典型戊类仓库火灾危险性试验研究

宋 波，杨丙杰，李 毅，刘 欣，于东兴

(公安部天津消防研究所，天津，300381)

0 引言

戊类仓库是指仓库内储存物品为不燃烧物品的仓库。通常情况下，其火灾荷载较低，发生火灾后造成的损失和影响较小，根据FM Global的统计资料，自1964年～2013年，针对难燃物品仓库的火灾案例共1573起(仅考虑纯仓储，不涉及厂房内的中间仓库)，平均每年发生火灾31起。我国目前尚无针对戊类仓库的火灾统计资料，但根据《中国消防年鉴》(2009～2014)年的火灾统计表明，仓库场所每年发生火灾的起数为总起数的2.1%～5.4%，造成的财产损失占总损失的16.3%～22.6%，这也从一个侧面也反映出戊类仓库的火灾形势。

基于戊类仓库的火灾危险性较低，我国现行国家标准《建筑设计防火规范》(GB50016-2014，以下简称“《建规》”)对于该类场所设防要求的规定较为宽松，如以消防设施的设置为例，《建规》仅规定丁类高架和高层仓库应设置自动喷水灭火系统，并未要求设置火灾自动报警系统，而所有戊类仓库均可不设置自动喷水灭火系统和火灾自动报警系统[1]。

为研究戊类仓库的火灾危险性，本文以典型戊类仓库为研究对象，通过搭建模拟该场所的火灾试验模型，开展了不同质量外包装材料和有无木托盘承托等情况下的实体火灾研究，以定量分析该类仓库的火灾危险性，研究其自动喷水灭火系统的设置必要性，并为后期开展自动喷水灭火系统灭火试验提供基础支撑。

1 火灾危险性划分方式对比

对于以储存固体物质为主的仓库的火灾危险性分类，《建规》主要根据储存物品自身的燃烧性能，分为丙、丁、戊3级，分别指可燃固体、难燃烧物品和不燃烧物品。但目前我国尚缺乏对于难燃或不燃物品的试验鉴定标准，也尚未有对应的详细物品名录。对于判定某类仓库的火灾危险性，大多依据其储存物品的火灾特性进行定性判定。同时，《建规》又进一步规定，“丁、戊类储存物品仓库的火灾危险性，当可燃包装重量大于物品本身重量的1/4或可燃包装体积大于物品本身体积的1/2时，应按丙类确定”。

美国FM Global财产防损数据册《储存物品分级》(FMDS8-1)中，重点考虑了储存物品自身的材质(含内包装)、物品外包装以及承托的托盘类型等3个方面的因素，该标准将仓库分为8级，危险程度从低到高依次为不可燃、Class1～Class4、箱装塑料(发泡和不发泡)、无包装塑料(发泡和不发泡)，其中Class4与箱装不发泡塑料为一个等级[2]。

表1为两个标准关于仓库火灾危险性的对比。通过对比可知，二者都重点考虑了储存物品本身的燃烧特性和其包装材质的特点。不同的是，《建规》中并未对外包装材料和托盘的材质做进一步的分类。《储存物品分级》则重点考虑了储存物品本身的材质(含内包装)、物品外包装材质以及承托托盘的类型等因素。

表1 不同标准的对比

2 试验研究

2.1 试验基本情况

戊类仓库内储存的不燃物品以及包装材料多种多样，根据前期调研结果，典型的储存物品有金属制品、陶瓷制品、水果蔬菜以及建筑材料等；包装材料有纸箱、木板箱和塑料箱包装(盛装)；采用的托盘类型有木托盘、塑料托盘和金属托盘等[3]。本文以采用木托盘承托、以纸箱为外包装材料且储存物品为金属制品的仓库为典型戊类仓库，通过构建该条件下的火灾试验模型，开展了不同质量百分比和是否采用木托盘承托等工况下的火灾燃烧特性试验(表2)。

表2 试验条件

试验在大型量热器下(图1)进行，该设备由管路、测量段、分析仪器、除尘器、风机和烟囱等组成。其中分析仪器用于标定和校核气体、分析烟气的成分以及计算烟气的流量和温度等，进而计算出火灾热释放速率[4]。

图1 大型量热器Fig. 1 Full scale fire test calorimeter

2.2 火灾试验模型搭建

2.2.1 火灾试验模型单体的确立

为保证试验具有较好的可对比性和再现性，本文选取“纸箱-金属箱组合”构成火灾试验模型单体，试验中将金属箱放置在纸箱内，金属箱规格为495 mm×495 mm×492 mm，重9.9 kg，纸箱规格为500 mm×500 mm×500 mm(图2)。每次试验通过改变纸箱的重量调节外包装材料与物品自身重量的百分比，并确保纸箱与金属箱的质量比不超过《建规》规定。

图2 火灾试验模型单体Fig. 2 Fire test model unit

2.2.2 火灾试验模型构建

为研究点火后火焰分别沿横向、纵向和竖向蔓延的影响，火灾试验模型采用2层货架布置，每层放置8组堆垛，按2×4布置，组间距均为0.15 m。每个堆垛上放置8个试验模型单体，按2×2×2摆放(图3)。

