我國物流業起步較晚, 隨著國民經濟的飛速發展, 物流業的市場需求持續擴大, 因而對物流倉庫的需求量也日益增加, 但是與此同時, 物流倉庫所面臨的火災隱患也越來越復雜化和多樣化, 因此選擇一種清潔高效的滅火系統迫在眉睫。細水霧滅火系統作為一種清潔高效的哈龍替代滅火劑, 越來越受到關注, 其以水為基質, 對環境、保護對象、保護區人員無污染與損害;用水量小, 僅為水噴淋系統的1%~5%, 噴出的霧滴帶有動量具有穿透性, 能凈化煙霧和廢氣, 有利于火場救援和人員疏散;可以有效避免大量排水對設備的損壞和對環境的二次污染;目前針對細水霧的發生方法、霧場特性、熄滅各類火災以及外界環境改變對滅火效果的影響等多方面進行了深入的研究[1,2]。本文針對普通丙類物流倉庫[3,4,5,6], 設計細水霧滅火實驗。實驗所設物流倉庫以存放日常所用塑料電器開關為主, 選取間隔2 m通道正對的兩排貨架作為研究對象。旨在通過實驗, 驗證高壓細水霧對撲滅丙類物流倉庫火災的有效性, 為實際工程消防設計提供參考。

細水霧滅火系統布置在 (長×寬×高) 9 m×12 m×5.5 m的房間, 細水霧噴頭布置于房間中部, 總共4只噴頭呈正方形布置, 相鄰噴頭間距為3 m, 噴頭高度5.5 m, 噴頭流量系數K為1.25 L/ (min·MPa1/2) , 噴頭其他相關霧特性參數如表1所示。

表1 細水霧噴頭霧特性參數     下載原表

實驗中正對貨架兩側各開有兩扇防火卷簾門, 用于實驗后快速排煙, 實驗場地以及貨架具體尺寸和位置如圖1所示。實驗用塑料開關包裝箱 (長×寬×高) 為90 cm×80 cm×40 cm。點火點位于貨架B上不同位置, 相對A貨架, B貨架上布置比較密集的數據采集點。實驗中主要利用K型熱電偶與煙氣分析儀對燃燒過程中的相關參數進行了采集。其中熱電偶的布置對于不同的工況布置稍微有差別, 而煙氣分析儀則布置在貨架側面高3.5 m處。實驗工況中熱電偶布置如圖2所示, 隨著點火位置 (圖中深色點) 的變化, 火源點測點會有相應的變化。

圖1 實驗裝置示意圖   下載原圖

圖2 熱電偶以及著火點布置示意圖   下載原圖

實驗中按起火位置和細水霧啟動時間不同設計了三種工況。具體工況如表2所示。

表2 實驗工況表     下載原表

實驗中發現, 在火源點燃4~5 min火勢發展到相對較大趨勢, 因此實驗中貨架中間和底部著火時, 采用細水霧系統啟動時間為4.5 min作為火勢發展的發展階段, 進行細水霧滅火分析;由于貨架頂部著火會過早觸動自動滅火裝置, 因此頂部位置著火, 細水霧啟動時間定為1 min[3]。

底部著火實驗采用裝有汽油的圓形油盤引燃, 油盤直徑10 cm, 深4 cm。如圖3所示, 細水霧啟動前1 min, 隨著火災的發展, 火源點溫度以及3層貨架對應測點測得的溫度均上升。由于底層貨架距火源距離相對較近, 溫度變化較中間層與頂層貨架溫度變化略大, 但由于初起火點火焰沒有蔓延上來, 因此底層貨架溫度沒有明顯升高, 僅5℃左右, 如圖3 (b) , (c) , (d) 所示。1 min后開始噴霧, 與其他位置相比, 火源點溫度都有一個瞬間下降過程如圖3 (a) 。首先從火源點溫度變化趨勢可以發現對于發展階段火源點溫度有一個快速的下降過程, 幾乎在不到100 s的時間內, 溫度從650℃降到50℃以下。這是由于長時間陰燃貨架底部, 火焰從側面蔓延出來, 開啟細水霧后, 細水霧直接作用于火焰, 通過冷卻火焰、破壞燃燒自由基等作用來熄滅火焰。如圖4 (a) 所示火焰逐漸從貨架底部蔓延到貨物表面, 到圖4 (b) 時, 火焰發展到從包裝貨物的紙箱縫隙冒出, 從而引燃其附近可燃物, 火焰甚至從紙箱的背面蔓延至中間層貨架。這時開啟細水霧, 紙箱背面的火焰迅速被抑制, 貨架底層的火焰高度也有所降低, 到圖4 (c) 時火焰已完全被控制在貨架下方, 細水霧噴放持續一段時間后, 開啟倉庫門, 煙氣迅速散去, 由圖4 (d) 看到火勢基本撲滅, 滅火結束后著火貨架底層基本坍塌。由底部貨架著火實驗, 可見底部貨架發生火災后, 由于細水霧自身的窒息冷卻隔氧氣等優勢, 能夠有效的抑制火災, 但是由于底部貨架位置特殊, 一旦發生火災對貨架整體穩定會造成更大影響, 滅火過程結束后, 為防止隱藏在貨物內部的火復燃使用高壓細水霧噴槍進一步滅火。

