細(xì)水霧滅火技術(shù)

在森林航空消防中的應(yīng)用初探

國(guó)家林業(yè)局西南航空護(hù)林總站   650021

摘  要：介紹了細(xì)水霧的概念、滅火機(jī)理及發(fā)展概況，結(jié)合西南航空護(hù)林總站航空滅火開(kāi)展情況，就細(xì)水霧滅火技術(shù)應(yīng)用到森林航空消防可能產(chǎn)生的效果作了分析，并提出了如何研究、開(kāi)發(fā)、推廣應(yīng)用的建議。

關(guān)鍵詞：細(xì)水霧；森林航空消防；西南林區(qū)

西南林區(qū)是我國(guó)的第二大林區(qū)，植被茂密，資源豐富，地處長(zhǎng)江、珠江、瀾滄江、怒江等大江大河上中游，生態(tài)地位重要，保護(hù)意義重大。同時(shí)，西南林區(qū)地處邊疆，山高谷深，地形復(fù)雜，交通不便，經(jīng)濟(jì)落后，群眾生產(chǎn)生活用火習(xí)慣落后，并與越南、老撾、緬甸三國(guó)交界，國(guó)境線長(zhǎng)達(dá)5400多公里，這些原因使得許多地方社情、林情復(fù)雜，人為活動(dòng)很難掌握，火源管理十分困難，容易引發(fā)森林火災(zāi)。加之森林防火基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，防、撲火力量十分薄弱，一旦發(fā)生森林火災(zāi)，撲救極為困難，是全國(guó)森林防火的重點(diǎn)地區(qū)。而森林航空消防是利用飛機(jī)對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行預(yù)防和撲救的一種手段，是森林防火的重要組成部分，也是我國(guó)建設(shè)生態(tài)文明的一項(xiàng)公益性事業(yè)。由于受各種因素的影響，可用于西南林區(qū)開(kāi)展航空滅火的大型直升機(jī)機(jī)源少，數(shù)量有限，航空滅火能力有待提高，嚴(yán)重制約著西南航空護(hù)林總站的發(fā)展。因此，研究高新技術(shù)在森林航空消防中的應(yīng)用，勢(shì)在必行。高壓細(xì)水霧滅火技術(shù)在國(guó)際上早已引起廣泛關(guān)注和重視，目前已成為國(guó)際火災(zāi)科學(xué)前沿研究的熱點(diǎn)之一^[1]。公安部以公消[2007]193號(hào)文件的形式于2007年5月30日正式下發(fā)《關(guān)于推廣使用高效細(xì)水霧消防技術(shù)裝備的通知》，在文件中指出：要充分認(rèn)識(shí)推廣使用高效細(xì)水霧滅火技術(shù)的意義。細(xì)水霧滅火技術(shù)作為一項(xiàng)新的滅火技術(shù)，目前已在我國(guó)城市消防和森林消防中得到較好運(yùn)用，但在森林航空消防中尚無(wú)應(yīng)用先例。作為一支服務(wù)于西南林區(qū)的森林消防專業(yè)隊(duì)伍，研究將細(xì)水霧滅火技術(shù)應(yīng)用到西南林區(qū)森林航空消防中，對(duì)提高森林航空消防科技含量，加強(qiáng)這一地區(qū)森林航空消防，減少和控制森林大火的發(fā)生具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 細(xì)水霧的概念及滅火機(jī)理

