消防水力基础知识.ppt

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1、消防水力基础知识,水的概述,水是自然界中广泛存在的一个物质,也是人类赖以生存的最基本物质,为我们大家所熟知。从外太空看地球，地球呈蓝色就是因为地球的土壤、岩石、江河中充满了水，地球表面71%被水覆盖，水在地球中的存量非常之大，用具体的数据来讲，水在自然界中有1360000000立方公里，其中海洋占1320000000立方公里（97.2%）、冰川、冰盖25000000立方公里（1.8%）、淡水250000立方公里（0.02%）、大气中的水蒸气1300立方公里（0.001%），可见，在我们正常生活环境中存量确实是巨大的，从消防的角度是取之不尽的。,第一节 水的性质,水的性质：水是无嗅无味的液体，其

2、不仅取用方便，分布广泛，在化学上呈中性，无毒，且冷却效果非常好。因此，水是最常用、最主要的灭火剂。,一、水的基本特性 水有三种状态：固体、液体和气体。液体与固体的主要区别是液体容易流动，液体与气体的主要区别是液体体积不易压缩。水在常温下为液体，在常压下、水温超过100时，蒸发成气体，水温下降到时，即凝结成固体称为冰。,（一）水的比热容 水温升高1，单位体积的水需要吸收的热量，称为水的比热容。若将水的比热容作为1，则其他液体的比热容均小于1，水比任何液体的比热容都大。1 L水温度升高1，需要吸收4200J的热量。若将1L常温的水(20)喷洒到火源处，使水温升到100，则要吸收热量336kj。水的

3、比热容大，因而用水灭火、冷却效果最好。,水的比热最大。这就意味着，在同样受热或冷却的情况下，水的温度变化要小些。水的这个特征对气候的影响很大。在受太阳照射条件相同时，白天沿海地区比内陆地区温升慢，夜晚沿海地区温度降低也少。所以一天之中，沿海地区温度变化小，内陆地区温度变化大。在一年之中，夏季内陆比沿海炎热，冬季内陆比沿海寒冷。水比热大的特点，在生产、生活中也经常利用。如汽车发动机、发电机等机器，在工作时要发热，通常要用循环流动的水来冷却。冬季也常用热水取暖。,（二）水的汽化热 单位体积的水由液体变成气体需要吸收的热量称为水的汽化热。水的汽化热很大，1L100的水，变成100的水蒸气，需要吸收2

4、264kJ的热量。因此，将水喷洒到火源处，使水迅速汽化成蒸汽，具有良好的冷却降温作用。同时，水变成蒸汽时体积扩大。1 L水变成水蒸气后体积扩大1 725倍蒸气是惰性气体，占据燃烧区空间，具有隔绝空气的窒息灭火作用。实验得知，水蒸气占燃烧区的体积达35%时，火焰就将熄灭。,（三）水的冰点 纯净的水当温度下降到时，开始凝结成冰。水结成冰时，释放出溶解热335kJ/L水结成冰，由液体状态变成固体状态，水分子间的距离增大，因而体积随之扩大。因此，在冬季应对消防给水管道和储水容器进行保温，以免水结成冰时体积扩大，致使消防设备损坏。处于流动状态的水不易结冰，因为水的部分动能将转化为热能。因此，为了不使水带

5、内的水冻结成冰，在冬季火场上，当消防队员需要转移阵地时不要关闭水枪。若需要关闭时，应关小射流，使水仍处于流动状态。,二、水的主要物理性质 在水力学中，与水运动有关的物理性质主要有以下六个方面。（一）密度和容重 单位体积内物质所具有的质量称为密度，单位体积内物质所具有的重量称为容重。不同液体的密度和容重各不相同，同一种液体的密度和容重又随温度和压强而变化。在正常大气压强条件下，水在不同温度时的容重见表4-1。水在4时容重最大，此时1L纯净的水重1kg。,表4-1 水在不同温度时的容重,（二）黏滞性 当水在流动时，水分子之间、水分子与固体壁面之间的作用力显示为对流动的阻抗作用，即显示出所谓黏滞性阻

