大型冷库干湿两用消火栓系统的应用与优化

张武晖

(甘肃省庆阳市公安消防支队西峰区大队,甘肃庆阳 745000)

大型冷库干湿两用消火栓系统的应用与优化

张武晖

(甘肃省庆阳市公安消防支队西峰区大队,甘肃庆阳 745000)

本文首先分析了大型冷库的火灾特点,并定性辨识了大型冷库的火灾危险性。提出了在冷库环境中设置干湿两用消火栓系统的构想,并进行了可行性分析。最后,针对干湿两用系统存在的弊端,从管道充水时间、系统可靠性和系统运营等方面提出了系统优化方案,解决了干湿两用消火栓系统的自身的缺陷和规范设计的难点,为实际大型冷库的消防安全设计提供参考。

大型冷库 干湿两用 消火栓系统 充水时间

冷库的发展逐渐转向大型化。基于冷库的结构特点和材料特性,大型冷库的消防安全问题,也成为人们日益关注的重点。冷库建筑由于保温隔热需要,大多采用有机外保温材料,并且建筑内部不设置排烟系统,此外,还存在制冷剂氨发生泄漏爆炸的危险。大型冷库建筑的冷藏间占地面积及防火分区面积较大。大型冷库冷藏间一般设置为高架仓库的形式,火灾荷载集中,具有更高的火灾危险性。因此,针对大型冷库的消防系统设计显得很有必要。

1 大型冷库火灾特性分析

冷库火灾初期和蔓延过程中呈现出不同的特点,故掌握不同火灾阶段胡特点,则能确保相关人员开展大型冷库消防安全的工作更有针对性。因此,本节主要从初期火灾和火势蔓延两阶段分析特大型冷库火灾特性。

1.1 大型冷库初期火灾特点

调研结果表明,大型冷库初期火灾特点如下:

(1)可燃物分布集中,种类多。调研发现,冷库储存的货物的包装,墙体和管道隔热保温层均为可燃或易燃材料,这必然增加了冷库发生火灾的可能性。(2)燃烧隐蔽,情况复杂,冷库初期燃烧时,阴燃火焰在夹墙内隐蔽向上部或平行方向发展,外部不易发现。火势加大后,各类电器系统、制冷剂和制冷机械会产生许多复杂的变化,常伴随泄漏、爆炸等情况。(3)初期阶段时间长。冷库初期火灾一般持续15min,而这段时间也是火灾扑救的最佳时期,如果火灾没有及时发现并控制,一旦蔓延,后果十分严重。(4)起火点难以发现,起火原因复杂。冷库冷藏间起火点一般也较隐蔽,可能在堆垛内,甚至是保温夹层内;有不易发现的电气原因、吸烟和违章操作等;从点燃到成灾时间较长,导致燃烧成灾时不能及时发现,这些都增加了发现起火点的难度。(5)低温环境下,早期消防探测不能使用或探测不准。由于内部温度低,传统的火灾探测器不适合安装在其内部,会造成结霜或故障。若探测器安装在冷库外部,则不易及时准确地探测到火灾发生的情况。

1.2 大型冷库火灾蔓延特性

(1)燃烧猛烈,蔓延迅速。大型冷库跨度大,一旦起火,冷库的隔热保温材料(如稻壳、软木、聚苯乙烯和聚氨酯等)都是易燃物质,很容易造成火灾迅速蔓延并且不容易控制。同时冷库中的空心夹层形成了四壁贯通,通风条件好,纵横两向同时蔓延,形成立体火灾。

(2)烟气影响大。火灾过程中的烟气经过冷藏间,形成了低温烟气,而低温烟气比一般火灾烟气的减光性更强,进一步增加了扑救的困难。同时采用聚苯乙烯塑料作保温材料的冷库,发生火灾后,立即释放出大量的有刺激性毒气。

(3)容易发生爆炸事故。冷库内氨气管道破裂出现氨气泄漏后,会散发出大量氨气,除对人员有毒害外,遇明火还可发生爆炸。此外,在未排空管道时,氨气和氧气可形成爆炸混合气,遇作业明火也会发生爆炸。