圖3 火源點溫度曲線及各工況下著火貨架溫度變化對比   下載原圖

中部著火實驗采用中間層貨架側面涂抹汽油引燃貨物的方法點火, 熱電偶布置除火源點位置處測點上移到中層貨架外表面附近外其余測點不變。

圖5 (a) 中火源點溫度在點火瞬間上升, 由于汽油的快速蒸發很短的時間內溫度又有所下降, 汽油耗盡后貨物被成功引燃, 測點溫度繼續上升。圖5 (b) , (c) , (d) 三層貨架溫度都有顯著的變化, 中間層貨架溫度變化最大。由于火蔓延相應理論可以知道對豎直方向的火蔓延來說, 火蔓延的速度很快而且是加速的, 開始點燃階段由于火羽流對火焰的作用小, 火焰周圍的流場為層流, 隨著時間的發展, 火焰形狀和高度都在增加, 火焰周圍流場由層流轉化為湍流, 導致火蔓延加速。這種快速火蔓延很快導致燃燒越加猛烈, 燃燒面積不斷擴大, 釋放熱量增加, 周圍溫度急劇上升, 周邊可燃物開始燃燒, 火災發展到猛烈的程度。該階段燃燒強度達到最大、熱輻射最強、溫度最高, 煙氣對流速度達到最大, 建筑結構和材料耐火性能受到破壞, 容易發生變形或倒塌, 如果得不到有效控制的話, 極易向周邊蔓延, 增加火災撲救的難度。需要更多的人力和物理投入到滅火戰斗中, 來阻止火勢蔓延。圖5 (b) , (c) , (d) 可以發現, 中部著火后, 在4 min30 s啟動細水霧, 貨架各部位溫度并沒有完全被抑制, 溫度仍然有一個上升的過程, 這就說明物流倉庫貨架中部著火較危險, 應當立即采用細水霧滅火措施, 當火焰發展到一定程度再開啟細水霧滅火系統, 無法及時有效抑制火災。圖6為底層貨架一包裝箱內開關融化滴落的現象, 如果這種現象出現在中間層或頂層貨架, 其滴落對下方貨物的影響是極大的。

圖4 火災發展與滅火過程   下載原圖

圖5 火源點溫度及各工況下著火貨架溫度變化   下載原圖

圖6 包裝箱中的塑料開關融化滴落現象   下載原圖

物流倉庫的相關規定中明確指出:倉庫中線路和燈頭應安裝在庫房通道上方, 距堆垛水平距離不應小于0.5 m。但某些物流倉庫不遵循規定過高的堆放貨物, 以至于貨物接近倉庫頂板緊靠倉庫內的照明燈具, 造成燈具散熱不佳以及因燈具本身質量低劣、線路故障導致溫度過高而引燃貨物, 或者倉庫中存在違章搭設線路直接將線路架設在頂層貨物上表面由于線路老化等故障漏電著火等, 因此開展細水霧滅頂棚貨架火災實驗是十分必要的, 實驗采用頂層貨架涂抹汽油引燃貨物的方法點火, 實驗中熱電偶布置位置與底層引燃工況基本相同, 不同之處為去掉底層火源點測點, 將最頂層一排3個熱電偶作為火源點溫度變化監測點。

圖7中的圖片中列出了從點火開始到火被撲滅的全過程。由于汽油極易揮發, 點火瞬間火焰很強, 緊接著火焰很快變小;之后火焰開始在包裝箱表面與包裝箱內部蔓延, 到圖7 (a) 時由于包裝箱內部填充不實, 內部塑料電器開關著火, 包裝箱內發出微弱的爆破聲;當包裝箱內下層塑料開關受熱融化燒穿包裝箱底時, 塑料開關的熔融火焰滴落在下層貨物包裝箱頂, 頂層引燃4 min 30 s的過程中熔融滴落現象已經出現;這時開啟細水霧, 防止火焰繼續蔓延, 從圖7 (b) 看到, 細水霧開啟時火焰無論在高度上還是亮度上都有所降低;圖7 (c) 中細水霧繼續施加, 火焰進一步被抑制;細水霧持續7 min后開啟倉庫門, 出現復燃現象, 這時用高壓細水霧噴槍配合滅火;火滅掉后, 頂層點火部位貨物及其包裝箱全部被燒毀, 火災還波及到了著火層正下方中間層貨架上的貨物。

圖7 頂層引燃4 min 30 s火災發展與滅火過程   下載原圖

在4 min 30 s后開啟細水霧的情況, 由圖8 (a) , (b) , (c) 可以發現, 長時間點火工況中底層貨架、中間層貨架溫度一直穩定地維持在室溫附近, 沒有出現短時間點火工況下溫度下降的現象;頂層貨架長時間著火條件下, 火主要在包裝箱內部向下蔓延了, 減弱了其在包裝箱上表面的蔓延。

圖8 著火面溫度、環境溫度和煙氣溫度變化對比   下載原圖

本文主要研究了以塑料電器開關為主要貨物、硬質紙箱作為主要包裝的物流倉庫過道隔開的兩排貨架發生火災時細水霧對其的滅火效果的有效性。主要進行了不同點火位置, 在火災發展穩定階段進行高壓細水霧的滅火實驗。得出以下結論:

(1) 火災如果進入發展期甚至是猛烈期時, 需要增加細水霧作用時間才可以將火勢控制, 如果由于燃燒時間過長火災發生“滲透”的話, 實驗中細水霧滅火系統的滅火效果將被削弱, 這時需要高壓細水霧噴槍來協助滅火。

(2) 如果貨架著火處多為堆放貨架留下的空隙的話, 短時間內火就會“滲透”, 對道對面的未著火貨架造成很大的威脅。

(3) 相對于其他著火位置, 相同時間條件下貨架中部發生火災發展最為迅猛, 此時抑制火災細水霧需要施加更長時間。