6、力（内摩擦阻力），水的这种阻抗变形运动的特性就称为黏滞性。需要说明的是当液体运动一旦停止，这种阻力就立即消失。因此，黏滞性在液体静止或平衡时是不显示作用的。,水在管道中的摩擦力示意图,上图是把水分子放大后，几个水分子将一个管道占满，我们可以想像水分子之间和水分子与管道壁之间的挤压所产生摩擦力的景像。,举例说明一下水的黏滞性：如果测出渠道水流的过水断面上各点的流速u，并绘出过水断面上的流速分布，如图41所示（图中每根带箭头的线段的长度表示该点流速的大小）。发现过水断面上的流速分布是不均匀的。渠底流速为零，随着离开固体边界的距离的增加，流速逐渐增大，至水面附近流速最大。水流过水断面上会形成不均匀的

7、流速分布是因为水流黏滞性所致。紧靠固体壁面的第一层极薄水层由于附着力的作用而贴附在壁面上不动，,图4-1渠道过水断面流速分布,u,第一水层将通过黏滞作用而影响第二水层的流速，如此逐层影响下去。离开壁面的距离愈大，壁面对流速的影响愈小，其结果就形成了图4-1所示的流速分布规律。就是这样，固体边界通过水的黏滞性，对水的运动起着阻滞作用。水的黏滞性可用黏滞力即内摩擦力来表达。流得快的水层对流得慢的水层起拖动作用，因而快层作用于慢层的内摩擦力与流向相同，反之慢层对快层起阻滞作用，则慢层作用于快层的摩擦力与流向相反，两力大小相等、方向相反，都具有抗拒其相对运动的性质。由于水在管道或水带内流动要克服内摩擦

8、力，因此，会产生水头损失。,（三）压缩性,水的体积随压力增加而减小的性质称为水的压缩性。在密闭容器内液体表面上，用活塞加压，液体就受到压力，受压后的液体体积要缩小。根据实验，把温度为20CC在0.lMPa压力作用下的水体积作为1，不同压力时的水体积如表4-2 表4-2 温度为20C不同压力时的水体积,从表4-2中可以看出，随着压力增加水体积变化不大。因此，通常把水看成是不可压缩的液体，但对个别特殊情况，水的压缩性不能忽略。如水枪上的开关突然关闭时，会产生一种水击现象，在研究这一问题时，就必须考虑水的压缩性。（四）膨胀性 水的体积随水温升高而增大的性质称为水的膨胀性。根据实验，在常压下10 20

9、C的水，温度升高1，水的体积增加万分之一点五；在常压下70 95 CIC的水，温度升高1，水的体积增加万分之六。可以看出，其体积变化较小。因此，在消防设计和火场供水中水的膨胀性均可略去不计。,（五）溶解性 溶质在水中的扩散称为溶解。物质能否在水中溶解，与物质分子的极性有关。凡是由极性分子或与水分子结构相似的分子组成的物质均易溶于水，如食盐、糖，丙酮、乙醚、乙醇等。与水分子极性不同的物质不易溶于水或不溶于水，如汽油、煤油、柴油、苯等。用水可以扑灭易溶于水的固体物质火灾；用水可以扑救比水重且不溶于水的可燃液体；用水可以稀释溶于水的可燃液体，使火灾得到控制或扑灭。,（六）水的导电性 水的导电性能与水

10、的纯度、射流形式等有关。水中含有杂质越多，电阻率越小，导电性能越大。纯净水电阻率很大，为不良导体。天然水源一般都含有各种杂质，因而称为良导体。流散于地面上的水，均能导电，在火场上应防止触电。,导电图例一,导电图例二,导电图例三,三、水的化学性质（一）水的分解 水由氢、氧两元素组成。灭火时消防射流触及高温设备，水滴瞬间汽化，体积突然扩大，会造 物理性爆炸事故。当水蒸气温度继续上升超过1500以上时，水蒸气将会迅速分解为氢气和氧气：2H20=2H2+02 氢气为可燃气体，氧气为助燃气体，氢气和氧气相互混合，形成混合气体，在高温下极易发生化学性爆炸，其爆炸范围广，爆炸威力大。若无可靠的防范措施，就会

11、造成火灾爆炸事故。,高温,2004年7月30日30日3时40分左右，位于江苏省江阴市青阳工业园区的无锡兆顺不锈钢有限公司一号高炉发生爆炸。经初步了解，有6人死亡，5人失踪，23人受伤。事故原因初步认定为电炉钢水遇到冷却水后发生爆炸，同时引燃液压油。原因分析：疑是钢水遇到冷却水公安、质监、监察、检察、工会等部门组成事故调查组。他们初步判断，引起爆炸的直接原因是由于电炉内钢水遇到冷却水而引发爆炸，具体原因尚需进一步调查。,高温,（二）水的化学反应 水能与许多物质起化学反应。1水与活泼金属反应 水与活泼金属锂、钾、钠、锶、钾钠合金等接触，将发生强烈反应。这些活泼金属与水化合时，夺取水中的氧原子，放出

