涂装工艺是汽车制造过程中的四大生产工艺 (冲压、焊装、涂装、总装) 之一, 其生产工艺布局复杂、用电设备众多, 且大量使用属于甲、乙类可燃液体的挥发性涂料和溶剂, 火灾危险性很高。有资料统计, 仅1993~1996年的四年期间, 我国一共发生的涂装作业场所火灾高达2 200起, 其中重特大火灾279起, 损毁建筑物超过10万m², 损毁各种设施超过700台/套, 死亡人数超过50人, 直接经济损失超过1亿元^[1,2]。

　　 为了有效减少汽车涂装车间喷漆室火灾、爆炸事故造成的重大人员伤亡和财产损失, 必须针对喷漆车间的特点, 设置合适的消防设施^[3]。本文拟用以下3种灭火系统进行灭火试验:

　　 (1) 水喷淋灭火系统。应用最广泛的固定式消防设施, 在保护人身和财产安全方面效果显著, 具有经济实惠、灭火成功率高等特点。

　　 (2) 泡沫灭火系统。通过泡沫在可燃物表面的隔氧窒息和辐射热阻隔作用实施灭火的系统。具有安全可靠、经济实用、无毒性等特点。

　　 (3) 细水雾灭火系统。可以扑救固体火灾、液体火灾和电气火灾, 灭火效率高、用水量少、水渍污染少^[4,5]。

　　 根据某汽车喷漆室的实际尺寸, 搭建全尺寸实体火灾试验平台。模拟喷漆室长9m、宽6m、高4.5m, 全体采用钢框架结构, 试验过程中关闭门体, 属准封闭空间, 在试验平台一侧设有高温玻璃观察窗。

　　 试验选用的3种系统的开式喷头参数如表1所示。

　　 每种喷头安装于喷漆车间顶部, 安装间隔为3m, 共6只;其他测量系统布置均如图1所示。

　　 (1) 温度测量。如图1所示, 试验平台中设置了3串热电偶树, 分别布置在喷漆室正中心上方 (T1) 、喷漆室东侧墙 (T2) 和喷漆室南侧墙 (T3) 。每串热电偶树有3个热电偶, 间隔为1m, 3个测点高度分别为距离地面2m、3m、4m。

　　 (2) 辐射热通量测量。如图1所示, 辐射热流传感器共2个, 一个设置于喷漆室正中间顶棚处 (R1) , 距离地面4.5m, 用以测量火源燃烧对喷漆室钢制框架顶棚的辐射热通量;另一个设置于喷漆室南侧侧墙处 (R2) , 距离地面2m, 用以测量火源燃烧对侧墙的辐射热通量。

　　 (3) 烟气浓度测量。烟气分析仪测点布置于喷漆室南侧侧墙1.8m处 (G1) , 用以测量该点的氧气浓度和一氧化碳浓度。

　　 喷漆室的油漆有多种类型, 在本次试验中选择火灾危险性较大的清漆作为试验燃料。清漆用1m×1 m油盘盛放, 油盘摆放位置为喷漆室正中心。考虑到喷漆室真实发生油漆火灾时有可能内部有停放车辆, 火源可能会位于车辆底部区域, 试验工况设计了无障碍物和有障碍物两类。试验的障碍物为边长为1.2m的正方形钢板, 钢板水平放置于油盘正上方0.3 m处, 确保油盘正上方完全被遮挡。试验共6种工况, 如表2所示, 每次试验选择在清漆预燃约90s时开启灭火系统。

　　 试验结果显示, 对于无障碍物的清漆池火, 3种灭火系统均能够成功灭火。下面具体分析各系统的灭火过程。

　　 图2表示了3个无障碍物工况A1、A2、A3火源附近上方 (T1) 顶棚处热电偶所测得的温度变化曲线。3个工况中, 清漆被点燃后, 温度均快速上升到100℃以上, 此时测得的温度应为烟气温度。

　　 工况A1与工况A3中, 开启水喷淋和细水雾灭火系统后顶棚温度迅速下降, 在约60s内由150℃左右降至30℃左右, 降温效果好。而工况A2中, 可以看出与其他两种灭火系统相比, 泡沫灭火系统开启后, 温度下降较慢, 由100℃下降至40℃左右的时间长达120s左右。说明泡沫灭火系统在扑灭油漆火的过程中, 对火场的降温效果不佳。

　　 图3显示了A1、A2、A3工况火源附近 (R2) 的辐射热通量变化 (图中泡沫灭火系统有部分数据丢失) , 可以看出辐射热通量的变化曲线和温度变化曲线类似, 辐射热通量最大值均超过3 500 W/m²。当灭火系统开启后, 3个工况的辐射热通量均快速下降。同样的, 使用泡沫灭火系统时辐射热通量下降速度比使用其他两个灭火系统的速度慢, 这是由于与其他两个灭火系统相比, 泡沫灭火系统对周边环境的辐射热阻隔作用相对要弱一些。

