石蜡作为重要的石油提炼附产品，已经应用到生产生活的多个领域。随着石蜡产品生产、储运、使用量激增，石蜡火灾频发，造成了经济损失和人员伤亡。根据物质燃烧特性，火灾可划分为A、B、C、D、E、F 6类，石蜡火灾属于B类火灾。B类火灾是指液体火灾或可熔化固体物质火灾，如汽油、煤油、柴油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡等物质燃烧形成的火灾^[1]。通过检索发现，国内外学者对石蜡火灾的研究只是将其笼统地归类到B类火灾^[2]。可熔化固体火灾虽然为B类火灾，但它们本身具有独特的理化性质和燃烧特点，不能完全运用B类火灾的灭火技战术处置石蜡火灾。

2010年以来，国内学者对石蜡火灾扑救过程中的燃烧特性进行了实验研究^[2]。消防救援领域的专家学者和一线消防指战员对石蜡火灾的扑救技战术进行了经验总结，给火灾扑救对策和人员安全防护提供了实用的指导^[3-4]。尹静^[5]针对蜡油、渣油、液体沥青储罐发生的火灾，提出可以利用蒸汽工艺灭火，供给强度为0.000 3 kg/(s·m³)。石蜡燃烧易形成流淌火，李云涛^[6]和赵金龙^[7]对溢油流淌火的蔓延、燃烧特性和机理开展了大量模型和实验研究。国外几乎没有针对石蜡火灾的灭火实验，但基于其他危险化学品的研究仍有一定的借鉴价值。对于可熔化固体火灾的实验研究，一般要从其燃烧现象、火灾参数入手，建立物理燃烧模型。国外对池火灾或油盘燃烧的研究起步较早，针对室内池火灾和开放环境中池火灾的机理、物理特征、燃烧实验和模拟计算做了大量的研究工作。从1955年开始，日本、英国、美国都开展了此类研究^[8-10]。Ditch等测量了不同油品的池火燃烧速率、辐射反馈等参数^[11]。

扑救B类火灾，水和泡沫是当今火场上的主流灭火剂，用量非常大。但是，水的运用时常会引发油品的沸溢、喷溅，而传统泡沫灭火剂保质期较短。因此，国内外都已研发出新型泡沫灭火剂或水添加剂取代传统灭火剂。国外研发高效灭火剂开始比较早，比如微胞囊类灭火剂是由美国危险控制技术公司(Hazard Control Technologies，Inc.)和FSP公司(Fire Service Plus)研制成功并投产应用的，代表性产品为F-500和法安德2000，其出色的灭火效果已经在灭火实践中初步显现，添加了F-500的低压细水雾灭B类火灾效率较纯水细水雾提高约3~5倍^[12-14]。

综上所述，目前国内外对石蜡火灾的研究缺乏小尺寸真火实验，而是集中在石蜡火灾案例的技战术经验总结或笼统归类到B类火灾进行研究。本文选择石蜡作为研究对象，进行油盘燃烧灭火实验，对比不同灭火剂的灭火效果，以丰富石蜡火灾的燃烧理论以及灭火技战术。

1 研究方法

为了对比不同灭火剂对石蜡火灾的灭火效果，本文将石蜡火灾灭火实验物理模型简化为油盘燃烧灭火实验模型^[15]，设计了标准管枪灭火^[16]和灭火器灭火2个实验工况，主要测试了直流水、泡沫、水凝胶、干粉、二氧化碳等典型灭火剂的灭火效能。为了更有效地利用水来灭火，扩大灭火范围，可在水中加入添加剂，以改进水的某些性能。本实验利用水凝胶改良水的持水性能和防沸溢喷溅性能。石蜡火灾灭火实验通过油盘燃烧模拟实体火灾，测试评估各类灭火剂扑救石蜡火灾的效能，从而选择最佳灭火剂和喷射方法，为提高灭火救援效率、避免人员伤亡、优化灭火技战术提供重要依据。本文技术路线如图 1所示。

2 实验设计 2.1 实验装置

石蜡具有可燃特性和特殊的火灾危险性。本文根据图 2所示的石蜡火灾灭火实验模型，进行了不同灭火剂的灭火效果对比实验。该模型主要由燃烧装置、数据采集系统和灭火系统构成，详见文[2]。

按照L/D(L为探头距油盘圆心的距离，D为油盘直径)不同比例合理布置热辐射探头^[17-18]，根据不同型号油盘直径大小分别布置5个探测点，探头固定在与油盘顶部等高的铁架台上，探头测量范围为0~100 kW/m²，测量视角为0°~180°；热电偶固定在油盘里侧底部，测量灭火过程中蜡油的温度变化。不同型号油盘的热辐射探头分布距离如表 1所示。