图1 冷库干湿两用消火栓系统工作原理及流程

2 大型冷库火灾危险因素辨识

2.1 冷库工艺系统危险因素识别

冷库作为一种专用建筑,对工艺和建筑材料都有特殊的要求。冷库所用制冷剂,保温材料,建筑材料和通风系统等都可能引发火灾,且造成扑救困难。

在冷库使用和管理中,国内外都十分重视防火的要求,我国规范上对冷间建筑材料的耐火等级和防火分区都进行了细化。而在低温环境中,特别是周期性冻结和溶解的循环过程中,建筑结构极易遭到破坏,平顶上的制冷设备和管道坍塌,导致火灾。

冷库常用的保温材料、管线外层包裹物肯储物包装等都为可燃物。如果在施工焊接或其他作业用火不慎,引发火灾,保温材料具有燃烧速度快,产物毒性大和烟雾危害严重等特点。

通风系统要求进入冷间新鲜空气应先冷却,因此外界空气很难直接进入冷库,当其内部着火时,通风困难,而在保温夹层在起火时和外界四处联通,通风环境良好,造成燃烧迅速蔓延。

2.2 冷库可燃物辨识

冷库中存在着大量的可燃物。其中液氨,聚苯乙烯泡沫芯材,油毡,软木和硬质聚氨酯泡沫塑料(又称聚氨酯硬泡)等为常见的物质。下面主要对这些物质的火灾危险性进行定性分析。

我国80%的制冷系统中采用了液氨。氨蒸汽在空气中的浓度达11%～14%时,具有可燃性。而当达到15.5%～27%的爆炸极限时,遇明火可发生严重的火灾爆炸事故,造成严重后果。

聚苯乙烯泡沫芯材由于保温效果良好而普遍用于房顶和隔层的保温。其燃点在90～120℃,遇明火或受热后极易发生燃烧,并发生大量有刺激性的毒气,燃烧速度极快,且产生熔滴现象,使火势扩大,不易扑救。

油毡纸燃点在130℃左右,在油毡纸上涂上薄薄的沥青后,沥青接触氧的面积加大,在进行油毡的施工过程中能产生大量的可燃气体,遇明火就会引起猛烈燃烧,其火源主要是贴近施工地点的灯泡、焊割的高温熔渣、电线打火等。

软木保温好,但软木在遇明火或受热后易发生燃烧。软木起火后,首先是阴燃,潜伏期可达10～15天,不易发现,期间软木逐渐炭化,变的松散,接触氧气的面积随之增大,最后由阴燃转变为明火燃烧。

硬质聚氨酯泡沫塑料是一种有机高分子可燃材料,火灾中燃烧是不可避免。而且在燃烧的初始阶段烟气也具有较大毒性。燃烧产物毒性大,发烟量大,燃点低。

2.3 其他危险因素辨识

除了上述客观因素外,还有一些人为因素也给冷库带来潜在火灾危险。本文认为,建筑设计不规范,不做任何防火措施;设备老化,消防器材不足;消防意识淡薄,人员素质不齐等都是造成冷库起火的人为因素。例如,有些业主只图眼前利益,不注意防火分区,选用保温材料而又不做任何防护措施,消防设施有名无实。

3 大型冷库干湿两用消火栓系统的应用

3.1 冷库消火栓系统选型

目前,国际上广泛应用的NFPA系列标准中,以管道内是否充水为标准,将消火栓系统分为干式和湿式两大类。其中干式消火栓系统最主要的特点是平时管道内无水,因此,该系统不存在冻结问题,也就不需要采取保温措施,这在低温环境(如我国北方地区)设置相当有利。同时,管道内无水,也可以适当减少分段阀门的设置,个别管道接口不够严密,也不会因漏水而影响生产运营。基于对冷库环境和干式消火栓系统特点的综合考虑,在冷库间设置干式消火栓系统较为合理。

3.2 大型冷库干式消火栓系统工作原理及流程

可在冷间内设置消火栓,在穿堂设控制阀门。平时将连接消火栓的消防支管放空;火灾时开启快开阀,消防支管迅速充水灭火。这种消火栓为干湿两用型,该系统的工作流程如图1所示。

3.3 大型冷库干式消火栓系统可行性研究

与湿式系统相比,干式系统也存在其缺点,如管道防腐要求较高,初期投入费用较高,当火灾发生后需要一定的充水时间,快速启、闭阀门要能实现远程控制可靠性略低,排气阀有可能堵塞,不能有效排除管道内的空气。