12、氢气和大量的热量，使释放出来的氢气与空气中氧气相混合形成的爆炸性混合物，发生自燃或爆炸。2Na+2H202NaOH+H2+热量,2水与金属粉末反应 水与锌粉、镁铝粉等金属粉末接触，在火场高温情况下反应较剧烈，放出氢气，会助长火势扩大和火灾蔓延。Zn+H20=Zn0+H2 金属铝粉和镁粉相互混合的镁铝粉与水接触，比水单独与镁粉或铝粉接触反应强烈得多。水与镁粉或铝粉单独接触时，在反应过程中生成不溶于水的氢氧化铝和氢氧化镁沉淀，而氢氧化铝和氢氧化镁是不燃烧的薄膜，覆盖在金属表面，阻碍着铝粉和镁粉的继续燃烧。,而水与镁铝粉接触，则同时生成偏铝酸镁。偏铝酸镁溶解于水，因而使镁铝粉表面不能形成不燃的薄膜，

13、使水与镁铝粉无障碍地继续反应，放出氢气和大量的热量，这在火场上会助长燃烧或发生爆炸现象。Mg(OH)2+2A1(OH)3Mg(Al02)2+4H20 2Al+6H20 2A1(OH)3+3H2+热量 3水与金属氢化物反应 水与氢化锂、氢化钠、四氢化锂铝、氢化钙、氢化铝等金属氢化物接触，氢化物中的金属原子与水中的氧原子结合，则氢化物和水中的氢原子放出，产生大量的氢气，会助长火势。,NaH+H20-NaOH+H2+热量AIH3+3H20-Al(OH)3+3H2,4水与硅金属化合物反应 水与硅化镁、硅化铁等接触，会释放出自燃物四氢化硅，四氢化硅易与空气中的氧反应，发生自燃。Mg2 Si+4H20=2

14、Mg(OH)2+SiH45水与碳金属反应 水与碳化钙、碳化钾、碳化铝等接触时，碳化物中的金属原子与水中的氧原子结合，碳化物中的碳原子与水中的氢原子化合，生成易燃易爆的碳氢化合物气体，并释放出大量的热量。CaC2+2H20=Ca(OH)2+C2H2+热量 水与石灰氮（俗称电石，CaCN2接触，能释放出可燃气体氨。不纯净的电石与水接触，还能释放出乙炔气。在火场上，这些碳氢化合物（如乙炔、甲烷和氨等）都有助长火势扩大和火灾蔓延的可能。,6水与硼氢类物质化学反应 水与硼氢类物质，如二硼氢、硼氢化钾、硼氢化钠等接触，释放出氢气和大量的热量。B2 H6+6H20=2H2B03+6H2+热量 7水与磷化物发

15、生反应 水与磷酸钙、磷化锌等磷化物接触，生成磷化氢，磷化氢在空气中中能自燃。Ca3 P2+6H20=3 Ca(OH)2+2PH3+热量 由此可见，水与某些化学物质接触，有可能发生自燃，释放出可燃气体和大量热量以及有毒气体等，从而引起燃烧或爆炸。因此，在扑救火灾时应根据物质的性质，采取相应的灭火剂。凡与水接触能引起化学反应的物质严禁用水扑救。,前面我们已经对水的性质、特点进行了较为全面的讲解，那么，最后我们对水在灭火中的作用做一个补充和概括。一、水的灭火作用 1、冷却作用 水的热容量和汽化潜热很大，每公斤水的温度升高1，就会吸收4184J的热量；每公斤水蒸气汽化时，要吸收2259J的热量。因而当

16、水与炽热的燃烧物接触时，在被加热和汽化的过程中，就会大量吸收燃烧物的热量，使燃烧物冷却至停止燃烧。,2、窒息作用 水灭火时，遇到炽热的物资而汽化，产生大量水蒸气，一公斤水可生成1700L水蒸气。水变成水蒸气后，体积急剧增大，大量的水蒸气占据了燃烧区的空间，阻止了周围的空气进入燃烧区，从而显著地降低燃烧区域内的含氧量，迫使氧逐渐减少。在一般情况下，空气中含有35%体积的水蒸气，燃烧就会停止。3、对水溶性可燃、易燃液体的稀释作用 水溶性可燃、易燃液体发生火灾时，在可能用于水扑救的条件下，水与可燃、易燃液体混合后，可降低它的浓度和燃烧区内可燃蒸气的浓度，使,燃烧速度减低。在水溶性可燃、易燃液体的浓度