2.2 实验材料

1) 58#全精炼石蜡。58#全精炼石蜡由中国石油化工股份有限公司大庆石化分公司生产，外观为颜色洁白的块状固体，每块质量为5 kg，无机械杂质及水分，无嗅无味，熔点58~60 ℃，其化学组成主要为正构烷烃。

2) 水凝胶。水凝胶粉由浙江大学研发生产，为白色固体粉末，光滑细腻；使用时，与清水以2‰的质量浓度进行配比。遇水后，水凝胶粉体积迅速膨胀，形成黏稠的胶体，搅拌后均匀悬浮在水中，不分层不沉淀，形态均一。由于水凝胶降低了水的表面张力，当胶体喷射到固体表面时，可均匀附着在固体表面，基本不会流动，黏附效果很好。通过简单的试验性灭火得知，水凝胶具有良好的持水作用，是一种优良的持水剂，而且具有很好的灭火和阻燃效果。

3) 泡沫灭火剂。泡沫灭火剂由河北省廊坊市金苑药剂厂生产。实验选取最具代表性的普通蛋白泡沫灭火剂，它目前是中国石油化工消防中使用最广泛的灭火剂之一，稳定性好，析液时间长，使用时浓度配比为3%。

4) 水。水作为灭火剂，是以直流水、开花水、喷雾水、细水雾和水蒸气5种形态使用的。本实验主要采用直流水的灭火形态。

由于水凝胶和泡沫的配置比例较小，3种水系灭火剂的体积流量或质量流量基本一致，因此灭同等规模的油盘火的效果具有可比性。

3 结果与讨论 3.1 标准管枪喷射灭火实验结果

标准管枪喷射系统由动力装置和喷射装置组成：动力装置是机动泵或手抬泵；喷射装置由标准多用枪头和输送管道组成，可以喷射直流水、水凝胶、泡沫3种灭火剂。

3.1.1 直流水灭火实验结果

1) 当油盘直径D=0.504 m时，将质量流量为50 g/s的直流水匀速喷射至油盘中心，记录实验现象和灭火数据。重复实验3次，实验结果如表 2所示。实验中测得火焰平均高度为1.5 m，灭火前后油盘内的蜡油温度平均下降了134 ℃，在L/D=1处的热辐射强度灭火后比灭火前下降(简称“辐射降”)了25 kW/m²。

2) 当油盘直径D=0.874 m时，同等质量流量的直流水灭火实验结果如表 3所示。测得火焰平均高度为2.5 m，L/D=1处的辐射降为40 kW/m²。

从表 2和3可以发现，3次实验中灭火前后油盘内的蜡油温度差别明显，主要原因是直流水灭火使石蜡燃烧发生剧烈沸溢，又使燃烧火焰呈现不规则的剧烈跳动，导致热电偶的测温结果出现明显波动。本实验记录了火焰扑灭瞬间热电偶测得的平均蜡油温度，因此温度值会有一定的上下浮动，但不影响分析整个灭火实验的总体变化趋势。

如图 3所示，选取表 3中第2次实验的温度-时间变化曲线和热辐射通量-时间变化曲线进行分析。实验中开始喷射灭火剂的时刻为第100 s，100 s时的平均蜡油温度为238 ℃，100 s时L/D=1处的平均热辐射通量为45 kW/m²；经过大约29 s的喷射灭火，火焰在129 s时被扑灭，此时的平均蜡油温度为87 ℃，L/D=1处的平均热辐射通量为5 kW/m²。此组实验的灭火时间为29.06 s，L/D=1处的辐射降约为40 kW/m²。

3) 当油盘直径D=1.335 m时，50 g/s流量的直流水已经无法扑灭火焰，火焰平均高度达10 m，喷溅导致石蜡喷射性燃烧，产生的燃烧火柱最高可冲至15 m高空，如图 4所示。

此外，沸腾的蜡油向四周喷涌，最远可达离油盘圆心10 m处，炙热的高温和密集喷射的蜡油使油盘周围20 m范围内无防护措施的人员无法接近。用流量大于3.5 L/s的直流水强行使火焰熄灭，灭火后仍然有密集的白色蜡滴喷涌而出，如图 5所示。

3.1.2 泡沫灭火剂灭火实验结果

1) 当油盘直径D=0.504 m时，将质量流量为50 g/s、浓度配比为3%的蛋白泡沫灭火剂匀速喷射至油盘中心。实验结果如表 4所示。实验测得火焰平均高度为1.5 m，L/D=1处的辐射降为20 kW/m²。

