CN110261157A - 一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统 - Google Patents

一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统，包括模拟封闭舱、火源振动摇摆系统、火源发生系统、介质雾化系统、空气温度控制系统、空气浓度控制系统及压力控制系统。本发明公开的实验系统可针对航行中的船舶舱室发生油料火灾的情况，研究不同的灭火介质对油池火的作用性能，通过对舱内温度、空气浓度、压力、振动等特性的模拟调节，获得温度特性及烟气特性的测试结果，进而获得优选的船舶灭火方案。

Description

一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统
技术领域
本发明涉及船舶火灾的模拟技术，具体涉及一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统。
背景技术
船舶火灾严重威胁船舶航运安全，是国际公认的威胁船舶安全的三大因素之一。目前，对船舶火灾研究的主要形式是基于标况下一般陆地建筑受限空间内的油料火灾发生情况进行的，但航行中的船舶有以下特点：
1、船舶动力舱内含有大量高压容器；
2、不同的功能舱室具有不同的环境温度；
3、通风不良的舱室具有不同的初始氧气浓度；
4、航行中的船舶具有振动摇摆特性。
上述所列特点均将影响火灾的演变特性，其中，不同舱内压力、不同初始温度、不同初始氧气浓度可改变火源燃烧的空燃比、燃烧效率和燃烧状态，而船舶振动摇摆的状态则对火焰的周期振荡频率、火焰长度等方面将产生影响。
高压细水雾灭火及封舱灭火是船用的主要灭火措施。其中，高压细水雾对一般固体、气体火灾具有良好的抑制效果，但当火源为油料时，其对火焰反而具有一定的强化作用。封舱灭火使舱室由复杂通风状态变为密闭状态，随着空间内氧气浓度的降低，火情能够得到有效控制。但封舱会导致火灾中产生的高温烟气始终聚集于舱内，无法及时排出，影响对舱内火灾进行人为干预及避免火焰游离、回燃现象发生的及时性。因此，通过实验系统模拟来寻找雾化介质抑制油料火灾及降低密闭空间内烟气浓度的最优策略，对船舶火灾的消防控制具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统及方法，充分考虑船舶航行过程中发生火灾的舱室内不同的环境压力、温度、空气浓度及船舶的摇摆和振动等因素的影响，全面监控船舶在航行条件下的火灾发生情况。
本发明的技术方案为：一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统，包括模拟封闭舱、火源振动摇摆系统、火源发生系统、介质雾化系统、空气温度控制系统、空气浓度控制系统及压力控制系统；
所述火源振动摇摆系统包括设在模拟封闭舱底部的六自由度摇摆台，火源发生系统设在模拟封闭舱内的底面上，具体包括油盘和电子打火装置，在油盘内装有燃油，燃油为碳氢类燃料；
所述介质雾化系统包括依次连接的高压气体发生器、介质储存罐及设在模拟封闭舱内顶部中间位置的雾化喷嘴阵列，在介质储存罐与雾化喷嘴阵列间的连接管路上设有流量调节阀四；
所述空气温度控制系统包括依次连接的空气压缩机、换热器和加热器，加热器的出口管路通入模拟封闭舱中，在加热器与模拟封闭舱间的连接管路上设有流量调节阀一，在换热器上设有冷冻水进管和冷冻水出管，在冷冻水进管上设有冷冻水流量调节阀；
所述空气浓度控制系统包括氮气瓶和设在氮气瓶出气管上的流量调节阀二，氮气瓶的出气管端与空气压缩机连通换热器的管道相连通；
所述压力控制系统包括设在模拟封闭仓上的舱室出气管和设在舱室出气管上的流量调节阀三；
在模拟封闭舱内且位于油盘周围设有温度传感器一、温度传感器二、温度传感器三和烟气分析仪。
进一步地，所述模拟封闭舱由6 mm厚的钢板制成且长1.5 m、宽1.5 m、高1 m。
进一步地，系统内的所有电力元件均由控制柜操控。
