大型冷庫干濕兩用消火栓系統(tǒng)的應(yīng)用與優(yōu)化

張武暉

(甘肅省慶陽市公安消防支隊(duì)西峰區(qū)大隊(duì),甘肅慶陽 745000)

大型冷庫干濕兩用消火栓系統(tǒng)的應(yīng)用與優(yōu)化

張武暉

(甘肅省慶陽市公安消防支隊(duì)西峰區(qū)大隊(duì),甘肅慶陽 745000)

本文首先分析了大型冷庫的火災(zāi)特點(diǎn),并定性辨識(shí)了大型冷庫的火災(zāi)危險(xiǎn)性。提出了在冷庫環(huán)境中設(shè)置干濕兩用消火栓系統(tǒng)的構(gòu)想,并進(jìn)行了可行性分析。最后,針對(duì)干濕兩用系統(tǒng)存在的弊端,從管道充水時(shí)間、系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)等方面提出了系統(tǒng)優(yōu)化方案,解決了干濕兩用消火栓系統(tǒng)的自身的缺陷和規(guī)范設(shè)計(jì)的難點(diǎn),為實(shí)際大型冷庫的消防安全設(shè)計(jì)提供參考。

大型冷庫 干濕兩用 消火栓系統(tǒng) 充水時(shí)間

冷庫的發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)向大型化?；诶鋷斓慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材料特性,大型冷庫的消防安全問題,也成為人們?nèi)找骊P(guān)注的重點(diǎn)。冷庫建筑由于保溫隔熱需要,大多采用有機(jī)外保溫材料,并且建筑內(nèi)部不設(shè)置排煙系統(tǒng),此外,還存在制冷劑氨發(fā)生泄漏爆炸的危險(xiǎn)。大型冷庫建筑的冷藏間占地面積及防火分區(qū)面積較大。大型冷庫冷藏間一般設(shè)置為高架倉庫的形式,火災(zāi)荷載集中,具有更高的火災(zāi)危險(xiǎn)性。因此,針對(duì)大型冷庫的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯得很有必要。

1 大型冷庫火災(zāi)特性分析

冷庫火災(zāi)初期和蔓延過程中呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn),故掌握不同火災(zāi)階段胡特點(diǎn),則能確保相關(guān)人員開展大型冷庫消防安全的工作更有針對(duì)性。因此,本節(jié)主要從初期火災(zāi)和火勢(shì)蔓延兩階段分析特大型冷庫火災(zāi)特性。

1.1 大型冷庫初期火災(zāi)特點(diǎn)

調(diào)研結(jié)果表明,大型冷庫初期火災(zāi)特點(diǎn)如下:

(1)可燃物分布集中,種類多。調(diào)研發(fā)現(xiàn),冷庫儲(chǔ)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(fā)生火災(zāi)的可能性。(2)燃燒隱蔽,情況復(fù)雜,冷庫初期燃燒時(shí),陰燃火焰在夾墻內(nèi)隱蔽向上部或平行方向發(fā)展,外部不易發(fā)現(xiàn)?；饎?shì)加大后,各類電器系統(tǒng)、制冷劑和制冷機(jī)械會(huì)產(chǎn)生許多復(fù)雜的變化,常伴隨泄漏、爆炸等情況。(3)初期階段時(shí)間長(zhǎng)。冷庫初期火災(zāi)一般持續(xù)15min,而這段時(shí)間也是火災(zāi)撲救的最佳時(shí)期,如果火災(zāi)沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)并控制,一旦蔓延,后果十分嚴(yán)重。(4)起火點(diǎn)難以發(fā)現(xiàn),起火原因復(fù)雜。冷庫冷藏間起火點(diǎn)一般也較隱蔽,可能在堆垛內(nèi),甚至是保溫夾層內(nèi);有不易發(fā)現(xiàn)的電氣原因、吸煙和違章操作等;從點(diǎn)燃到成災(zāi)時(shí)間較長(zhǎng),導(dǎo)致燃燒成災(zāi)時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn),這些都增加了發(fā)現(xiàn)起火點(diǎn)的難度。(5)低溫環(huán)境下,早期消防探測(cè)不能使用或探測(cè)不準(zhǔn)。由于內(nèi)部溫度低,傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)器不適合安裝在其內(nèi)部,會(huì)造成結(jié)霜或故障。若探測(cè)器安裝在冷庫外部,則不易及時(shí)準(zhǔn)確地探測(cè)到火災(zāi)發(fā)生的情況。

1.2 大型冷庫火災(zāi)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(zhì),很容易造成火災(zāi)迅速蔓延并且不容易控制。同時(shí)冷庫中的空心夾層形成了四壁貫通,通風(fēng)條件好,縱橫兩向同時(shí)蔓延,形成立體火災(zāi)。