虽然存在以上缺点,但是,对于大型冷库而言,干式系统还是优于湿式系统。例如早期费用虽然较高,但是后期运行维护费用可以大大降低,而如果采用湿式系统,还需要采暖系统,通常采用电伴热,其安装费及运行费用很高。因此总体来讲,干式系统更具有费用优势。除此之外,还可以通过对该系统进行优化,解决系统自身存在的弊端,使其更好地服务于冷库的消防安全。

4 大型冷库干式消火栓系统优化

4.1 缩短充水时间

根据流体力学理论,管道中平均流速v按照下式确定:

管道横截面面积A:

管道充水时间可以按照以下公式计算:

根据以上公式,公式(3)变成公式(4):

以上公式中:v—管道平均流速(m/s);

Q—管道流量(L/s);

A—管道横截面面积(m2);

d—管道内径(m);

L—无水管道长度(m);

t—管道充水时间(s);

从上述公式中可以看出,干式消火栓系统的充水时间与管路长度、管径、流量、流速等参数有关。因此,本文可以从以下几个方面保证充水时间。

4.1.1 缩短无水管道长度

为了保证灭火要求,规范要求必须有两股水柱同时到达任一点,所以合理的管道布线,既能节省管道敷设费用,又能降低系统工作运行费用。笔者认为可以从两方面来缩短无水管道:(1)将快速启闭阀设置在靠近冷间的位置;(2)消火栓供水管道成环布置。

4.1.2 降低无水管道管径

单纯地从公式(4)上看,充水时间与管径的平方成正比,因此降低管径可以大幅度减少充水时间。但管径又是影响流速和压损的重要因素。在满足经济流速的前提下,系统的供水能力可以得到保证时,可以适当降低管径。当然具体是否需要降低管径

4.1.3 提高管道流量

提高流量也可以降低充水时间,例如在火灾环境下,开启几个甚至更多的消火栓。从而增加流量。当然这也会造成不必要的浪费。同时灭火后的废水收集也是一个关键问题。

4.2 提高系统可靠性

基于干式消火栓系统自身特点,快速启闭阀门一般需要远程控制,在实现远程控制过程中,不可避免地存在了一些信号(反馈信号和命令指令)的衰减问题。从而有可能造成系统的误报。同时管道末端的排气阀如果堵塞,造成管道内残留空气,系统开启后,水不能及时充满管道,影响系统的灭火效果。为了提高系统的可靠性,笔者建议增加快速启闭阀的手动控制功能,再消防控制中心接收到火警信号并经核实无误后,即可打开该阀,如果远程控制失效,则也可人为开启。同时,需要加强巡检力度,定期检修管道,保证系统的畅通,必要时也可进行系统的演练和试运行。

4.3 改良系统的运营方式

干式消火栓系统的目的主要是解决低温管道冻结,漏水及由于保温材料损坏而造成系统不能工作的问题。而湿式系统也有其自身的优点。因此进行干湿交替运营的方式,可集中两种系统的优点,避开两种系统的缺点。在环境条件许可(温度在4℃～70℃之间)的情况下,开启快速开启阀,管道充水,转为湿式系统。当温度降到4℃以下时,关闭管道两端的快速启闭阀和最低点处的放空阀,将管道内的水放空,系统处于干式状态。这种干式转换系统不仅可以尽量减少管道为干式的时间,还能在交替运营中进行维护,确保系统的正常功能。

5 结语

本文主要对大型冷库的火灾特性进行定性研究,初步从冷库工艺要求,可燃物种类与分布和人为因素等方面开展了火灾危险因素的辨识工作。结合规范要求并考虑到冷库的安全性,本文提出了在冷库中设置干湿两用消火栓系统。最后,从管道充水时间,系统运营和系统可靠性等方面,提出优化干湿两用消火栓系统的方法。重点推导出管道充水时间的计算公式,合理地缩短了充水时间。

[1]代旭日,陈先斌,熊永祥.冷库初期火灾特点及处置对策研究[J].消防技术与产品信息,2010,(10):22-24.

[2]马一太.冷库火灾事故分析[J].制冷技术,2013,33(2):33-35.

[3]张兵.冷库建筑防火设计分析-以宝源丰禽业有限公司特别重大火灾事故为例[J].中国安全生产科学技术,2013,9(10):157-161.

[4]吴存国,戚喜根,张伟.浅析大型冷库的特点与火灾扑救[J].消防技术与产品信息,2006,5:39-43.