进一步地，所述雾化喷嘴阵列包括两个纵向连接板和设在其底部的数个横向喷嘴支架，在两个纵向连接板的相对侧面上对应的位置分别设有一条沿模拟封闭舱宽度方向延伸的活动轨道，所述横向喷嘴支架的两端与对应一侧的活动轨道活动连接，所述横向喷嘴支架可在模拟封闭舱内沿其宽度方向水平移动，进而可调节不同横向喷嘴支架之间的间距，在横向喷嘴支架上沿其长度方向等距离设有数个纵向贯穿其上下表面的喷嘴安装孔，在雾化喷嘴的连接端设有可适配贯穿喷嘴安装孔的连接螺栓，连接螺栓从下至上穿过喷嘴安装孔后以螺母固定，螺母的内径大于喷嘴安装孔的孔径，通过调节连接螺栓伸出喷嘴安装孔顶部的高度可调节雾化喷嘴的喷射高度，雾化喷嘴与介质储存罐的出口管路连通。
进一步地，所述高压气体发生器为空气压缩机或高压气瓶。
进一步地，所述介质储存罐中储存的为无毒绝热的介质，具体包括纳米氧化镁粉末、氯化钠水溶液、氯化钾水溶液和氯化钙水溶液。
该系统的具体操作方法为：
（1）空气经空气压缩机压缩后，跟氮气瓶输出的氮气进行混合成为混合气体，混合气体的浓度可以通过流量调节阀一和流量调节阀二进行调节和控制，之后根据实验所需混合气体的温度相应启闭换热器或加热器；混合气体温度达标，换热器和加热器均不工作；混合气体温度过高，仅换热器工作，通过冷冻水流量调节阀调控冷冻水进量来控制混合气体被冷却的温度；混合气体温度过低时，仅加热器工作，使混合气体进入加热器进行加热；温度达标后的混合气体最后进入模拟封闭舱，混合气体进入模拟封闭舱以后通过流量调节阀三调节舱内气体的压力；
（2）高压气体发生器将高压气体通入介质储存罐中，介质储存罐中的介质在高压气体的作用下通过流量调节阀四及雾化喷嘴喷入舱室内；
（3）火源发生系统安置于模拟封闭舱底面上，六自由度摇摆台可以实现不同的振动频率及不同角度的摇摆及偏转；
（4）雾化喷嘴阵列通过横向喷嘴支架在纵向连接板上的移动和雾化喷嘴高度的调节实现喷雾喷洒高度和喷洒范围的调节；
（5）当设计工况实现后，点燃火源发生系统，通过油盘周围的温度传感器及烟气分析仪反馈的数据获得密闭船舱内油料着火在介质作用下的烟气特性。
本发明的有益效果为：
本发明公开的实验系统可针对航行中的船舶在舱室发生油料火灾的情况，研究不同的灭火介质对油池火的作用性能，通过对舱内温度、空气浓度、压力、振动等特性的模拟调节，获得温度特性及烟气特性的测试结果，进而获得优选的船舶灭火方案。
附图说明
图1为本发明公开的一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统的结构示意图；
其中，1、空气压缩机，2、换热器，3、加热器，4、氮气瓶，5、高压气体发生器，6、介质储存罐，7、雾化喷嘴阵列，8、油盘，9、六自由度摇摆台，10、流量调节阀三，11、控制柜，12、冷冻水进管，13、冷冻水出管， 101、冷冻水流量调节阀，102、流量调节阀一，103、流量调节阀二，104、流量调节阀四，105、温度传感器一，106、温度传感器二，107、温度传感器三；
71-纵向连接板，72-横向喷嘴支架，73-连接螺栓，74-螺母。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统，包括模拟封闭舱、火源振动摇摆系统、火源发生系统、介质雾化系统、空气温度控制系统、空气浓度控制系统及压力控制系统；
所述模拟封闭舱由6 mm厚的钢板制成且长1.5m、宽1.5m、高1m。
所述火源振动摇摆系统包括设在模拟封闭舱底部的六自由度摇摆台9，火源发生系统设在模拟封闭舱内，具体包括油盘8和电子打火装置，油盘8尺寸可调节且具体形状不限，可为圆形油池、矩形油池或其他形状的油池，在油盘8内装有燃油，燃油为碳氢类燃料，如正庚烷燃料、柴油等，在实际操作时预先在油盘中填装好燃油后再将油盘放至模拟封闭舱中，利用电子打火装置进行点燃操作；
所述介质雾化系统包括依次连接的高压气体发生器5、介质储存罐6及设在模拟封闭舱内顶部中间位置的雾化喷嘴阵列7，在介质储存罐6与雾化喷嘴阵列7间的连接管路上设有流量调节阀四104；所述高压气体发生器5为空气压缩机或高压气瓶；所述介质储存罐6中储存的为无毒绝热的介质，由于该系统可实现固态粉末材料雾化灭火，也可实现液态材料雾化灭火，所以介质储存罐6中储存的介质具体可以是固态的纳米氧化镁粉末，也可以是液态的氯化钠水溶液、氯化钾水溶液或氯化钙水溶液等，利用液态材料雾化灭火时，通过在液态介质中添加各类添加剂，打破了传统细水雾灭火系统在船舶上使用的局限，提高了细水雾灭火的普适性。
