1、含钾盐添加剂细水雾的灭火原理与工程实例张天巍杜志明著内 容 简 介本书系统地介绍了含钾盐添加剂细水雾灭火技术的定义、适用场合、钾盐添加剂的种类和作用、灭火有效性实验方法、灭火的化学热力学与动力学原理等内容，并结合典型的B类火和F类火的燃烧和冷却特点，对含钾盐添加剂细水雾实际工程应用的可行性进行了分析。本书既有理论的总结、探索和创新，又有对实践的指导，具有很强的可操作性，可作为高等院校安全科学与工程、消防工程等相关专业课和选修课的教材，也可作为应急管理部综合性消防救援队伍的培训教材。版权专有侵权必究图书在版编目（CIP）数据含钾盐添加剂细水雾的灭火原理与工程实例/张天巍，杜志明著.北京：北京理工
2、大学出版社，2019.7ISBN 978-7-5682-7320-6含张 杜 钾盐-添加剂-水雾-灭火-研究TU998.1中国版本图书馆CIP数据核字（2019）第153485号出版发行/北京理工大学出版社有限责任公司社址/北京市海淀区中关村南大街5号邮编/100081电话/（010）68914775（总编室）（010）82562903（教材售后服务热线）（010）68948351（其他图书服务热线）网址/http:/经销/全国各地新华书店印刷/三河市华骏印务包装有限公司开本/710毫米1000毫米1/16印张/15.75彩插/4责任编辑/王玲玲字数/258千字文案编辑/王玲玲版次/2019年
3、7月第1版2019年7月第1次印刷责任校对/周瑞红定价/72.00元责任印制/李志强图书出现印装质量问题，请拨打售后服务热线，本社负责调换含钾盐添加剂细水雾的灭火原理与工程实例图3.8质量分数为1%的不同钾盐添加剂细水雾作用下火焰颜色与外形（a）无细水雾；（b）纯水细水雾；（c）1%K2C2O4细水雾；（d）1%CH3COOK细水雾；（e）1%K2CO3细水雾；（f）1%KNO3细水雾；（g）1%KCl细水雾；（h）1%KH2PO4细水雾图4.30含K2CO3添加剂细水雾与CH4/空气火焰相互作用产物随体系温度的变化1含钾盐添加剂细水雾的灭火原理与工程实例图4.30含K2CO3添加剂细水雾与C
4、H4/空气火焰相互作用产物随体系温度的变化（续）图4.33含KNO3添加剂细水雾与CH4/空气火焰相互作用产物随体系温度的变化2含钾盐添加剂细水雾的灭火原理与工程实例图4.36含KCl添加剂细水雾与CH4/空气火焰相互作用产物随体系温度的变化3含钾盐添加剂细水雾的灭火原理与工程实例图4.38含KH2PO4添加剂细水雾与CH4/空气火焰相互作用产物随体系温度的变化4含钾盐添加剂细水雾的灭火原理与工程实例图4.41不同钾盐添加剂粉体作用下火焰颜色与外形（a）K2CO3粉体；（b）KNO3粉体；（c）KCl粉体；（d）KH2PO4粉体 图5.9各基元反应对OH自由基的敏感性系数 图5.11不同KOH
5、浓度条件下关键基元反应中OH的敏感性系数5含钾盐添加剂细水雾的灭火原理与工程实例图5.12不同KOH浓度条件下抑制OH消耗的主要反应敏感性系数（注：R13、R15正反应的敏感性系数扩大10倍，R15逆反应的敏感性系数扩大10 000倍；R1、R7、R9、R13和R21逆反应的敏感性系数扩大1 000倍）图5.13对KOH浓度变化较为敏感的基元反应6含钾盐添加剂细水雾的灭火原理与工程实例图5.18不同KOH浓度条件下KOH、K、KO和KO2产率（a）KOH；（b）K；（c）KO；（d）KO27前言在各种灾害中，火灾是最常见和最普遍的威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。火灾不但会对人们的生命、财
6、产造成重大威胁，而且会对自然环境造成严重的破坏。因此，如何灭火成为伴随人类用火历史不断发展的一个重要课题。细水雾灭火技术因具有无环境污染、耗水量低、灭火迅速、适用多种类型火灾、对受灾物品破坏小等特点，被视为哈龙灭火技术的主要替代品。在高技术领域与重大工业危险源的特殊火灾领域获得了广泛的应用，并展现出了良好的发展潜力。然而，水灭火仍属于物理作用范畴，效能低于哈龙灭火剂和其他化学灭火剂。含添加剂细水雾除了通过水对燃料表面冷却、火焰气相冷却和稀释氧气浓度等作用机制来抑制熄灭火灾外，还可以通过捕捉燃料燃烧过程中产生的自由基、中断燃烧过程中的链式反应，或是在火焰温度下分解产生惰性物质通过冷却和窒息作用达
