三种升温模式下钢构件火灾危险性分析

为了研究变电站中可能出现的标准火灾、电力火灾和碳氢火灾三种火灾模式对无防火保护钢构件的影响,首先使用自制的耐火实验炉对三种火灾升温模式下不同厚度钢板达到临界温度的时间进行了实验分析;然后采用ABAQUS软件对实验结果进行了模拟复现,并对不同升温模式下钢构件达到临界温度的时间与钢构件荷载比的关系进行了数值模拟。结果表明:标准火灾升温模式下钢构件达到临界温度的时间为16~23 min,电力火灾、碳氢火灾升温模式下钢构件达到临界温度的时间为2~6 min,电力火灾和碳氢火灾升温模式下钢构件达到临界温度的时间相对标准火灾升温模式有急剧缩短,平均缩短幅度超60%,最大幅度达86.3%;数值模拟结果显示电力火灾、碳氢火灾升温模式下钢构件荷载比大于0.70时其达到临界温度的时间均低于6 min,钢结构稳定性失效的危险性较大,且钢构件的荷载比越大其到达临界温度的时间越短,两者之间具有较强的线性关系。该研究结果对多种火灾升温模式下钢构件的防火保护设计具有一定的参考价值。

林区架空配电线路诱发森林火灾风险评估

林区架空配电线路存在诱发森林火灾的隐患,且火灾后果严重,为此提出了林区10 kV架空配电线路诱发森林火灾风险评估方法。该方法首先建立林区10 kV架空配电线路诱发森林火灾风险评估指标体系并确定指标权重;基于重视低得分评估单元影响的惩罚性变权确定火灾发生可能性指标得分系数;火灾后果严重性采用模糊综合评价法得到后果等级的隶属度;最后通过火灾风险图获得评估结果。以10 kV棠溪113线为例开展评估,该线路火灾发生可能性较高,得分为69.805分;火灾后果等级为轻微、一般、中等、严重和灾难性的隶属度分别是65.8%、8.1%、12.3%、2%和11.8%;绘制火灾风险图,该线路的低、中、高风险隶属度分别为65.8%、22.4%和11.8%。对未满分指标进行关键性分析确定有效整改措施,包括保证配电线路与树障的垂直和水平距离达标、将电线电缆更换成绝缘导线等。

气源及纳米颗粒对氟碳-碳氢表面活性剂泡沫性能影响研究

以双子短链氟碳表面活性剂(Gemini)和两性碳氢表面活性剂(LAMC)为核心组分制备了环保型泡沫分散体。研究了纳米SiO_(2)颗粒和压缩气源种类对泡沫分散体起泡性、稳定性及铺展特性的影响。结果表明,纳米SiO_(2)颗粒与短链氟碳表面活性剂存在分子间相互作用,在试验范围内,与压缩空气相比,未添加纳米SiO_(2)颗粒的压缩氮气泡沫高度提升约5.8%,添加浓度为3%的纳米SiO_(2)颗粒后分散体发泡性能略微下降。随着纳米SiO_(2)颗粒的加入,泡沫的稳定性显著增加,氮气泡沫稳定性比空气泡沫提升约5%。纳米SiO_(2)颗粒形成网状结构聚集体堵塞在Plateau边界中,有效延缓泡沫析液和粗化,从而增强泡沫的稳定性。由于氮气和空气自身密度及对泡沫液膜渗透性的不同,压缩空气泡沫在油面上的平均铺展速率较压缩氮气泡沫提升2.6%。研究结果能够为纳米SiO_(2)颗粒在环保型泡沫灭火剂的研发和灭火应用方面提供理论指导。

特高压变压器水成膜泡沫全尺寸灭火污染研究

为了探究灭火的环境污染,开展了特高压变压器水成膜泡沫全尺寸灭火试验,采集大气、水体及土壤样品进行分析。首先,利用气体分析仪测得灭火瞬间CO、SO和NO2的体积分数远超标准阈值,同时使用气相色谱/质谱联用仪发现大气中存在氟碳表面活性剂和轻质支链烷烃等。通过液相萃取-气相色谱/质谱试验,测定水体内的有机污染物主要为乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚和重质正构烷烃。X射线荧光光谱仪检测出灭火后土壤中铜元素明显提升,热脱附-气相色谱/质谱测定土壤中的有机成分主要是未充分燃烧的变压器油和本该存在于烟气中的的4-乙基邻二甲苯和1,3-二甲基-4-乙基苯。这些研究对水成膜泡沫灭火的环境污染治理、灾后评估和灭火剂的改良具有一定指导意义。

