大型冷庫干濕兩用消火栓系統的應用與優化

張武暉

(甘肅省慶陽市公安消防支隊西峰區大隊,甘肅慶陽 745000)

大型冷庫干濕兩用消火栓系統的應用與優化

張武暉

(甘肅省慶陽市公安消防支隊西峰區大隊,甘肅慶陽 745000)

本文首先分析了大型冷庫的火災特點,并定性辨識了大型冷庫的火災危險性。提出了在冷庫環境中設置干濕兩用消火栓系統的構想,并進行了可行性分析。最后,針對干濕兩用系統存在的弊端,從管道充水時間、系統可靠性和系統運營等方面提出了系統優化方案,解決了干濕兩用消火栓系統的自身的缺陷和規范設計的難點,為實際大型冷庫的消防安全設計提供參考。

大型冷庫 干濕兩用 消火栓系統 充水時間

冷庫的發展逐漸轉向大型化。基于冷庫的結構特點和材料特性,大型冷庫的消防安全問題,也成為人們日益關注的重點。冷庫建筑由于保溫隔熱需要,大多采用有機外保溫材料,并且建筑內部不設置排煙系統,此外,還存在制冷劑氨發生泄漏爆炸的危險。大型冷庫建筑的冷藏間占地面積及防火分區面積較大。大型冷庫冷藏間一般設置為高架倉庫的形式,火災荷載集中,具有更高的火災危險性。因此,針對大型冷庫的消防系統設計顯得很有必要。

1 大型冷庫火災特性分析

冷庫火災初期和蔓延過程中呈現出不同的特點,故掌握不同火災階段胡特點,則能確保相關人員開展大型冷庫消防安全的工作更有針對性。因此,本節主要從初期火災和火勢蔓延兩階段分析特大型冷庫火災特性。

1.1 大型冷庫初期火災特點

調研結果表明,大型冷庫初期火災特點如下:

(1)可燃物分布集中,種類多。調研發現,冷庫儲存的貨物的包裝,墻體和管道隔熱保溫層均為可燃或易燃材料,這必然增加了冷庫發生火災的可能性。(2)燃燒隱蔽,情況復雜,冷庫初期燃燒時,陰燃火焰在夾墻內隱蔽向上部或平行方向發展,外部不易發現。火勢加大后,各類電器系統、制冷劑和制冷機械會產生許多復雜的變化,常伴隨泄漏、爆炸等情況。(3)初期階段時間長。冷庫初期火災一般持續15min,而這段時間也是火災撲救的最佳時期,如果火災沒有及時發現并控制,一旦蔓延,后果十分嚴重。(4)起火點難以發現,起火原因復雜。冷庫冷藏間起火點一般也較隱蔽,可能在堆垛內,甚至是保溫夾層內;有不易發現的電氣原因、吸煙和違章操作等;從點燃到成災時間較長,導致燃燒成災時不能及時發現,這些都增加了發現起火點的難度。(5)低溫環境下,早期消防探測不能使用或探測不準。由于內部溫度低,傳統的火災探測器不適合安裝在其內部,會造成結霜或故障。若探測器安裝在冷庫外部,則不易及時準確地探測到火災發生的情況。

1.2 大型冷庫火災蔓延特性

(1)燃燒猛烈,蔓延迅速。大型冷庫跨度大,一旦起火,冷庫的隔熱保溫材料(如稻殼、軟木、聚苯乙烯和聚氨酯等)都是易燃物質,很容易造成火災迅速蔓延并且不容易控制。同時冷庫中的空心夾層形成了四壁貫通,通風條件好,縱橫兩向同時蔓延,形成立體火災。

(2)煙氣影響大。火災過程中的煙氣經過冷藏間,形成了低溫煙氣,而低溫煙氣比一般火災煙氣的減光性更強,進一步增加了撲救的困難。同時采用聚苯乙烯塑料作保溫材料的冷庫,發生火災后,立即釋放出大量的有刺激性毒氣。

(3)容易發生爆炸事故。冷庫內氨氣管道破裂出現氨氣泄漏后,會散發出大量氨氣,除對人員有毒害外,遇明火還可發生爆炸。此外,在未排空管道時,氨氣和氧氣可形成爆炸混合氣,遇作業明火也會發生爆炸。