17、降低到可燃浓度以下时，燃烧即自行停止。但在大量水溶性溶剂存在的情况下，必须注意稀释后，由于体积增大，是否会溢出容器造成流淌火现象。4、分离作用 经灭火器具（尤其是直流水枪）喷射形成的水流具有很大的冲击力，这样的水流遇到燃烧物时，将使火焰产生分离，这种分离作用一方面使火焰“端部”得不到可燃蒸汽的补充，另一方面使火焰“根部”失去维持燃烧所需的热量，使燃烧中止。,5、乳化作用 用水喷雾灭火设备扑救油类等非水溶性可燃液体时，由于雾状水射流的高速冲击作用，微粒水珠进入液层并引起剧烈的扰动，使可燃液体表面形成一层水粒和非水溶性液体混合组成的乳状物表层，这样就可减少可燃液体的蒸发量而难于继续燃烧。,第三节

18、消防射流,一、消防射流（一）消防射流的含义 消防射流是指灭火时由射水器具喷射出来的高速水流。（二）消防射流的类型 常见的射流类型有密集射流和分散射流两种。1.密集射流（1）密集射流的定义 高压水流经过直流水枪喷出，形成结实的射流称为密集射流。密集射流靠近水枪口处的射流密集而不散，离水枪口较远处射流逐渐分散。密集射流耗水量更大，射程远。冲击力大，机械破坏力强。（2）密集射流适用范围 建（构）筑物室内消火栓给水系统中配备的直流水枪和消防车上使用的直流水枪，都是密集射流扑救火灾。,2.分散射流 高压水流经过离心作用、机械撞击或机械强化作用使水流分散成点滴状态离开水枪，形成扩散或幕状射流称为分散射流。

19、分散射流根据其水滴粒径大小又分为喷雾射流和开花射流两种类型。(1)喷雾射流 分散射流时，水滴粒径平均小于100um时，称为喷雾水射流。喷雾射流的特点是控制面积大，用水量省，燃烧区蒸汽浓度大，吸收大量汽化热，隔绝空气，降低空气中含氧量，有良好的降温和窒息作用，同时，水渍损失小，出烟效果好。喷雾射流适用于石油化工企业水幕分隔装置的扑救等。（2）开花射流 分散射流时，水滴直径平均在100-1000um之间，称为开花射流。开花射流的特点同喷雾射流，其适用于要求水渍损失小或缺水地区。,1、直流水枪常用的直流水枪喷嘴口径有13mm、16mm、19mm三种。直流水枪是一种喷射密集充实水流的水枪，具有射程远、

20、水量大、冲击力强等优点。直流水枪的使用 使用直流水枪灭火时，由于水枪射流产生反作用力，因此，如变更射流方向时应缓慢操作；使用开关式直流水枪时，开关动作应缓慢进行，以免产生水击现象，造成水带爆破或者影响消防员安全。水枪充实水柱由水枪喷嘴起到射流90%的水柱量穿过380mm圆孔处的一段射流长度称为充实水柱。,2.喷雾水枪 是一种喷射雾状射流的消防水枪。特点：比密集充实射流有更好的冷却和窒息效果，对可燃液体及气体吹灭和乳化灭火作用，有良好的隔绝热辐射效果和电绝缘性能，有强烈的驱散烟气能力。该水枪适用于扑救建筑室内火灾，带电设备火灾、可燃粉尘火灾及部分可燃液体和气体火灾，还可稀释浓烟及可燃气体和氧气的

21、浓度。,（1）喷雾水枪的分类和用途 喷雾水枪分为离心式喷雾水枪、机械撞击式喷雾水枪和簧片式喷雾水枪三种。喷雾水枪是一种喷射雾状水流的消防水枪，用于扑救带电设备火灾、可燃粉尘火灾及部分可燃液体火灾等。（2）喷雾水枪的使用 使用喷雾水枪灭火时，应注意喷雾角、射流方向和喷雾射流类型的选择。,3.开花直流水枪开花直流水枪是一种喷射直流水流和开花水流的水枪。由于开花直流水枪可以单独或同时喷射密集充实射流和伞形射流，常在火场中以伞形开花射流隔离热辐射，掩护消防员进入火场接近火源，以密集射流扑救一般固体物质火灾或冷却保护其他物质。,4.多用水枪 多功能水枪既可喷射密集射流，又可喷射雾状射流，有的还可以喷射水