不同弯管角度和入口速度下管道内压缩空气泡沫流动研究

理解和预测管道内压缩空气泡沫流体的流动规律,有利于消防工作者根据火灾类型和规模铺设合适的管路以及选用合理的泡沫流体。本文采用CFD仿真模拟分析了不同弯管角度和泡沫流体入口速度对管道内压缩空气泡沫流动行为的影响。研究发现,随着弯管角度的增加,出口段的内壁流速呈现3种变化现象:涡旋和回流现象、回流现象、近似直管流动现象。随着弯管角度增大,弯头转折点的泡沫流体平均速度逐渐增大。由于离心作用,更多的泡沫流体被挤压加速,导致泡沫流体在弯头处的平均速度均大于入口流速,并且在弯管角度θ≥120°时,由于低速区的消失,2种泡沫入口流速下均出现平均速度增长率相对更大的现象。发现泡沫流经弯管时,动力黏度呈现非单调演化趋势。当泡沫流经弯头时,由于弯头的阻碍作用,使流速降低,出现低黏度区间,导致局部黏度下降至2 kg/(m·s)以内(约为稳定段黏度的1/3)。

防火泥耐火模拟试验前后性能变化研究

研究典型弹性防火封堵材料防火泥在火灾前后的性能变化,针对换流站中可能出现的标准、电力及碳氢火灾情况,研究其对防火泥的燃烧质量、背火面温度和理化性能的影响,其中理化性能重点关注密度、腐蚀性、耐水性、耐酸性、耐碱性、耐油性、耐湿热性和耐冻融循环性的变化。结果表明:3种火灾升温情况下,防火泥的失重峰值出现在20~35 min,火灾升温60 min造成防火泥近50%的质量损失。防火泥具有优异的耐火性能,能有效阻止火焰和热量的传递,经3种火灾升温后背火面的温度远低于阈值180℃。将火灾后的防火泥二次升温监测背火面温度变化,结果依然远低于阈值180℃,即火灾后的防火泥二次重复使用依然可以保持优异的耐火性能。火灾升温对防火泥的密度、耐酸性及耐冻融循环性造成影响,但对腐蚀性、耐水性、耐碱性、耐油性和耐湿热性影响不大。

常见泡沫灭火剂在变压器油面铺展性能及隔热性能试验研究

铺展性能和隔热性能是衡量泡沫灭火剂的重要指标。为优选更适合变压器油火灾的泡沫灭火剂,对水成膜泡沫灭火剂(Aqueous film-forming foam,AFFF)、氟蛋白泡沫灭火剂(Fluoroprotein foam,FP)和合成泡沫灭火剂(Synthetic foam,S)3类常见泡沫灭火剂在不同初始温度变压器油面的铺展特性及外加热辐射下泡沫在高温油面的隔热性能开展试验研究。结果显示:AFFF泡沫铺展速率最快,其次是FP泡沫,S泡沫铺展最慢。在外加热辐射条件下,AFFF泡沫层温度变化及泡沫高度衰减最慢,FP泡沫稍快,S泡沫最快。表明AFFF泡沫隔热性能最好,S泡沫最差。此外,在前人建立的泡沫质量蒸发模型基础上,针对FP和S泡沫提出了质量蒸发模型的修正系数,修正后的模型能更好地预测外加热辐射下FP和S泡沫蒸发质量的变化。

水成膜泡沫灭火剂成分分析及热解产物污染特性研究

水成膜泡沫灭火时,部分气液污染物将进入环境,因此全面研究其污染特性具有现实意义。首先,采用元素分析、红外光谱和液相色谱/质谱联用方法对水成膜泡沫原液成分开展分析。结果显示,该原液含有多种存在潜在风险的危害物质,使用后会渗入环境中。其次,对原液热解气体开展定性定量分析。结果显示,当温度低于400℃时,原液热裂解仅释放CO,且质量浓度较低;温度高于400℃时,会释放CO、SO_(2)、NO、HF等气体,其中600℃时这些气体质量浓度的峰值远超《环境空气质量标准》规定的阈值。此外,有机气体产物中除挥发性有机物外,还包含多种全氟烷基化合物。由此推断,不同温度下,氟碳表面活性剂受热分解具有两种路径,即低温下尾部自由基脱离和高温下全氟链断裂。