 “細(xì)水霧”（water mist）是相對(duì)于“水噴霧”（water spray）的概念，是使用特殊噴嘴，通過(guò)高壓噴水所產(chǎn)生的水微粒^[2]。在美國(guó)的有關(guān)參考文獻(xiàn)中提到，細(xì)水霧的定義是：在設(shè)計(jì)工作壓力下、距噴嘴1米處的平面上，測(cè)得水霧部分的水微粒直徑Dv不大于1000μ^[3]。細(xì)水霧滅火主要是通過(guò)高效率的冷卻與缺氧窒息的雙重作用。細(xì)水霧滅火技術(shù)是使用特殊噴嘴，通過(guò)高壓噴水一是把水離析成毛細(xì)小水珠，二是使水珠獲得足夠大的加速動(dòng)量，生成細(xì)水霧，增加單位體積水微粒的表面積。水微粒子化以后, 即使同樣體積的水, 也可使總表面積增大, 而表面積的增大, 更容易進(jìn)行熱吸收, 冷卻燃燒反應(yīng)。在滅火過(guò)程中,當(dāng)細(xì)水霧直接噴射進(jìn)入或被卷吸進(jìn)入火焰區(qū)時(shí)，由于表面積相對(duì)較大，吸收熱量快，吸熱的水微粒容易汽化, 體積增大約1700 倍。由于水蒸汽的產(chǎn)生, 既稀釋了火焰附近氧氣的濃度, 窒息了燃燒反應(yīng)，同時(shí)大量水蒸氣的存在也會(huì)降低反應(yīng)區(qū)氧氣及可燃?xì)怏w的體積分量，有效衰減熱輻射的傳遞，從而達(dá)到汽化冷卻、隔絕氧氣和衰減輻射等機(jī)理復(fù)合作用的滅火效果^[4]。其滅火機(jī)理主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)^[1]。

（1）冷卻作用。細(xì)水霧霧滴直徑很小，比表面積大，受熱后易于汽化，在由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程中，能夠快速有效地從燃燒物質(zhì)表面吸收大量的熱量，使火源溫度驟降，冷卻速度比傳統(tǒng)水槍快100倍，以達(dá)到滅火的目的。

（2）窒息作用。細(xì)水霧噴入火場(chǎng)后，霧滴在受熱后迅速汽化，體積可膨脹1700多倍，汽化后的水蒸氣將燃燒區(qū)域整體包圍和覆蓋，靠近火焰的大量水蒸汽會(huì)降低反應(yīng)區(qū)的氧氣體積，把火源處的氧氣擠壓出去，從而使燃燒因缺氧窒息熄滅，所以又叫“窒息式滅火”。

（3）阻隔熱輻射作用。細(xì)水霧噴入火場(chǎng)后，蒸發(fā)形成的蒸汽迅速將燃燒物、火焰和煙羽籠罩，對(duì)火焰的輻射熱具有極佳的阻隔能力，能夠有效抑制輻射熱引燃周圍其它物品。

2 細(xì)水霧滅火技術(shù)的發(fā)展概況

細(xì)水霧滅火技術(shù)在消防方面的應(yīng)用始于20世紀(jì)40年代，當(dāng)時(shí)主要用于特殊場(chǎng)所，如運(yùn)輸工具等。由于當(dāng)時(shí)水噴淋滅火技術(shù)作為主要發(fā)展和研究方向，細(xì)水霧滅火技術(shù)沒(méi)有得到深入研究，故一直發(fā)展比較緩慢。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、人們防滅火觀念的轉(zhuǎn)變，特別是發(fā)現(xiàn)鹵代烷滅火劑對(duì)大氣臭氧層有破壞作用后，細(xì)水霧滅火技術(shù)作為哈龍主要替代技術(shù)之一，以易取、價(jià)廉的水作為滅火介質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，對(duì)人員無(wú)傷害，用水量小，對(duì)被保護(hù)對(duì)象水漬影響極小，因而在應(yīng)用和研究方面，得到了國(guó)際上的廣泛關(guān)注和青睞，細(xì)水霧滅火技術(shù)在20世紀(jì)90年代得到飛躍性地發(fā)展。如今，許多發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)歷了多年的理論性試驗(yàn)探索以及應(yīng)用性研究后，已經(jīng)相繼開(kāi)發(fā)出多種類型的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，并且開(kāi)始廣泛應(yīng)用在相關(guān)領(lǐng)域和場(chǎng)所^[3]。細(xì)水霧目前已有一系列專利產(chǎn)品，并制定了相應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范，如美國(guó)消防協(xié)會(huì)的NFPA750標(biāo)準(zhǔn)、歐盟的細(xì)水霧標(biāo)準(zhǔn)、加拿大火災(zāi)研究實(shí)驗(yàn)室制定的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程標(biāo)準(zhǔn)。許多實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)廠家已對(duì)細(xì)水霧在電子設(shè)備房、歷史建筑、珍貴資料庫(kù)等場(chǎng)所抑制和撲滅火災(zāi)的有效性進(jìn)行了研究。加拿大的Securiplex公司、德國(guó)的Fogtec公司、芬蘭的Marioff公司、奧地利的Hainzl公司等生產(chǎn)廠商都已將自己的細(xì)水霧產(chǎn)品應(yīng)用于火災(zāi)安全的眾多領(lǐng)域，在市場(chǎng)上獲得了良好的反響^[4]。