2) 当油盘直径D=0.874 m时，实验结果如表 5所示。测得火焰平均高度为2.5 m，L/D=1处的辐射降为30 kW/m²。

3) 当油盘直径D=1.335 m时，实验结果如表 6所示。测得火焰平均高度为5.0 m，L/D=1处的辐射降为40 kW/m²。

3.1.3 水凝胶灭火实验结果

在节3.1.1实验中，直流水灭火会引发剧烈的沸溢或喷溅现象。为了防止沸溢喷溅发生，本文选取了添加剂进行实验，发现水凝胶灭火剂具有良好的防沸溢喷溅作用。

1) 当油盘直径D=0.504 m时，将质量流量为50 g/s、质量配比为2‰的水凝胶流体匀速喷射至油盘中心。实验结果如表 7所示。测得火焰平均高度为1.5 m，L/D=1处的辐射降为22 kW/m²。

2) 当油盘直径D=0.874 m时，实验结果如表 8所示。测得火焰平均高度为2.5 m，L/D=1处的辐射降为35 kW/m²。

3) 当油盘直径D=1.335 m时，实验结果如表 9所示。测得火焰平均高度为5.0 m，L/D=1处的辐射降为45 kW/m²。

3.1.4 3种水系灭火剂灭火实验结果对比

综上，将3种水系灭火剂扑救各型号油盘火的实验结果进行对比，包括火焰平均高度H、灭火前后的蜡油平均温度T_before和T_after、平均灭火时间t以及L/D=1处的辐射降q_down，整理如表 10所示。

3.2 灭火器喷射系统灭火实验结果

灭火器喷射系统主要包括干粉、二氧化碳和泡沫3种手提式灭火器。灭火器规格如表 11所示。

为了进一步比较干粉灭火剂、气体灭火剂以及灭火剂联用灭石蜡火灾的效果，选取了泡沫、干粉和二氧化碳灭火器进行对比实验。干粉灭火器是利用二氧化碳或氮气作为动力将筒内的干粉喷出灭火的，因此干粉灭火器具有双重灭火剂联用的效果。考虑到灭火器容量，本文只选取3B型号油盘(D=0.874 m)进行实验。从表 12所示的实验结果可以发现，泡沫灭火器的灭火效果最好，而且没有复燃现象。

干粉的灭火机理主要是对燃烧的抑制作用，即捕捉火焰中的游离基^[19]，通过化学抑制作用来扑灭火灾。石蜡燃烧的特点使干粉的灭火效能没有凸显出来。虽然大量的干粉可以在初期控制住火势，但干粉没有降温效果，石蜡燃烧的高温和热辐射很快使自由基再次生成，很容易导致石蜡复燃。因此，干粉对未燃物质的保护作用有限，也不适用于大型火场灭火。

气体灭火剂的灭火原理是窒息作用，冷却效果不大。在大型石蜡火灾现场，通风状况良好，高强的热辐射还会使空气产生很强的对流。即使在封闭环境中，也要灌注大量的惰性气体才能使火焰熄灭。因此，气体灭火剂不适合灭石蜡火灾，很难在大型火场推广应用。

3.3 各灭火剂灭火效能评估对比

综合以上实验，本文对各灭火剂在相同流量条件下的灭火时间、灭火剂消耗量、防止沸溢喷溅效果、降温和辐射降效果进行评估对比。

3.3.1 灭火效果

当油盘直径D＜1 m时，各灭火剂灭火效果排序：泡沫＞直流水＞水凝胶。干粉和二氧化碳灭火效果不明显。直流水、泡沫和水凝胶的灭火效果对比如图 6所示。

泡沫具有覆盖、遮断、冷却、稀释、窒息的综合效果，因此灭火效能最佳。直流水和水凝胶的主要灭火作用是冷却，同时水力冲击和对蜡油的稀释改变了蜡油持续燃烧所必需的状态，减弱了燃烧强度。水灭石蜡火引起的沸溢、喷溅带走了大量的可燃物和热量，加速了火焰熄灭的速度。因此，从时间上看，直流水的灭火效果好于水凝胶。