图3 火灾试验模型Fig. 3 Fire test model

2.3 试验测点布置

试验中，点火位置位于火灾试验模型首层正中心。为研究试验模型点燃后对相邻货架以及走道另一侧货架的影响，试验在不同位置处分别布置了热电偶和热流计(图4)，布置如下：

图4 试验测点平面布置Fig. 4 Plan view of test measure point

2.4 试验过程描述

2.4.1 工况1

本工况采用木托盘承托，外包装纸箱为AB楞，该类纸箱为双层瓦楞，厚度较厚，有较大的缓冲力。点火后，前1 min主要是纸箱参与燃烧，由于通风条件良好，很快蔓延至二层货架，110 s时，上层货架的4个托盘完全燃烧。6 min 20 s时，火势逐渐减小，上部托盘和纸箱几乎完全烧光。试验共持续了12 min，之后人工进行干预。

从整个试验过程来看，木托盘在整个火灾过程中贡献了较大的火灾规模，并且火焰蔓延速度和火灾增长速率均较快，图5为本次试验的主要情形。

图5 试验过程Fig. 5 Test course

2.4.2 工况2

本工况没有采用木托盘承托，其余条件与工况1相同。点火后1 min 30 s时间内，火势一直呈竖向燃烧，火焰最高高度约为4 m。1 min 30 s后，第二层的货架开始向水平方向蔓延；1 min 56 s，上层货架中间4个堆垛全面参与燃烧，并向相邻最外侧的4个堆垛蔓延；2 min 30 s时，第二层的8个堆垛完全参与燃烧，此时火灾规模达到最大；2 min 50 s时，第一层的8个堆垛也全部燃烧。本次试验共持续了20 min，所有纸箱几乎全部烧尽，自行熄灭，没有人工干预灭火。

本次试验由于没有木托盘，整个试验过程火势燃烧较为平稳，虽然火灾规模和蔓延速度均较工况1降低，但火灾规模和火灾增长速率仍然较高。

2.4.3 工况3

本工况在工况2的基础上进一步降低了纸箱的质量，采用B楞纸箱包装，该包装材料也适合包装较重和较硬的物品，多用于瓶装物品等的包装。点火后，初期火灾规模较小，1 min时才引燃二层货架纸箱的外表面；1 min 40 s后，第二层的货架开始向水平方向蔓延；2 min 20 s时，上层货架的中间4个堆垛全面参与燃烧；2 min 40 s时，火焰蔓延至二层货架最外侧的4个堆垛；5 min 30 s时，二层的中间4个堆垛几乎烧尽，此时最外侧的4个堆垛仍在燃烧；7 min 25 s，下层中间4个堆垛的外表面开始燃烧。

整个试验过程共持续20 min，火势蔓延速率较工况2慢，火灾规模也一直较小。

2.4.4 工况4

与工况3相比，本工况在纸箱质量不变的情况下，改变了纸箱的构造，采用E楞纸箱，该类纸箱更薄更坚硬，主要用于折叠纸盒以增加缓冲性。点火后5 min～8 min，火势仅在首层货架的中间4个堆垛燃烧，几乎自行熄灭。到14 min 30 s时才引燃二层货架，此时由于空气条件良好，火势有所增大，但由于燃烧不均匀，火势朝一侧蔓延的速度稍快，至试验结束，也仅有首层最外侧的2个堆垛燃烧，火灾规模一直较小。

本次试验共持续了35 min，由于该类纸箱密实度较高，火灾增长速率一直较低，造成整个试验过程火势燃烧一直较慢，待引燃二层货架后才稍微有所增长，但也较工况3降低较多。

2.4.5 工况5

与工况4相比，本工况增加了木托盘，其余条件不变，主要考核木托盘和纸箱共同作用下对火灾危险性的影响。试验过程发现，点火后初期火灾规模较大，火焰高度很快上升至二层货架，并且在引燃二层货架后，火势主要在二层货架燃烧，一层货架火势逐渐变小。至5 min 30 s时，火焰就蔓延至二层货架最外侧堆垛的外表面，并且此时中间的4个堆垛几乎烧尽。18 min 20 s时，火势规模已较小，由于托盘燃烧完毕，二层货架的中间4个堆垛金属箱坍塌，且货架钢梁出现弯曲现象。

本次试验共持续了20 min，通过工况4和工况5的对比发现，木托盘在试验期间对火灾蔓延过程产生明显的影响，在整个过程中对火灾增长速率和火灾规模的贡献比重较大。

3 试验结果分析

3.1 木托盘及外包装材料的自影响分析

戊类仓库内的可燃物主要为外包装材料，《建

规》也根据外包装材料与储存物品自身的质量或体积百分比来判定其火灾危险性，但《建规》未明确外包装材料是否包含承托托盘[5]。图6为通过大型量热器测到的5次试验的火灾热释放速率变化曲线，从工况1和工况2、工况4和工况5的对比分析可知，在有木托盘存在的情况下，其火灾最大热释放速率分别提高了35.1%和215.3%，显示木托盘具有较大的火灾危险性。