(2)煙氣影響大?；馂?zāi)過程中的煙氣經(jīng)過冷藏間,形成了低溫?zé)煔?而低溫?zé)煔獗纫话慊馂?zāi)煙氣的減光性更強(qiáng),進(jìn)一步增加了撲救的困難。同時(shí)采用聚苯乙烯塑料作保溫材料的冷庫,發(fā)生火災(zāi)后,立即釋放出大量的有刺激性毒氣。

(3)容易發(fā)生爆炸事故。冷庫內(nèi)氨氣管道破裂出現(xiàn)氨氣泄漏后,會(huì)散發(fā)出大量氨氣,除對(duì)人員有毒害外,遇明火還可發(fā)生爆炸。此外,在未排空管道時(shí),氨氣和氧氣可形成爆炸混合氣,遇作業(yè)明火也會(huì)發(fā)生爆炸。

圖1 冷庫干濕兩用消火栓系統(tǒng)工作原理及流程

2 大型冷庫火災(zāi)危險(xiǎn)因素辨識(shí)

2.1 冷庫工藝系統(tǒng)危險(xiǎn)因素識(shí)別

冷庫作為一種專用建筑,對(duì)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(fēng)系統(tǒng)等都可能引發(fā)火災(zāi),且造成撲救困難。

在冷庫使用和管理中,國(guó)內(nèi)外都十分重視防火的要求,我國(guó)規(guī)范上對(duì)冷間建筑材料的耐火等級(jí)和防火分區(qū)都進(jìn)行了細(xì)化。而在低溫環(huán)境中,特別是周期性凍結(jié)和溶解的循環(huán)過程中,建筑結(jié)構(gòu)極易遭到破壞,平頂上的制冷設(shè)備和管道坍塌,導(dǎo)致火災(zāi)。

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

通風(fēng)系統(tǒng)要求進(jìn)入冷間新鮮空氣應(yīng)先冷卻,因此外界空氣很難直接進(jìn)入冷庫,當(dāng)其內(nèi)部著火時(shí),通風(fēng)困難,而在保溫夾層在起火時(shí)和外界四處聯(lián)通,通風(fēng)環(huán)境良好,造成燃燒迅速蔓延。

2.2 冷庫可燃物辨識(shí)

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(zhì)聚氨酯泡沫塑料(又稱聚氨酯硬泡)等為常見的物質(zhì)。下面主要對(duì)這些物質(zhì)的火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行定性分析。

我國(guó)80%的制冷系統(tǒng)中采用了液氨。氨蒸汽在空氣中的濃度達(dá)11%～14%時(shí),具有可燃性。而當(dāng)達(dá)到15.5%～27%的爆炸極限時(shí),遇明火可發(fā)生嚴(yán)重的火災(zāi)爆炸事故,造成嚴(yán)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(diǎn)在90～120℃,遇明火或受熱后極易發(fā)生燃燒,并發(fā)生大量有刺激性的毒氣,燃燒速度極快,且產(chǎn)生熔滴現(xiàn)象,使火勢(shì)擴(kuò)大,不易撲救。

油氈紙燃點(diǎn)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(jìn)行油氈的施工過程中能產(chǎn)生大量的可燃?xì)怏w,遇明火就會(huì)引起猛烈燃燒,其火源主要是貼近施工地點(diǎn)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(fā)生燃燒。軟木起火后,首先是陰燃,潛伏期可達(dá)10～15天,不易發(fā)現(xiàn),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(zhuǎn)變?yōu)槊骰鹑紵?/p>

硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是一種有機(jī)高分子可燃材料,火災(zāi)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(chǎn)物毒性大,發(fā)煙量大,燃點(diǎn)低。

2.3 其他危險(xiǎn)因素辨識(shí)

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(zāi)危險(xiǎn)。本文認(rèn)為,建筑設(shè)計(jì)不規(guī)范,不做任何防火措施;設(shè)備老化,消防器材不足;消防意識(shí)淡薄,人員素質(zhì)不齊等都是造成冷庫起火的人為因素。例如,有些業(yè)主只圖眼前利益,不注意防火分區(qū),選用保溫材料而又不做任何防護(hù)措施,消防設(shè)施有名無實(shí)。

3 大型冷庫干濕兩用消火栓系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 冷庫消火栓系統(tǒng)選型

目前,國(guó)際上廣泛應(yīng)用的NFPA系列標(biāo)準(zhǔn)中,以管道內(nèi)是否充水為標(biāo)準(zhǔn),將消火栓系統(tǒng)分為干式和濕式兩大類。其中干式消火栓系統(tǒng)最主要的特點(diǎn)是平時(shí)管道內(nèi)無水,因此,該系統(tǒng)不存在凍結(jié)問題,也就不需要采取保溫措施,這在低溫環(huán)境(如我國(guó)北方地區(qū))設(shè)置相當(dāng)有利。同時(shí),管道內(nèi)無水,也可以適當(dāng)減少分段閥門的設(shè)置,個(gè)別管道接口不夠嚴(yán)密,也不會(huì)因漏水而影響生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)?；趯?duì)冷庫環(huán)境和干式消火栓系統(tǒng)特點(diǎn)的綜合考慮,在冷庫間設(shè)置干式消火栓系統(tǒng)較為合理。