圖1 冷庫干濕兩用消火栓系統工作原理及流程

2 大型冷庫火災危險因素辨識

2.1 冷庫工藝系統危險因素識別

冷庫作為一種專用建筑,對工藝和建筑材料都有特殊的要求。冷庫所用制冷劑,保溫材料,建筑材料和通風系統等都可能引發火災,且造成撲救困難。

在冷庫使用和管理中,國內外都十分重視防火的要求,我國規范上對冷間建筑材料的耐火等級和防火分區都進行了細化。而在低溫環境中,特別是周期性凍結和溶解的循環過程中,建筑結構極易遭到破壞,平頂上的制冷設備和管道坍塌,導致火災。

冷庫常用的保溫材料、管線外層包裹物肯儲物包裝等都為可燃物。如果在施工焊接或其他作業用火不慎,引發火災,保溫材料具有燃燒速度快,產物毒性大和煙霧危害嚴重等特點。

通風系統要求進入冷間新鮮空氣應先冷卻,因此外界空氣很難直接進入冷庫,當其內部著火時,通風困難,而在保溫夾層在起火時和外界四處聯通,通風環境良好,造成燃燒迅速蔓延。

2.2 冷庫可燃物辨識

冷庫中存在著大量的可燃物。其中液氨,聚苯乙烯泡沫芯材,油氈,軟木和硬質聚氨酯泡沫塑料(又稱聚氨酯硬泡)等為常見的物質。下面主要對這些物質的火災危險性進行定性分析。

我國80%的制冷系統中采用了液氨。氨蒸汽在空氣中的濃度達11%～14%時,具有可燃性。而當達到15.5%～27%的爆炸極限時,遇明火可發生嚴重的火災爆炸事故,造成嚴重后果。

聚苯乙烯泡沫芯材由于保溫效果良好而普遍用于房頂和隔層的保溫。其燃點在90～120℃,遇明火或受熱后極易發生燃燒,并發生大量有刺激性的毒氣,燃燒速度極快,且產生熔滴現象,使火勢擴大,不易撲救。

油氈紙燃點在130℃左右,在油氈紙上涂上薄薄的瀝青后,瀝青接觸氧的面積加大,在進行油氈的施工過程中能產生大量的可燃氣體,遇明火就會引起猛烈燃燒,其火源主要是貼近施工地點的燈泡、焊割的高溫熔渣、電線打火等。

軟木保溫好,但軟木在遇明火或受熱后易發生燃燒。軟木起火后,首先是陰燃,潛伏期可達10～15天,不易發現,期間軟木逐漸炭化,變的松散,接觸氧氣的面積隨之增大,最后由陰燃轉變為明火燃燒。

硬質聚氨酯泡沫塑料是一種有機高分子可燃材料,火災中燃燒是不可避免。而且在燃燒的初始階段煙氣也具有較大毒性。燃燒產物毒性大,發煙量大,燃點低。

2.3 其他危險因素辨識

除了上述客觀因素外,還有一些人為因素也給冷庫帶來潛在火災危險。本文認為,建筑設計不規范,不做任何防火措施;設備老化,消防器材不足;消防意識淡薄,人員素質不齊等都是造成冷庫起火的人為因素。例如,有些業主只圖眼前利益,不注意防火分區,選用保溫材料而又不做任何防護措施,消防設施有名無實。

3 大型冷庫干濕兩用消火栓系統的應用

3.1 冷庫消火栓系統選型

目前,國際上廣泛應用的NFPA系列標準中,以管道內是否充水為標準,將消火栓系統分為干式和濕式兩大類。其中干式消火栓系統最主要的特點是平時管道內無水,因此,該系統不存在凍結問題,也就不需要采取保溫措施,這在低溫環境(如我國北方地區)設置相當有利。同時,管道內無水,也可以適當減少分段閥門的設置,個別管道接口不夠嚴密,也不會因漏水而影響生產運營。基于對冷庫環境和干式消火栓系統特點的綜合考慮,在冷庫間設置干式消火栓系統較為合理。

3.2 大型冷庫干式消火栓系統工作原理及流程

可在冷間內設置消火栓,在穿堂設控制閥門。平時將連接消火栓的消防支管放空;火災時開啟快開閥,消防支管迅速充水滅火。這種消火栓為干濕兩用型,該系統的工作流程如圖1所示。