所述雾化喷嘴阵列7包括与模拟封闭舱顶部固定连接的两个纵向连接板71和设在其底部的数个横向喷嘴支架72，在两个纵向连接板71的相对侧面上对应的位置分别设有一条沿模拟封闭舱宽度方向延伸的活动轨道，所述横向喷嘴支架72的两端与对应一侧的活动轨道活动连接，所述横向喷嘴支架72可在模拟封闭舱内沿其宽度方向水平移动，进而可调节不同横向喷嘴支架72之间的间距，介质雾化后的喷洒覆盖面即会相应改变，在横向喷嘴支架72上沿其长度方向等距离设有数个纵向贯穿其上下表面的喷嘴安装孔，在雾化喷嘴上设有可适配贯穿喷嘴安装孔的连接螺栓73，连接螺栓73从下至上穿过喷嘴安装孔后以螺母74固定，螺母74的内径大于喷嘴安装孔的孔径，通过调节连接螺栓73伸出喷嘴安装孔顶部的高度可调节雾化喷嘴的喷射高度，雾化喷嘴与介质储存罐6的出口管路连通。
所述空气温度控制系统包括依次连接的空气压缩机1、换热器2和加热器3，加热器3的出口管路通入模拟封闭舱中，在加热器3与模拟封闭舱的连接管路上设有流量调节阀一102，在换热器2上设有冷冻水进管12和冷冻水出管13，在冷冻水进管12上设有冷冻水流量调节阀101；
所述空气浓度控制系统包括氮气瓶4和设在氮气瓶4出气管上的流量调节阀二103，氮气瓶4的出气管端与空气压缩机1连通换热器2的管道相连通；
所述压力控制系统包括设在模拟封闭仓上的舱室出气管和设在舱室出气管上的流量调节阀三10；
在模拟封闭舱内且位于油盘8周围设有温度传感器一105、温度传感器二106、温度传感器三107和烟气分析仪。
系统内的所有电力元件均由控制柜11操控。
该系统的具体操作方法为：
（1）空气经空气压缩机1压缩后，跟氮气瓶4输出的氮气进行混合成为混合气体，混合气体的浓度可以通过流量调节阀一102和流量调节阀二103进行调节和控制，混合气体虽需经过换热器2和加热器3后通入模拟封闭舱，但是换热器2和加热器3并不一定都处于工作状态，两者的开启和闭合是根据实验所需气体温度进行调节的，如混合气体温度本身已达到实验要求，则换热器2和加热器3均处于不工作的状态，混合气体直接通过两个设备后进入模拟封闭舱；混合气体温度过高时，仅换热器2工作，通过冷冻水流量调节阀101调控冷冻水进量来控制混合气体被冷却的温度；混合气体温度过低时，仅加热器3工作，使混合气体在进入加热器3后进行加热；温度达标后的混合气体最后进入模拟封闭舱，混合气体进入模拟封闭舱以后通过流量调节阀三10调节舱内气体的压力；
（2）高压气体发生器5将高压气体通入介质储存罐6中，介质储存罐6中的介质在高压气体的作用下通过流量调节阀四104及雾化喷嘴喷入舱室内；
（3）火源发生系统安置于模拟封闭舱底面上，六自由度摇摆台9可以实现不同的振动频率及不同角度的摇摆及偏转；
（4）雾化喷嘴阵列7通过横向喷嘴支架72在纵向连接板71上的移动和雾化喷嘴高度的调节实现喷雾喷洒高度和喷洒范围的调节；
（5）当设计工况实现后，点燃火源发生系统，通过油盘8周围的温度传感器及烟气分析仪108反馈的数据获得密闭船舱内油料着火在介质作用下的烟气特性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (7)

1.一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统，其特征在于，包括模拟封闭舱、火源振动摇摆系统、火源发生系统、介质雾化系统、空气温度控制系统、空气浓度控制系统及压力控制系统；
所述火源振动摇摆系统包括设在模拟封闭舱底部的六自由度摇摆台（9），火源发生系统设在模拟封闭舱内的底面上，具体包括油盘（8）和电子打火装置，在油盘（8）内装有燃油；
所述介质雾化系统包括依次连接的高压气体发生器（5）、介质储存罐（6）及设在模拟封闭舱内顶部中间位置的雾化喷嘴阵列（7），在介质储存罐（6）与雾化喷嘴阵列（7）间的连接管路上设有流量调节阀四（104）；