　　 图4表示了A1、A2、A3工况火源附近 (G1) 的CO浓度变化曲线, 油漆被点燃后, CO浓度均缓慢上升。

　　 工况A1中, 截至水喷淋灭火系统开启前, CO浓度达到70mg/m³左右。开启灭火系统后, CO浓度陡然增大, 达到220mg/m³左右。其原因可能是水喷淋雾滴较大, 能够穿透烟气与火焰, 直达燃料表面, 快速降低火源温度, 从而降低了清漆的燃烧效率, 增加了CO的生成速率。随着水喷淋的持续施加, 清漆火逐步被抑制直至熄灭, 喷漆室内CO浓度逐步降低, 到180s时已下降至30mg/m³左右。

　　 工况A2中, 在泡沫灭火系统开启之前, CO浓度达到80mg/m³左右, 在系统开启后, 浓度缓缓下降, 截止到180s时CO浓度为50mg/m³左右。可见, 泡沫灭火系统的施加不能迅速降低CO浓度。

　　 工况A3中, 在细水雾灭火系统开启之前, CO浓度达到70mg/m³左右, 在系统开启后, CO浓度快速上升至120mg/m³左右, 随后在70~120mg/m³间持续波动, 在约130s时CO浓度迅速下降至25mg/m³左右, 到140s左右时, 喷漆室CO测点的CO浓度已经降为0。

　　 从上述现象可以看出, 3种灭火系统对烟气的净化作用差距很大:泡沫灭火系统净化作用有限, 水喷淋系统有一定的净化作用, 细水雾灭火系统则具有很强的净化作用。

　　 由于设置了障碍物, 3种灭火介质均不能直接到达油盘表面, 而障碍物距离油盘表面很近, 被卷吸进入火源区的灭火介质量也很少。试验结果显示, 对于有障碍物的清漆池火, 3种灭火系统均不能将火扑灭, 但均能够起到抑火的作用。下面分析一下各系统灭火过程。

　　 图5显示了B1、B2、B3工况火源上方附近热电偶温度变化曲线。由于设置了障碍物, 热电偶测得的主要是上方烟气的温度, 测得温度比无障碍物时要低70℃左右。开启灭火系统后的初期, 3个工况测得温度均能快速下降至40℃以下, 火源被抑制。之后的约2min内, 测得的温度开始有波动, 这主要是被抑制的清漆池火的火焰偶尔溢出障碍物所致。随着灭火剂的持续施加, 火源被持续抑制, 燃料也基本燃尽, 测得温度在40℃以下趋于稳定。

　　 图6显示了B1、B2、B3工况火源附近的辐射热通量变化曲线。由于障碍物影响了清漆池火燃烧, 3个工况的最大辐射热通量约在1 300kW/m², 并且有较大的波动。当灭火系统开启后, 3个工况的辐射热通量先是迅速下降至100kW/m²左右, 随着持续施加灭火剂, 辐射热通量进一步降低至0。但从试验现场视频可知, 此时火源并没有被扑灭, 火焰被压制在障碍物下方继续燃烧。

　　 图7显示了B1、B2、B3工况火源附近CO浓度变化曲线。在灭火系统开启前, CO浓度均上升至150mg/m³左右, 与温度和辐射热通量变化不同, 3种灭火系统施加后的CO浓度变化有较大的差别。泡沫灭火系统开启后的2min内, CO浓度下降幅度较小, 持续在100 mg/m³以上;水喷淋灭火系统开启后的2min内, CO浓度虽有快速下降, 但仍保持在65mg/m³以上;细水雾灭火系统开启后约1min内, CO浓度迅速下降至0, 虽然开启1 min后火源继续燃烧, 但细水雾具有很强的洗消烟气作用, 使得火场内CO浓度极低。

　　 本试验中, 无障碍物时, 水喷淋灭火系统、泡沫灭火系统和细水雾灭火系统均能实现灭火;有障碍物时, 则均未实现灭火, 但均能够控制火势发展, 防止火灾蔓延。3种系统灭火效果对比如下:

　　 (1) 在冷却降温方面, 无障碍物时, 水喷淋和细水雾效果较好, 泡沫灭火系统效果不佳;有障碍物时则差别不大。

　　 (2) 在辐射热阻隔方面, 无障碍物时, 细水雾最好, 水喷淋次之, 泡沫灭火系统最差;有障碍物时则差别不大。

　　 (3) 在烟气净化方面, 无障碍物时, 泡沫灭火系统洗消烟气效果有限, 水喷淋灭火系统有一定的洗消烟气效果, 细水雾灭火系统的洗消烟气效果则最好;有障碍物时, 水喷淋与泡沫灭火系统效果有限, 细水雾系统则仍能够有很好的洗消烟气效果。

　　 综上所述, 细水雾灭火系统在该场所中的整体灭火效果更佳。另外, 在汽车喷漆室内设有大量喷漆设备等精密仪器, 水喷淋灭火系统和泡沫灭火系统的灭火介质———大粒径水滴和化学泡沫都可能会对精密仪器造成损坏。因此, 具有用水量少、灭火效率高、安全环保、水渍损失小、电气绝缘等特点的细水雾灭火系统更适合在该类喷漆室中使用。