3.3 大型冷庫干式消火栓系統可行性研究

與濕式系統相比,干式系統也存在其缺點,如管道防腐要求較高,初期投入費用較高,當火災發生后需要一定的充水時間,快速啟、閉閥門要能實現遠程控制可靠性略低,排氣閥有可能堵塞,不能有效排除管道內的空氣。

雖然存在以上缺點,但是,對于大型冷庫而言,干式系統還是優于濕式系統。例如早期費用雖然較高,但是后期運行維護費用可以大大降低,而如果采用濕式系統,還需要采暖系統,通常采用電伴熱,其安裝費及運行費用很高。因此總體來講,干式系統更具有費用優勢。除此之外,還可以通過對該系統進行優化,解決系統自身存在的弊端,使其更好地服務于冷庫的消防安全。

4 大型冷庫干式消火栓系統優化

4.1 縮短充水時間

根據流體力學理論,管道中平均流速v按照下式確定:

管道橫截面面積A:

管道充水時間可以按照以下公式計算:

根據以上公式,公式(3)變成公式(4):

以上公式中:v—管道平均流速(m/s);

Q—管道流量(L/s);

A—管道橫截面面積(m2);

d—管道內徑(m);

L—無水管道長度(m);

t—管道充水時間(s);

從上述公式中可以看出,干式消火栓系統的充水時間與管路長度、管徑、流量、流速等參數有關。因此,本文可以從以下幾個方面保證充水時間。

4.1.1 縮短無水管道長度

為了保證滅火要求,規范要求必須有兩股水柱同時到達任一點,所以合理的管道布線,既能節省管道敷設費用,又能降低系統工作運行費用。筆者認為可以從兩方面來縮短無水管道:(1)將快速啟閉閥設置在靠近冷間的位置;(2)消火栓供水管道成環布置。

4.1.2 降低無水管道管徑

單純地從公式(4)上看,充水時間與管徑的平方成正比,因此降低管徑可以大幅度減少充水時間。但管徑又是影響流速和壓損的重要因素。在滿足經濟流速的前提下,系統的供水能力可以得到保證時,可以適當降低管徑。當然具體是否需要降低管徑

4.1.3 提高管道流量

提高流量也可以降低充水時間,例如在火災環境下,開啟幾個甚至更多的消火栓。從而增加流量。當然這也會造成不必要的浪費。同時滅火后的廢水收集也是一個關鍵問題。

4.2 提高系統可靠性

基于干式消火栓系統自身特點,快速啟閉閥門一般需要遠程控制,在實現遠程控制過程中,不可避免地存在了一些信號(反饋信號和命令指令)的衰減問題。從而有可能造成系統的誤報。同時管道末端的排氣閥如果堵塞,造成管道內殘留空氣,系統開啟后,水不能及時充滿管道,影響系統的滅火效果。為了提高系統的可靠性,筆者建議增加快速啟閉閥的手動控制功能,再消防控制中心接收到火警信號并經核實無誤后,即可打開該閥,如果遠程控制失效,則也可人為開啟。同時,需要加強巡檢力度,定期檢修管道,保證系統的暢通,必要時也可進行系統的演練和試運行。

4.3 改良系統的運營方式

干式消火栓系統的目的主要是解決低溫管道凍結,漏水及由于保溫材料損壞而造成系統不能工作的問題。而濕式系統也有其自身的優點。因此進行干濕交替運營的方式,可集中兩種系統的優點,避開兩種系統的缺點。在環境條件許可(溫度在4℃～70℃之間)的情況下,開啟快速開啟閥,管道充水,轉為濕式系統。當溫度降到4℃以下時,關閉管道兩端的快速啟閉閥和最低點處的放空閥,將管道內的水放空,系統處于干式狀態。這種干式轉換系統不僅可以盡量減少管道為干式的時間,還能在交替運營中進行維護,確保系統的正常功能。

5 結語

本文主要對大型冷庫的火災特性進行定性研究,初步從冷庫工藝要求,可燃物種類與分布和人為因素等方面開展了火災危險因素的辨識工作。結合規范要求并考慮到冷庫的安全性,本文提出了在冷庫中設置干濕兩用消火栓系統。最后,從管道充水時間,系統運營和系統可靠性等方面,提出優化干濕兩用消火栓系統的方法。重點推導出管道充水時間的計算公式,合理地縮短了充水時間。

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