22、幕，而且几种射流可以相互转换，组合使用，对火场需要适应性好。多功能水枪最好不要用于扑救带电设备火灾，以免因误操作造成伤害。,5.脉冲水枪 脉冲水枪是一种新型水枪，其自带水源和压缩空气源，水渍损失小、用水量省、灭火效率高，可以喷射超细水雾，适用于扑灭建筑内初起火灾、小型油品火灾和汽车火灾。,（二）消防水炮按安装方式可以分为固定式、车载式和移动式水炮消防水炮按控制方式可分为手动消防水炮、电动消防水炮和液控消防水炮三种类型。,二、水流形态及在灭火中应用水作为灭火剂，是以下四种形态出现的。水的形态不同，灭火效果也不同。1、直流水。可扑救下列物质火灾：（1）一般固体物质火灾，如木材、纸张、稻草、棉麻、煤

23、炭、橡胶等。（2）能够冲击、渗透到可燃物质的内部，用来扑救阴燃物质的火灾。（3）可以扑救闪点在120以上、常温下呈半凝固状态的重油火灾。（4）利用直流水的冲击力，可切断或驱逐火焰，如扑救石油和天然气井喷火灾。,2.开花水（滴状水）。开花水除了可扑救一般可燃固体物资火灾外，还可扑救纤维物质、谷物堆囤等火灾。3.喷雾水（雾状水）。可扑救下列火灾：（1）重油或沸点高于80的石油产品火灾。（2）粉尘火灾，纤维物质、谷物堆囤物质等固体可燃物质火灾。（3）带电的电气设备火灾，如油浸式电力变压器，充有可燃油的高压电容器，油开关等。,4.水蒸气。有如下作用：（1）对于汽油、煤油、柴油和原油等可燃液体，当燃烧区

24、的水蒸气浓度达到35%以上时，燃烧就会停止。（2）利用水蒸气扑救高温设备火灾时，不会引起高温设备的变形和破坏。（3）水蒸气主要适用于容积500立方米以下的密闭厂房，以及空气不流通的地方或燃烧面积不大的火灾。有关资料显示，如果将公斤冷水喷洒在燃烧物上，灭火面积有效值也只有.1平方米。但是，如果用公斤蒸汽则可以使立方米的空气中含,水蒸气以上，含氧以下。研究表明，开水的灭火效果要比热水高倍，比冷水效果高倍以上。在灭火实践中，升热水每秒钟所起的作用相当于升的冷水。三、水灭火作用的局限1、不能用于扑救“遇水燃烧物质”的火灾。钾、钠、钙、镁等轻金属和碳化钙等物质的火灾绝对禁止用水扑救。2、不能用直流水扑救

25、有可燃粉尘积聚处的火灾。面粉、铝粉、糖粉、煤粉、锌粉等沉积粉尘被水流冲击后，悬浮在空气中，易引起粉尘爆炸。,3、在没有良好接地设备或没有切断电源的情况下，不能用直流水扑救高压电器设备、线路的火灾。因为水具有一定的导电性能，特别是地下水含矿物质较多，其导电性能更强。但保持适当的距离，可用喷雾水扑救。4、易被水破坏而失去其使用价值的物资与设备，不可用水扑救。如图书、纸张、档案、精密仪器、设备等火灾。5、某些高温生产装置设备着火时，不宜用直流水扑救。因为，这些高温设备的金属表面再受到水流的突然冷却时，机械强度会受到影响，设备可能遭到破坏。溶化的铁水、钢水引起的火灾，也不能用水扑救。,6、轻于水且不溶于水的可燃液体火灾，不能用直流水扑救。如汽油、煤油等火灾，因水往下沉而可燃液体仍然继续浮在水面上燃烧，所以不能用直流水扑救。但原油、重油可以用喷雾水流扑救；汽油也可使用喷雾水和水蒸气扑救。储存大量浓硫酸、浓硝酸场所发生的火灾，不能用直流水扑救，以免引起酸液发热飞溅，必要时宜用雾状水扑救。,