min的泡沫混合液以上述流量送入图2所示的混合装置中进行混合产生泡沫，泡沫从混合装置的泡沫出口喷射出。采用《泡沫灭火剂标准》(GB15308-2006)记载的方法测得实际的泡沫发泡倍数是7.1，泡沫的25％析液时间是3min。
将该泡沫经过泡沫输出装置输送至灭火区域进行灭火，结果成功扑灭450m2的5000立方米油罐火灾仅需25s，实现了压缩气体泡沫灭火装置的大流量喷射。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种泡沫产生方法，该方法包括将气体与发泡物质混合从而使发泡物质产生泡沫，其特征在于，至少部分所述气体由气体源即时产生；
其中，所述发泡物质为泡沫混合液；
所述气体源为叠氮化钠、硝酸铵、硝化纤维素、黑索今类产气药和硝基胍类产气药中的至少一种；
当气体源为化学产气物质时，该化学产气物质的用量由化学产气物质的产气量以及发泡倍数来确定，所述化学产气物质的用量根据下述公式计算得到：
M＝ρf(m+2)V/1000n
其中，M是单位时间所需化学产气物质的质量，单位为kg/min，ρ是化学产气物质的密度，单位为kg/m3，f是修正系数，取值在1-1.4范围内，m是设定的发泡倍数，取值在5-200范围内，V是泡沫混合液的体积流量，单位为L/min，n是该化学产气物质能够产生的气体体积与所述化学产气物质本身的体积的比值，取值在100-800之间。
2.根据权利要求1所述的泡沫产生方法，其中，M＝ρf(m+2)V/1000n中的m取值在5-20范围内。
3.根据权利要求1所述的泡沫产生方法，其中，M＝ρf(m+2)V/1000n中的m取值在6-8范围内。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的泡沫产生方法，其中，所述混合的条件包括混合温度为-30℃至60℃。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的泡沫产生方法，其中，所述混合的条件包括混合温度为-10℃至40℃。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的泡沫产生方法，其中，所述混合的条件包括混合温度为0-40℃。
7.权利要求1-6中任意一项所述的泡沫产生方法在灭火中的应用。
8.一种灭火方法，该方法使用权利要求1-6中任意一项所述的泡沫产生方法产生泡沫，然后将所述泡沫输出进行灭火。
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