國(guó)內(nèi)對(duì)于細(xì)水霧滅火技術(shù)的研究起步較晚，于90年代末才開(kāi)始進(jìn)行細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)工作，目前已相繼開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，并有產(chǎn)品問(wèn)市。在森林消防領(lǐng)域中，國(guó)內(nèi)主要是河南海力特機(jī)電制造有限公司專門(mén)研究和生產(chǎn)高壓細(xì)水霧系列產(chǎn)品，并率先將產(chǎn)品應(yīng)用到森林消防工作當(dāng)中。根據(jù)該公司提供的資料顯示，2006年8月在內(nèi)蒙古牙克石大興安嶺林區(qū)召開(kāi)的中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)森警專用裝備會(huì)議上，舉行了大規(guī)模的森林火災(zāi)滅火演習(xí)，該公司自主研發(fā)的細(xì)水霧滅火裝置、細(xì)水霧消防裝甲車作為此次演習(xí)的主要滅火裝備，滅火效率高，表現(xiàn)十分出色，中央電視臺(tái)新聞聯(lián)播對(duì)細(xì)水霧滅火專門(mén)進(jìn)行了報(bào)道，并且在中央電視臺(tái)軍事頻道及專業(yè)報(bào)刊雜志上轉(zhuǎn)載，在業(yè)界引起了強(qiáng)烈反響。該公司生產(chǎn)的高壓細(xì)水霧皮卡消防車、背負(fù)式高壓細(xì)水霧滅火裝置、高壓細(xì)水霧消防摩托車目前已在北京中山公園、山西五臺(tái)山等地運(yùn)用，效果很好，得到了有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的好評(píng)^[1]。產(chǎn)品被列入國(guó)家創(chuàng)新基金計(jì)劃和國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品計(jì)劃，河南海力特公司被科技部列為成長(zhǎng)性100強(qiáng)企業(yè)。

3 細(xì)水霧滅火技術(shù)在森林航空消防中的應(yīng)用分析

目前，西南森林航空消防用水滅火的技術(shù)主要是直升機(jī)吊桶滅火和固定翼飛機(jī)機(jī)腹灑水滅火（該滅火技術(shù)2008年2月才首次在西南航空護(hù)林總站下屬保山、西昌航空護(hù)林站試驗(yàn)成功并應(yīng)用到滅火實(shí)戰(zhàn)）。直升機(jī)吊桶滅火是利用直升機(jī)外掛吊桶載水，從空中直接將水噴灑到火頭、火線上進(jìn)行撲救森林火災(zāi)的方法^[5]。目前該技術(shù)在西南航空護(hù)林總站下屬各航站、基地已得到普遍推廣和應(yīng)用，并成為常用的航空滅火手段。至2007年春航，吊桶滅火參與撲滅600余起林火，空中灑水2600余桶。由于直升機(jī)實(shí)施吊桶滅火時(shí)，從吊桶中釋放出的水在自身重量作用下，迅速通過(guò)桶底開(kāi)口向下噴灑，形成大量水滴，這些水滴的直徑足夠大以至于能穿透火焰羽流進(jìn)而濕潤(rùn)整個(gè)燃料的表面，從而撲滅火焰。但一桶水（1.5t）在0.5min左右的時(shí)間很快釋放完，直升機(jī)需要不停地往返于取水點(diǎn)、火場(chǎng)之間取水和灑水。由于有的火場(chǎng)距取水點(diǎn)較遠(yuǎn)，往返航程較遠(yuǎn)，導(dǎo)致吊桶滅火效率不高。而細(xì)水霧滅火技術(shù)具有高效、節(jié)水的特點(diǎn)，因此研究如何將細(xì)水霧滅火技術(shù)應(yīng)用到森林航空消防中具有非常重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。根據(jù)細(xì)水霧的滅火機(jī)理，結(jié)合吊桶滅火技術(shù)，細(xì)水霧滅火技術(shù)應(yīng)用到西南森林航空消防中，將會(huì)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)^[1]：