3.2 大型冷庫干式消火栓系統(tǒng)工作原理及流程

可在冷間內(nèi)設(shè)置消火栓,在穿堂設(shè)控制閥門。平時(shí)將連接消火栓的消防支管放空;火災(zāi)時(shí)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(tǒng)的工作流程如圖1所示。

3.3 大型冷庫干式消火栓系統(tǒng)可行性研究

與濕式系統(tǒng)相比,干式系統(tǒng)也存在其缺點(diǎn),如管道防腐要求較高,初期投入費(fèi)用較高,當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后需要一定的充水時(shí)間,快速啟、閉閥門要能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(nèi)的空氣。

雖然存在以上缺點(diǎn),但是,對(duì)于大型冷庫而言,干式系統(tǒng)還是優(yōu)于濕式系統(tǒng)。例如早期費(fèi)用雖然較高,但是后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用可以大大降低,而如果采用濕式系統(tǒng),還需要采暖系統(tǒng),通常采用電伴熱,其安裝費(fèi)及運(yùn)行費(fèi)用很高。因此總體來講,干式系統(tǒng)更具有費(fèi)用優(yōu)勢(shì)。除此之外,還可以通過對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,解決系統(tǒng)自身存在的弊端,使其更好地服務(wù)于冷庫的消防安全。

4 大型冷庫干式消火栓系統(tǒng)優(yōu)化

4.1 縮短充水時(shí)間

根據(jù)流體力學(xué)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(shí)間可以按照以下公式計(jì)算:

根據(jù)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(nèi)徑(m);

L—無水管道長(zhǎng)度(m);

t—管道充水時(shí)間(s);

從上述公式中可以看出,干式消火栓系統(tǒng)的充水時(shí)間與管路長(zhǎng)度、管徑、流量、流速等參數(shù)有關(guān)。因此,本文可以從以下幾個(gè)方面保證充水時(shí)間。

4.1.1 縮短無水管道長(zhǎng)度

為了保證滅火要求,規(guī)范要求必須有兩股水柱同時(shí)到達(dá)任一點(diǎn),所以合理的管道布線,既能節(jié)省管道敷設(shè)費(fèi)用,又能降低系統(tǒng)工作運(yùn)行費(fèi)用。筆者認(rèn)為可以從兩方面來縮短無水管道:(1)將快速啟閉閥設(shè)置在靠近冷間的位置;(2)消火栓供水管道成環(huán)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(shí)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(shí)間。但管徑又是影響流速和壓損的重要因素。在滿足經(jīng)濟(jì)流速的前提下,系統(tǒng)的供水能力可以得到保證時(shí),可以適當(dāng)降低管徑。當(dāng)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(shí)間,例如在火災(zāi)環(huán)境下,開啟幾個(gè)甚至更多的消火栓。從而增加流量。當(dāng)然這也會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。同時(shí)滅火后的廢水收集也是一個(gè)關(guān)鍵問題。

4.2 提高系統(tǒng)可靠性

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

4.3 改良系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)方式

干式消火栓系統(tǒng)的目的主要是解決低溫管道凍結(jié),漏水及由于保溫材料損壞而造成系統(tǒng)不能工作的問題。而濕式系統(tǒng)也有其自身的優(yōu)點(diǎn)。因此進(jìn)行干濕交替運(yùn)營(yíng)的方式,可集中兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),避開兩種系統(tǒng)的缺點(diǎn)。在環(huán)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(zhuǎn)為濕式系統(tǒng)。當(dāng)溫度降到4℃以下時(shí),關(guān)閉管道兩端的快速啟閉閥和最低點(diǎn)處的放空閥,將管道內(nèi)的水放空,系統(tǒng)處于干式狀態(tài)。這種干式轉(zhuǎn)換系統(tǒng)不僅可以盡量減少管道為干式的時(shí)間,還能在交替運(yùn)營(yíng)中進(jìn)行維護(hù),確保系統(tǒng)的正常功能。

5 結(jié)語

本文主要對(duì)大型冷庫的火災(zāi)特性進(jìn)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(zāi)危險(xiǎn)因素的辨識(shí)工作。結(jié)合規(guī)范要求并考慮到冷庫的安全性,本文提出了在冷庫中設(shè)置干濕兩用消火栓系統(tǒng)。最后,從管道充水時(shí)間,系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)和系統(tǒng)可靠性等方面,提出優(yōu)化干濕兩用消火栓系統(tǒng)的方法。重點(diǎn)推導(dǎo)出管道充水時(shí)間的計(jì)算公式,合理地縮短了充水時(shí)間。

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