当油盘直径D＞1 m时，各灭火剂灭火效果排序：泡沫＞水凝胶＞直流水。50 g/s流量的直流水无法使火焰熄灭；干粉和气体灭火剂很难在大型火场推广应用。

3.3.2 防止沸溢和喷溅效果

各灭火剂防止沸溢和喷溅效果排序：泡沫＞水凝胶＞直流水。直流水会引发剧烈的沸溢；柔软的泡沫覆盖在石蜡油表面，而且析出液体的速度较慢，因此不会出现沸溢或喷溅；水凝胶在加水膨胀后，质感黏稠，吸附和持水效果增强，且水凝胶分子和石蜡油分子通过分子间作用力和化学键的作用绞合在一起，也大大降低了沸溢喷溅的发生。由于水的密度大于蜡油，直流水的冲击使水分迅速下沉，形成很多乳化水滴和较厚的水垫层，高温蜡油和石蜡燃烧形成的热波使水体体积膨胀，向外溢出，形成沸溢。当油盘直径D＞1 m时，水垫层汽化加速，会产生火柱形燃烧并向空中喷射，没有燃尽的蜡油也向外沸腾喷射，形成喷溅。

3.3.3 降温和辐射降效果

各灭火剂的降温和辐射降效果排序：直流水＞水凝胶＞泡沫＞干粉、二氧化碳。水系灭火剂的降温与辐射降效果主要依靠水的汽化吸热来完成。当水与炽热的燃烧石蜡油接触时，水被加热和汽化的过程会吸收大量的热。因此，灭火剂含水量越高，辐射降效果越好。由于水和水凝胶的含水量基本一样，因此水与水凝胶的降温效果差别不大。但是，水会引发剧烈的沸溢或喷溅，水凝胶却不会，这样就使得在沸溢喷溅过程中，向外喷涌的蜡油和水滴带走了很多热量，导致水的辐射降效果稍好于水凝胶。泡沫存在析液时间，自由水比例下降，因此辐射降效果稍微差一些。干粉与气体灭火剂几乎没有降温效果。

图 7所示为直流水、泡沫和水凝胶3种水系灭火剂灭1B油盘的辐射降变化曲线，横轴表示相对时间。现将辐射降最终效果统一设定为零，即假定经过3种灭火剂灭火后没有了热辐射影响；再经过函数拟合，曲线峰值即为各灭火剂的辐射降效果。可以看出，在各自的灭火时间内，水的辐射降曲线峰值最大，泡沫最小，也就是说水的辐射降效果最好，水凝胶次之，泡沫稍差一些。

3.3.4 各灭火剂灭火应用分析

1) 纵观各种灭火剂，泡沫灭火剂的灭火速度最快，效果最好。

2) 流量足够大的强力直流水可以灭石蜡火。比如，额定喷射压力大于0.35 MPa、额定流量大于5 L/s的直流水枪可以有效阻挡和消灭流淌火势。但直流水灭火存在以下缺陷：(a) 可引发剧烈的沸溢或喷溅；(b) 可使石蜡漂浮水上或凝结水下，导致地面滑腻。

3) 对于流淌火，泡沫灭火剂与强力直流水是首选的灭火剂。

4) 水凝胶不会导致沸溢和喷溅，也是一种可选灭火剂，而且具有很好的阻燃和持水效果。

5) 干粉和气体灭火剂灭火、冷却效果都不好，难以在火场推广使用。

石蜡一旦发生火灾，使用泡沫灭火剂的灭火效果最好，可在最短时间内衰减火焰、扑灭火灾，建议用于快速扑灭初期火灾、控制和阻挡火势发展、防止火灾复燃等。为了更好把握灭火主动权，还可以使用直流水降温和辅助灭火，建议用强力直流水阻挡和消灭流淌火。使用直流水时要注意，流量小的直流水会导致剧烈的沸溢或喷溅，使火焰喷张、温度更高、热辐射更强，不但不利于灭火，还会带来更大的麻烦。但经过实战证明，使用流量足够大的强力直流水进行冲击，可以有效应对流淌火势和流动的蜡油，而且要与筑堤围堰、原料转输、使用添加剂等有效的战术措施结合使用，才会取得更好的灭火效果。干粉、气体等灭火剂可以辅助灭火，但不能作为主要灭火剂。

4 结论

本文基于石蜡火灾灭火实验装置，对直流水、水凝胶、泡沫、干粉、二氧化碳等多种灭火剂进行了灭火效果对比。通过对不同灭火剂灭火时间、消耗量、防止沸溢喷溅效果、降温效果和辐射降效果进行评估，分析了各灭火剂的优缺点。其中，泡沫灭火剂灭火速度最快，效果最好。流量足够大的直流水可以灭石蜡火并能有效阻挡流淌火势，但使用不当会导致剧烈的沸溢或喷溅。水凝胶不会导致沸溢与喷溅，也是一种可选灭火剂。干粉和气体灭火剂灭火、冷却效果均不好，难以在火场推广使用。实验中，各灭火剂均有自己的优势和不足，在实战中，只有取长补短、合理组合才能使灭火效果达到最佳。