超细干粉灭火装置在油浸变压器的应用可行性研究

通过系列1 m^(2)变压器油火灾灭火实验,研究超细干粉灭火装置对变压器油火灾灭火的有效性,分析超细干粉灭火装置用于油浸变压器的技术可行性。结果表明,4 kg悬挂式超细干粉灭火装置可快速有效扑灭基础油温不超过155℃、预燃时间不超过5 min的1 m^(2)变压器油初起火灾,使之不发生复燃;燃烧时间显著影响变压器油是否发生复燃,当预燃时间超过10 min时,变压器油火被超细干粉熄灭后仍会发生复燃;超细干粉灭火装置用于扑救油浸变压器初期火灾具有技术可行性,实际工程中建议装置喷射口到变压器重点部位的距离取1.7~2.0 m。

换流变新型降噪板熔断性能及灭火试验研究

针对换流变压器现有Box-in降噪结构对外部灭火救援有阻碍、遮挡作用,严重影响外部消防有效灭火的难题,通过试验研究换流变新型降噪板熔断脱落行为及其灭火过程,分析新型降噪板熔断过程对灭火效果的影响和高温热油火对Box-in内部固定消防系统管路的影响。试验结果表明,两种新型降噪板在火灾中能够熔断并掉落,为Box-in降噪装置外部的消防操作提供有利条件,但其灭火难度仍明显大于无遮挡火的情形,而且火灾过程的高温会导致固定消防支管明显改变方向,使覆盖目标错位,无法包络目标部位。

变压器油沸溢池火温度特征及传热模型试验研究

为预测垫水层变压器油池火沸溢发生时间,开展以K150X变压器油为燃料的小尺度垫水层沸溢油池火试验,测量不同初始油层厚度和油池直径下油池轴线不同高度处的温度数据,分析燃烧过程中油层内部的温度分布特征,进而构建垫水油层内部一维单层传热模型,并预测垫水层变压器油池火的沸溢发生时间。结果表明:变压器油沸溢池火燃烧过程的温度变化具有阶段性特征,且油水界面处出现过热现象是发生沸溢的决定性因素;油层竖直方向一维单层传热模型能够较好地拟合试验测量值;基于传热模型提出垫水层变压器油池火的沸溢发生时间预测模型。

超细干粉灭变压器热油火有效性研究

为评估超细干粉用于大型油浸变压器的技术可行性,通过变压器热油火实验,研究了超细干粉对不同初始基础油温和不同预燃时间下变压器热油火的灭火有效性,分析了超细干粉灭变压器热油火的作用机理。

升温模式对防火密封胶燃烧及理化性能的影响

为研究防火密封胶在不同火灾场景下的燃烧及理化性能变化,针对特高压直流换流站中可能出现的标准、电力及碳氢火灾情况,研究3种升温模式对防火密封胶燃烧过程的影响及燃烧后不同时刻的理化性能变化。燃烧过程重点关注质量变化,理化性能重点关注腐蚀性、耐水性、耐酸性、耐碱性、耐油性、耐湿热性和耐冻循环性等,进而比较3种升温模式对防火密封胶的影响。结果表明:电力和碳氢火灾的前期危险性远高于标准火灾。燃烧120 min后,3种升温模式下防火密封胶的总失重率基本相同,均达到85%。火灾升温后,防火密封胶的耐水性和耐酸性都被严重破坏。电力火灾和碳氢火灾较标准火灾对防火密封胶的耐湿热性和耐冻融循环性影响更大。

特高压换流变降噪装置的改进设计

通过对特高压换流变Box-in降噪装置布置特点、火灾危险性和常用灭火技术的分析,揭示了现有Box-in降噪装置对特高压换流变灭火效果和火势发展的影响。结合新型热熔降噪材料系列检测结果,提出了一种融合新型消防模块、热熔支撑板、防坠网、泄爆口的新型降噪设计方案,并通过全尺寸试验验证了其在换流变火灾场景下的熔断有效性。试验结果表明,新型消防模块和热熔支撑板在火灾情况下均能快速有效脱落,脱落时间小于2min,脱落后的消防模块呈小碎块状,不阻挡和干扰消防介质有效灭火。该新型降噪设计方案能够为外部消防灭火提供有利条件,显著降低爆炸冲击对内部固定消防系统可能产生的损坏,同时因新增加功能带来的价格上涨幅度较小。