所述空气温度控制系统包括依次连接的空气压缩机（1）、换热器（2）和加热器（3），加热器（3）的出口管路通入模拟封闭舱中，在加热器（3）与模拟封闭舱的连接管路上设有流量调节阀一（102），在换热器（2）上设有冷冻水进管（12）和冷冻水出管（13），在冷冻水进管（12）上设有冷冻水流量调节阀（101）；
所述空气浓度控制系统包括氮气瓶（4）和设在氮气瓶（4）出气管上的流量调节阀二（103），氮气瓶（4）的出气管端与空气压缩机（1）连通换热器（2）的管道相连通；
所述压力控制系统包括设在模拟封闭仓上的舱室出气管和设在舱室出气管上的流量调节阀三（10）；
在模拟封闭舱内且位于油盘（8）周围设有温度传感器一（105）、温度传感器二（106）、温度传感器三（107）和烟气分析仪。
2.如权利要求1所述的一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统，其特征在于，所述雾化喷嘴阵列（7）包括与模拟封闭舱顶部固定连接的两个纵向连接板（71）和设在其底部的数个横向喷嘴支架（72），在两个纵向连接板（71）的相对侧面上对应的位置分别设有一条沿模拟封闭舱宽度方向延伸的活动轨道，所述横向喷嘴支架（72）的两端与对应一侧的活动轨道活动连接，所述横向喷嘴支架（72）可在模拟封闭舱内沿其宽度方向水平移动，在横向喷嘴支架（72）上沿其长度方向等距离设有数个纵向贯穿其上下表面的喷嘴安装孔，在雾化喷嘴上设有可适配贯穿喷嘴安装孔的连接螺栓（73），连接螺栓（73）从下至上穿过喷嘴安装孔后以螺母（74）固定，螺母（74）的内径大于喷嘴安装孔的孔径，通过调节连接螺栓（73）伸出喷嘴安装孔顶部的高度可调节雾化喷嘴的喷射高度，每个雾化喷嘴均与介质储存罐（6）的出口管路连通。
3.如权利要求1所述的一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统，其特征在于，所述高压气体发生器（5）为空气压缩机或高压气瓶。
4.如权利要求1所述的一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统，其特征在于，系统内的所有电力元件均由控制柜（11）操控。
5.如权利要求1所述的一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统，其特征在于，所述介质储存罐（6）中储存的为无毒绝热的介质，具体包括纳米氧化镁粉末、氯化钠水溶液、氯化钾水溶液和氯化钙水溶液。
6. 如权利要求1所述的一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统，其特征在于，所述模拟封闭舱由6 mm厚的钢板制成且长1.5 m、宽1.5 m、高1 m。
7.如权利要求1-6中任一项所述的一种模拟船舶油料火灾的封闭舱内介质雾化实验系统的实验方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）空气经空气压缩机压缩后，跟氮气瓶输出的氮气进行混合成为混合气体，混合气体的浓度可以通过流量调节阀一和流量调节阀二进行调节和控制，之后根据实验所需混合气体的温度相应启闭换热器或加热器；混合气体温度达标，换热器和加热器均不工作；混合气体温度过高，仅换热器工作，通过冷冻水流量调节阀调控冷冻水进量来控制混合气体被冷却的温度；混合气体温度过低时，仅加热器工作，使混合气体进入加热器进行加热；温度达标后的混合气体最后进入模拟封闭舱，混合气体进入模拟封闭舱以后通过流量调节阀三调节舱内气体的压力；
（2）高压气体发生器将高压气体通入介质储存罐中，介质储存罐中的介质在高压气体的作用下通过流量调节阀四及雾化喷嘴喷入舱室内；
（3）火源发生系统安置于模拟封闭舱底面上，六自由度摇摆台可以实现不同的振动频率及不同角度的摇摆及偏转；
（4）雾化喷嘴阵列通过横向喷嘴支架在纵向连接板上的移动和雾化喷嘴高度的调节实现喷雾喷洒高度和喷洒范围的调节；
（5）当设计工况实现后，点燃火源发生系统，通过油盘周围的温度传感器及烟气分析仪反馈的数据获得密闭船舱内油池火在介质作用下的烟气特性，进而获得优选的船舶灭火方案。
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