细水雾灭火技术
在森林航空消防中的应用初探
国家林业局西南航空护林总站 650021
摘 要：介绍了细水雾的概念、灭火机理及发展概况，结合西南航空护林总站航空灭火开展情况，就细水雾灭火技术应用到森林航空消防可能产生的效果作了分析，并提出了如何研究、开发、推广应用的建议。
关键词：细水雾；森林航空消防；西南林区
西南林区是我国的第二大林区，植被茂密，资源丰富，地处长江、珠江、澜沧江、怒江等大江大河上中游，生态地位重要，保护意义重大。同时，西南林区地处边疆，山高谷深，地形复杂，交通不便，经济落后，群众生产生活用火习惯落后，并与越南、老挝、缅甸三国交界，国境线长达5400多公里，这些原因使得许多地方社情、林情复杂，人为活动很难掌握，火源管理十分困难，容易引发森林火灾。加之森林防火基础设施建设滞后，防、扑火力量十分薄弱，一旦发生森林火灾，扑救极为困难，是全国森林防火的重点地区。而森林航空消防是利用飞机对森林火灾进行预防和扑救的一种手段，是森林防火的重要组成部分，也是我国建设生态文明的一项公益性事业。由于受各种因素的影响，可用于西南林区开展航空灭火的大型直升机机源少，数量有限，航空灭火能力有待提高，严重制约着西南航空护林总站的发展。因此，研究高新技术在森林航空消防中的应用，势在必行。高压细水雾灭火技术在国际上早已引起广泛关注和重视，目前已成为国际火灾科学前沿研究的热点之一[1]。公安部以公消[2007]193号文件的形式于2007年5月30日正式下发《关于推广使用高效细水雾消防技术装备的通知》，在文件中指出：要充分认识推广使用高效细水雾灭火技术的意义。细水雾灭火技术作为一项新的灭火技术，目前已在我国城市消防和森林消防中得到较好运用，但在森林航空消防中尚无应用先例。作为一支服务于西南林区的森林消防专业队伍，研究将细水雾灭火技术应用到西南林区森林航空消防中，对提高森林航空消防科技含量，加强这一地区森林航空消防，减少和控制森林大火的发生具有重要的现实意义。
1 细水雾的概念及灭火机理
“细水雾”（water mist）是相对于“水喷雾”（water spray）的概念，是使用特殊喷嘴，通过高压喷水所产生的水微粒[2]。在美国的有关参考文献中提到，细水雾的定义是：在设计工作压力下、距喷嘴1米处的平面上，测得水雾部分的水微粒直径Dv不大于1000μ[3]。细水雾灭火主要是通过高效率的冷却与缺氧窒息的双重作用。细水雾灭火技术是使用特殊喷嘴，通过高压喷水一是把水离析成毛细小水珠，二是使水珠获得足够大的加速动量，生成细水雾，增加单位体积水微粒的表面积。水微粒子化以后, 即使同样体积的水, 也可使总表面积增大, 而表面积的增大, 更容易进行热吸收, 冷却燃烧反应。在灭火过程中,当细水雾直接喷射进入或被卷吸进入火焰区时，由于表面积相对较大，吸收热量快，吸热的水微粒容易汽化, 体积增大约1700 倍。由于水蒸汽的产生, 既稀释了火焰附近氧气的浓度, 窒息了燃烧反应，同时大量水蒸气的存在也会降低反应区氧气及可燃气体的体积分量，有效衰减热辐射的传递，从而达到汽化冷却、隔绝氧气和衰减辐射等机理复合作用的灭火效果[4]。其灭火机理主要表现为以下几点[1]。
（1）冷却作用。细水雾雾滴直径很小，比表面积大，受热后易于汽化，在由液态变为气态的过程中，能够快速有效地从燃烧物质表面吸收大量的热量，使火源温度骤降，冷却速度比传统水枪快100倍，以达到灭火的目的。
（2）窒息作用。细水雾喷入火场后，雾滴在受热后迅速汽化，体积可膨胀1700多倍，汽化后的水蒸气将燃烧区域整体包围和覆盖，靠近火焰的大量水蒸汽会降低反应区的氧气体积，把火源处的氧气挤压出去，从而使燃烧因缺氧窒息熄灭，所以又叫“窒息式灭火”。
（3）阻隔热辐射作用。细水雾喷入火场后，蒸发形成的蒸汽迅速将燃烧物、火焰和烟羽笼罩，对火焰的辐射热具有极佳的阻隔能力，能够有效抑制辐射热引燃周围其它物品。
2 细水雾灭火技术的发展概况
细水雾灭火技术在消防方面的应用始于20世纪40年代，当时主要用于特殊场所，如运输工具等。由于当时水喷淋灭火技术作为主要发展和研究方向，细水雾灭火技术没有得到深入研究，故一直发展比较缓慢。随着科学技术的进步、人们防灭火观念的转变，特别是发现卤代烷灭火剂对大气臭氧层有破坏作用后，细水雾灭火技术作为哈龙主要替代技术之一，以易取、价廉的水作为灭火介质，对环境无污染，对人员无伤害，用水量小，对被保护对象水渍影响极小，因而在应用和研究方面，得到了国际上的广泛关注和青睐，细水雾灭火技术在20世纪90年代得到飞跃性地发展。如今，许多发达国家经历了多年的理论性试验探索以及应用性研究后，已经相继开发出多种类型的细水雾灭火系统，并且开始广泛应用在相关领域和场所[3]。细水雾目前已有一系列专利产品，并制定了相应的设计、施工及验收规范，如美国消防协会的NFPA750标准、欧盟的细水雾标准、加拿大火灾研究实验室制定的细水雾灭火系统设计工程标准。许多实验室和生产厂家已对细水雾在电子设备房、历史建筑、珍贵资料库等场所抑制和扑灭火灾的有效性进行了研究。加拿大的Securiplex公司、德国的Fogtec公司、芬兰的Marioff公司、奥地利的Hainzl公司等生产厂商都已将自己的细水雾产品应用于火灾安全的众多领域，在市场上获得了良好的反响[4]。