图6 火灾热释放速率变化曲线Fig. 6 HRR curve of different test conditions

外包装材料的质量以及自身构造也影响其火灾燃烧特性，从工况2和工况3的对比可知，在绝对质量提高54.5%时，火灾最大热释放速率增加了48.7%，基本保持一致。但纸箱自身的构造对火灾燃烧特性的影响也较为明显，根据工况3和工况4的对比，两次试验中外包装材料的质量相同，但工况3较工况4的火灾最大热释放速率却提高了245.8%，甚至高于工况5中有托盘的情况。

在火灾增长速率方面，从表3可以看出，在有木托盘的情况下，即使采用火灾燃烧速率最慢的E楞纸箱，其火灾类型也达到了中速火级别。因此，对于采用木托盘承托的仓库，不管外包装材料的质量和构造如何，建议此类场所均应设置自动喷水灭火系统进行保护。

表3 试验基本结果

3.2 对相邻货架的影响分析

由于火灾试验模型点燃后二层货架的火灾规模较首层货架大，本文以二层货架边缘布置的温度测量数据进行分析。图7为5次试验时距货架正面0.15 m远、2.0 m高度处的温度变化曲线。从图7中可以看出，工况1、工况2和工况5的最高温度均超过360 ℃，达到了引燃一般可燃物品的临界温度，表明这3次试验会引燃相邻货架，且当有木托盘时均会引燃相邻货架[7]。

图8为4次试验中(另有一次试验数据失效)距货架正面1.2 m远，2.0 m高度处的热辐射强度变化曲线，4次试验的最高热辐射强度为7.09 kW/m2，均未达到引燃一般可燃固体的临界强度，因此可以判断火势不会蔓延至走道另一侧的货架[8]。但从工况1和工况2、工况3和工况4的对比可知，在有木托盘存在的情况下，最高热辐射强度分别提高了37.4%和268.3%。

图7 货架正面0.15 m远处最高温度变化曲线Fig. 7 The highest temperature curve of at the 0.15 m distance in front of rack

图8 货架正面1.2 m远处热辐射强度变化曲线Fig. 8 Heat radiation intensity curve of at the 1.2 m distance in front of rack

4 结论及建议

为研究戊类仓库的火灾危险性，本文通过构建典型戊类仓库的火灾试验模型，开展了不同质量外包装材料以及木托盘对戊类仓库火灾危险性影响的实体试验研究[9, 10]，试验结果表明：

1.影响戊类仓库火灾危险性的主要因素，除了与外包装材料有关外，还与是否有木托盘承托以及外包装材料本身的构造有关，内部存储物品对仓库燃烧性能的影响较小。

2.对于戊类仓库来说，木托盘显著影响其火灾危险性，尤其当物品自身外包装材料的火灾危险性较低时，其影响更为明显。当采用木托盘承托时，其火灾增长速率均达到中速火级别，建议采用木托盘承托的仓库均应设置自动喷水灭火系统。另外，建议仓库在进行火灾危险性分类时，应将木托盘的质量与物品的外包装质量之和记为物品的外包装质量，以更为合理的反应其火灾危险性。

3.外包装材料与储存物品的质量百分比受储存物品自身的重量影响较大，因此仓库在划分火灾危险性时，建议考虑外包装材料的绝对质量对火灾危险性的影响。

考虑到火蔓延行为受多种因素影响以及测量数据的误差等，本文的系列试验应进行重复试验。另外，本文仅以纸箱作为外包装材料，未考虑其他外包装材质，如木板箱、塑料箱或其他材质托盘等对戊类仓库火灾危险性的影响，下一步应针对不同材质的外包装材料和托盘开展系列试验，进一步研究其火灾危险性。

[1] GB50016-2014, 建筑设计防火规范[S].

[2] FM Global Data Sheets 8-1, Commodity classification[S].

[3] GB50084-2001, 自动喷水灭火系统设计规范(2005年版)[S].

[4] 杨丙杰, 王珺. 净空高度对自动喷水灭火系统控火性能影响试验研究[J]. 消防科学与技术, 2014, 33(2): 164-166.

[5] 霍然, 袁宏永. 性能化建筑防火分析与设计[M]. 合肥: 安徽科学技术出版社, 2003.

[6] 李引擎. 建筑防火工程[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004.

[7] 倪照鹏等. 火灾增长分析的原则和方法[R]. 天津: 公安部天津消防研究所, 2004.

[8] GB5135.9-2006, 自动喷水灭火系统第9部分: 早期抑制快速响应喷头[S].

[9] 朱五八等. 高架仓库内喷头热响应性能研究[J]. 火灾科学, 2004, 13(2): 95-98.

[10] 宋波等. 高大净空场所火灾实体灭火试验研究[J]. 消防科学与技术, 2009, 28(12): 912-915.

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