3.1 提高水滅火的效能

由于細(xì)水霧滅火技術(shù)具有高效冷卻、窒息等雙重滅火機(jī)理，尤其對(duì)立體燃燒的溫度達(dá)1000℃以上的樹(shù)冠火，其汽化速度快，體積可膨脹1700—5800倍以上，汽化后的水蒸汽將森林火場(chǎng)燃燒區(qū)域整體包圍和覆蓋，使林火因缺氧窒息而熄滅；另外，汽化后降溫迅速，從林火表面吸收大量的熱量，使火源溫度驟降，冷卻速度比傳統(tǒng)噴灑快100倍，達(dá)到滅火的目的。細(xì)水霧滅火時(shí)的用水量?jī)H為傳統(tǒng)消防手段的1-5%，滅火效率卻是傳統(tǒng)滅火的200-300倍，大大提高了水的滅火效能，可以實(shí)現(xiàn)森林消防以水滅火為主的重大轉(zhuǎn)變。

3.2 提高吊桶灑水的面積

根據(jù)西南航空護(hù)林總站吊桶滅火實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一架大型直升機(jī)（如：M-8）吊桶灑水時(shí)，其載水量約為1.5t，在飛行速度100km/h、飛行高度（真高）不超過(guò)100m的情況下，其噴灑長(zhǎng)度一般為60m，寬度為15m，面積為900m²；而1kg水霧化成細(xì)水霧后可有效覆蓋200 m²以上，達(dá)到900 m²的覆蓋面，只需4.5kg水即可，細(xì)水霧同時(shí)可在空中飄浮一定時(shí)間，形成立體覆蓋的細(xì)水霧滅火層，快速滅火和降煙。高壓細(xì)水霧出口速度大，抗風(fēng)能力強(qiáng)，可在7級(jí)大風(fēng)情況下使用，且不影響滅火效果。

3.3 屏蔽熱輻射保護(hù)飛機(jī)

細(xì)水霧滅火形成的“水霧簾”對(duì)熱輻射有很好的屏蔽作用，吸熱速度比噴淋系統(tǒng)快100倍，迅速降溫，使環(huán)境溫度降低?？杀苊鉄彷椛鋵?duì)人體造成灼傷，并對(duì)直升機(jī)有一定的保護(hù)作用，在一定程度上可降低飛行高度。

3.4 凈化煙霧提高能見(jiàn)度

細(xì)水霧細(xì)小的水蒸氣顆粒可將煙霧中的微粒吸附在其表面上，從而起到很強(qiáng)的洗滌、凈化效果，有效消除煙霧中的腐蝕性物質(zhì)，提高能見(jiàn)度。同時(shí)可對(duì)森林火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行煙塵污染治理，防止煙霧飄移影響周邊環(huán)境。

3.5 節(jié)約直升機(jī)滅火時(shí)間

耗水量小，滅火效率高，可節(jié)約消防直升機(jī)往返水源地取水的飛行時(shí)間，在一定程度上可減少飛行費(fèi)，降低成本，提高效益。一架M-171直升機(jī)每小時(shí)飛行費(fèi)約2萬(wàn)元，吊掛容量為1.5t的吊桶，釋放水的時(shí)間約為0.5min，而1.5t水經(jīng)高壓細(xì)水霧裝置處理后，可噴灑15min，其余均為尋找水源和往