7、到灭火目的。含添加剂细水雾的物理和化学机理在灭火过程中发挥的协同作用使水的整体灭火效能得到显著提高。我国于2013年颁布了细水雾灭火系统技术规范（GB 508982013）作为细水雾灭火系统设计的一般性原则和统一标准，标志着细水雾灭火技术已经有成熟的实施标准。然而，含添加剂细水雾由于其对存储设备的腐蚀性、溶质的溶解性及保质期等问题，并没有进入大规模的实际应用阶段，虽然添加剂能够明显地提高细水雾灭火性能，但是由于添加剂的灭火机理和一些应用方面的问题还没有得到解决，并且细水雾及含添加剂细水雾的最小灭火浓度对消防设计和科学研究都是非常重要的参数，但实际规范中均未涉及，使得在实际应用中对细水雾或含添加
8、剂细水雾灭火系统的评价还没有统一的标准，这些都限制了含添加剂细水雾系统的推广应用。本书的撰写可适应现代社会的实际需要，解决含添加剂细水雾在灭火有效性评价、灭火原理及工程设计中的有关问题，满足综合性消防救援队伍更新知识、运用新技术的需要，满足高等院校教学、科研发展的需要，有助于提高从业人员运用科学技术手段提高抗御火灾的基本能力，同时可填补我国含钾盐添加剂细水雾的灭火原理与工程实例在含添加剂细水雾灭火技术专业丛书出版方面存在的空白。本书主要介绍了含钾盐添加剂细水雾的定义、添加剂的种类和作用、灭火有效性评价实验及建模方法、添加剂化学灭火的热力学和动力学原理等内容，设计更加贴近实际工程的全尺寸灭火实验
9、方案，探讨含添加剂细水雾实际应用的可行性。本书在编写过程中注意吸收国内外灭火剂方面的先进技术和有益经验，突出实用性和可操作性，力求系统地介绍内容，深入浅出，循序渐进。本书在撰写过程中得到了中国人民警察大学、北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室、北京市天安门地区消防支队和湖南安全技术职业学院等单位专家的大力支持。在此，谨向帮助和支持本书撰写工作的领导、专家及所有同志深表谢意。由于笔者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请读者和同行批评指正。本书共分7章，第1章由杜志明完成，其余章节由张天巍完成。本书第27章的内容得到了中国人民警察大学刘皓博士和梁强博士、北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室
10、韩志跃博士、北京市天安门地区消防支队防火监督处监督指导科马冀昆及湖南安全技术职业学院刘玲博士等单位专家的大力支持。在此，谨向帮助和支持本书撰写工作的领导、专家及所有同志深表谢意。由于笔者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请读者和同行批评指正。本书可供从事灭火剂研究的工程技术人员，国家综合性消防救援队伍指挥员、消防员，企、事业单位消防管理干部使用，也可作为高等院校消防工程、安全科学与工程、化学工程等专业的教学参考书。最后，感谢北京理工大学研究生院为本书出版创造了一个宝贵的机会。感谢北京理工大学优秀博士学位论文出版项目基金资助。感谢中国人民警察大学的成员在作者从事研究和撰写本书过程中给予的关心和支
11、持。感谢国家自然科学基金委员会和河北省自然科学基金委员会，本书的相关研究得到国家自然科学基金项目（No51804314）和河北省自然科学基金项目（NoE2018507020）等项目的资助，在此表示衷心感谢。张天巍杜志明E-mail：zhangtianwei_中国人民警察大学北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室2主要符号说明符号glgAkcpDEkGHKpLvMPQRSSTTuV物理意义对流换热系数升温速率辐射热系数波长空气运动黏度液体密度空气密度表面张力反应速率指前因子定压比热容粒径活化能吉布斯自由能焓变化学平衡常数蒸发潜热物质的量压力燃烧热通用气体常数面积标准反应熵差温度空气流速体积单位