国内对于细水雾灭火技术的研究起步较晚，于90年代末才开始进行细水雾灭火系统的研究开发和试验工作，目前已相继开发出相应的细水雾灭火系统，并有产品问市。在森林消防领域中，国内主要是河南海力特机电制造有限公司专门研究和生产高压细水雾系列产品，并率先将产品应用到森林消防工作当中。根据该公司提供的资料显示，2006年8月在内蒙古牙克石大兴安岭林区召开的中国人民武装警察部队森警专用装备会议上，举行了大规模的森林火灾灭火演习，该公司自主研发的细水雾灭火装置、细水雾消防装甲车作为此次演习的主要灭火装备，灭火效率高，表现十分出色，中央电视台新闻联播对细水雾灭火专门进行了报道，并且在中央电视台军事频道及专业报刊杂志上转载，在业界引起了强烈反响。该公司生产的高压细水雾皮卡消防车、背负式高压细水雾灭火装置、高压细水雾消防摩托车目前已在北京中山公园、山西五台山等地运用，效果很好，得到了有关领导的好评[1]。产品被列入国家创新基金计划和国家重点新产品计划，河南海力特公司被科技部列为成长性100强企业。
3 细水雾灭火技术在森林航空消防中的应用分析
目前，西南森林航空消防用水灭火的技术主要是直升机吊桶灭火和固定翼飞机机腹洒水灭火（该灭火技术2008年2月才首次在西南航空护林总站下属保山、西昌航空护林站试验成功并应用到灭火实战）。直升机吊桶灭火是利用直升机外挂吊桶载水，从空中直接将水喷洒到火头、火线上进行扑救森林火灾的方法[5]。目前该技术在西南航空护林总站下属各航站、基地已得到普遍推广和应用，并成为常用的航空灭火手段。至2007年春航，吊桶灭火参与扑灭600余起林火，空中洒水2600余桶。由于直升机实施吊桶灭火时，从吊桶中释放出的水在自身重量作用下，迅速通过桶底开口向下喷洒，形成大量水滴，这些水滴的直径足够大以至于能穿透火焰羽流进而湿润整个燃料的表面，从而扑灭火焰。但一桶水（1.5t）在0.5min左右的时间很快释放完，直升机需要不停地往返于取水点、火场之间取水和洒水。由于有的火场距取水点较远，往返航程较远，导致吊桶灭火效率不高。而细水雾灭火技术具有高效、节水的特点，因此研究如何将细水雾灭火技术应用到森林航空消防中具有非常重要的现实价值。根据细水雾的灭火机理，结合吊桶灭火技术，细水雾灭火技术应用到西南森林航空消防中，将会具有以下几个特点[1]：
3.1 提高水灭火的效能
由于细水雾灭火技术具有高效冷却、窒息等双重灭火机理，尤其对立体燃烧的温度达1000℃以上的树冠火，其汽化速度快，体积可膨胀1700—5800倍以上，汽化后的水蒸汽将森林火场燃烧区域整体包围和覆盖，使林火因缺氧窒息而熄灭；另外，汽化后降温迅速，从林火表面吸收大量的热量，使火源温度骤降，冷却速度比传统喷洒快100倍，达到灭火的目的。细水雾灭火时的用水量仅为传统消防手段的1-5%，灭火效率却是传统灭火的200-300倍，大大提高了水的灭火效能，可以实现森林消防以水灭火为主的重大转变。
3.2 提高吊桶洒水的面积
根据西南航空护林总站吊桶灭火实践经验，一架大型直升机（如：M-8）吊桶洒水时，其载水量约为1.5t，在飞行速度100km/h、飞行高度（真高）不超过100m的情况下，其喷洒长度一般为60m，宽度为15m，面积为900m2；而1kg水雾化成细水雾后可有效覆盖200 m2以上，达到900 m2的覆盖面，只需4.5kg水即可，细水雾同时可在空中飘浮一定时间，形成立体覆盖的细水雾灭火层，快速灭火和降烟。高压细水雾出口速度大，抗风能力强，可在7级大风情况下使用，且不影响灭火效果。
3.3 屏蔽热辐射保护飞机
细水雾灭火形成的“水雾帘”对热辐射有很好的屏蔽作用，吸热速度比喷淋系统快100倍，迅速降温，使环境温度降低。可避免热辐射对人体造成灼伤，并对直升机有一定的保护作用，在一定程度上可降低飞行高度。
3.4 净化烟雾提高能见度
细水雾细小的水蒸气颗粒可将烟雾中的微粒吸附在其表面上，从而起到很强的洗涤、净化效果，有效消除烟雾中的腐蚀性物质，提高能见度。同时可对森林火灾现场进行烟尘污染治理，防止烟雾飘移影响周边环境。
3.5 节约直升机灭火时间
耗水量小，灭火效率高，可节约消防直升机往返水源地取水的飞行时间，在一定程度上可减少飞行费，降低成本，提高效益。一架M-171直升机每小时飞行费约2万元，吊挂容量为1.5t的吊桶，释放水的时间约为0.5min，而1.5t水经高压细水雾装置处理后，可喷洒15min，其余均为寻找水源和往