12、Wm-2-1min-1mm2s-1kgm-3kgm-3Nm-1s-1Jg-1K-1mkJmol-1kJJK-1mol-1kJkg-1molPaJJmol-1K-1m2Kms-1m3主要缩略词表缩略词AFFFCFDDPMDSCDTAGWPLAMECODPPSRSEMTCATGAXRDZA英文全称Aqueous Film Forming FoamComputational Fluid DynamicsDiscrete Phase ModelDifferential Scanning CalorimetryDifferential Thermal AnalysisGlobal Warming Pot
13、entialLocal ApplicationMinimum Extinguishing ConcentrationOzone Depression PotentialPerfectly Stirred ReactorScanning Electron MicroscopeTotal Compartment ApplicationThermogravimetricX-ray DiffractionZoned Application中文全称水成膜泡沫计算流体力学离散相模型差示扫描量热法差热分析法全球变暖浅势局部最小灭火浓度臭氧消耗潜值完全混合反应器扫描电子显微镜全覆盖热重法X射线衍射区域目录第1
14、章绪论111细水雾灭火技术简介和研究现状1111细水雾灭火技术简介2112细水雾灭火技术研究现状712含添加剂细水雾灭火技术简介和研究现状9121含添加剂细水雾灭火技术简介9122含添加剂细水雾灭火技术研究现状913小结15第2章Cup-burner扩散火焰装置的设计与灭火实验1721Cup-burner的设计18211Cup-burner实验系统18212细水雾发生及控制系统19213细水雾收集系统2222Cup-burner火焰特征22221Cup-burner火焰特征实验22222Cup-burner火焰特征数值模拟2423超声雾化细水雾的粒径及雾化效果30231细水雾粒度分布30232
15、细水雾雾滴在气流中的受力分析34233影响雾化效果的因素分析3624细水雾抑制熄灭Cup-burner火焰的最小灭火浓度39241细水雾抑制熄灭Cup-burner火焰的实验研究39242细水雾抑制熄灭Cup-burner火焰的数值模拟4225小结47第3章含钾盐添加剂细水雾抑制熄灭Cup-burner火焰的有效性研究4931含钾盐添加剂细水雾的Cup-burner灭火实验50311含钾盐添加剂细水雾的粒度分布50含钾盐添加剂细水雾的灭火原理与工程实例312含钾盐添加剂细水雾的雾化效果51313含钾盐添加剂细水雾最小灭火浓度的确定5532含钾盐添加剂细水雾化学灭火作用效能的描述59321含钾盐
16、添加剂细水雾抑制熄灭CH4火焰的热机理59322含钾盐添加剂溶液热容值的确定62323含钾盐添加剂细水雾化学灭火作用的量化6733小结71第4章含钾盐添加剂细水雾抑制熄灭Cup-burner火焰机理的热力学分析7341含钾盐添加剂的热行为74411TGA-DSC实验方法74412含钾盐添加剂的热分析实验74413含钾盐添加剂的热分析动力学7942含钾盐添加剂细水雾加热产物分析83421实验方法83422不同温度条件下含钾盐添加剂细水雾加热产物表征85423不同浓度条件下含钾盐添加剂细水雾加热产物表征93424不同溶质条件下含钾盐添加剂细水雾加热产物表征94425不同含钾盐添加剂细水雾加热产物晶粒生长动力学9643含钾盐添加剂细水雾在一定条件下的化学热力学分析100431含钾盐添加剂细水雾灭火的一般过程100432化学热力学理论基础102433化学热力学分析10444含钾盐添加剂粉体的Cup-burner灭火实验123441实验装置及方法123442结果与讨论12545含钾盐添加剂细水雾灭火有效性综合分析12846小结131第5章含钾盐添加剂细水雾抑制熄灭Cup-burner火焰机理的动
