自动化高架仓库是指由货架、轨巷道堆垛机、出入库工作台和自动进出入及自动化装卸系统等组成的仓库。自动化高架仓库具有提高空间利用率、提高企业生产管理水平等优点,可实现节约土地,提高生产效率,便于集中管理的目的;但一旦发生火灾,火势会形成立体燃烧,增大扑救难度,会造成巨大财产损失,因此高架仓库的水消防系统设计非常重要[1]。在高架仓库设计中,最重要的安全系统就是水消防灭火系统,为建立更适合运行和操作的高架仓库水消防灭火系统,将自动喷水灭火系统、自动消防水炮灭火系统、水幕系统组成主动消防系统,将立体化消火栓系统、灭火器系统组成被动消防系统,并将上述系统在某化工企业2016年建成投产的高架仓库水消防系统中进行了实际应用。
某石化企业工程项目建于山东省某化工园区内,为生产成品产品建立一座多功能的自动化高架仓库。高架仓库在2016年已通过消防审查及验收,目前运行状况良好。该高架仓库同时包含了货物前处理入库、存储、理货、出库的整个货物流程,包装好的物品从入库到出库均实现自动化作业,各个单元之间采用输送带联系。不同防火分区之间的防火墙上开有输送口,并设置有防火卷帘,高架仓库的主体存储单元共分为2个独立防火分区,南侧库房建筑总面积为2 367 m2、高度为22.6 m,中间库房建筑总面积为1 360 m2、高度为22.6 m。高架仓库货架结构立面如图1所示。
高架仓库消防用水由园区消防泵站供给。园区已建有稳高压消防水系统1套,系统设计水量为700 L/s,火灾延续时间按6 h考虑,消防储水量按不小于15 120 m3设计。厂区内设置有DN 600 mm环状消防供水管网,能够满足本工程消防用水量和水压的要求。
主动消防系统是高架仓库消防的最重要的组成部分,主要包括自动喷水灭火系统、货架间的自动消防炮灭火系统和水幕消防冷却系统3部分。
在自动化高架仓库水消防系统设计工作中,最重要的一环就是自动灭火系统的设计。自动灭火系统主要包括:自动喷水灭火系统、干粉系统、气体灭火系统、雨淋系统等,其中干粉系统属于局部系统,需要喷头喷射范围内无遮挡物,高架仓库遮挡太多,因此干粉系统不适合高架仓库;气体灭火系统有防护面积和防护体积要求,高架仓库体积太大,因此气体灭火系统不适合高架仓库;雨淋系统要求雨淋阀保护面积不超过260 m2,高架仓库面积过大,需设置雨淋系统过多,分区太多,因此雨淋系统不适合高架仓库;上述自动灭火系统受限于空间要求,不适合用于高架仓库进行灭火。
高架仓库适合GB 50084—2001《自动喷水灭火系统设计规范(2005年版)》[2]5.0.5条袋装不发泡塑料的相关规定,以及5.0.8条“货架仓库的最大净空高度或者最大储物高度超过本规范要第5.0.5条的规定时,应设置货架内置洒水喷头”,故本设计采用自动喷水灭火系统。高架仓库自动喷水灭火系统主要由仓库顶部喷淋和货架内部喷淋2个系统组成,自动喷水灭火系统按2个防火分区布置。高架仓库顶部喷淋布置1个湿式报警阀,每个防火分区均设置水流指示器和信号阀,最远处设末端试水装置,其余防火分区设置试水阀;货架内喷淋每个防火分区布置1个湿式报警阀,每个防火分区均设置水流指示器和信号阀,最远处设末端试水装置。
(1)顶部喷淋系统。由于仓库的净空高度和储物高度均远远超过了GB 50084—2001[2]的要求,因此顶部喷淋系统采用湿式报警阀组控制,阀后控制喷头数量不超过800只,根据防火分区的不同以及喷头的数量将自喷系统分为几组自喷管网,分别设置水流指示器和信号阀,自喷管网采用格栅状布置,喷头垂直于屋面板安装。对于自动化高架仓库屋顶一般选用属于灭火型喷头的快速响应早期抑制喷头(ESFR)[1]。由于自动化高架仓库内一般不作吊顶,可以使用直立型喷头或者在下垂型喷头上方设置集热板,但集热板距喷头的位置,集热板的大小、材质、形状等均没有作具体的规定,在设计中采用直径为700 mm、中间最大高度为150 mm的圆锥形集热板[1],靠近喷头上方安装,位置以不影响喷头喷水为宜。
目前国内大流量系数喷头有消防认证的很少,闭式消防喷头属于3CF强制认证产品,故采用进口大流量喷头。该高架仓库属于货架储物的Ⅲ级仓库,仓库上部采用K=360的ESFR系统,作用面积内开放的喷头数为12只,喷头的最低工作压力为0.3 MPa,自喷水量为125 L/s,延续时间为2 h。
(2)货架内喷淋系统。仓库的最大净空高度和最大储物高度都超过了GB 50084—2001[2]的要求,按照第5.0.7条,应设置货架内喷头,宜自地面起每隔4 m高度设置一层货架内置喷头。当喷头流量系数K=80时,喷头工作压力不小于0.20 MPa,当K=115时,喷头工作压力不小于0.10 MPa。喷头间距不应大于3 m,也不宜小于2 m[2,3,4]。自喷管网采用枝状布置,GB 50084—2001[2]第5.0.7条要求货架内置喷头上方的层间隔板应为实层板,因此设计时在喷头上方的层间设置实层板,在每个喷头上方各安装一个400 mm集热板。
南侧仓库自地面第一层货架底起每3.76 m桶装物料上方设置货架内置喷头,中间仓库自地面第一层货架底起每2.76 m桶装物料上方设置货架内置喷头,喷头流量系数K=115。双排货架布置在货架两排货架中间,单排货架布置在货架一侧,同时动作喷头为14个,喷头的最低工作压力是0.10 MPa,自喷水量为27 L/s,延续时间2 h。货架内置自喷管道系统图见图2,货架内置自喷系统剖面图见图3。仓库的自动喷淋总用水量为:125+27=152 L/s。
由于自动化高架仓库的进出库端、货架中间堆垛机通道为层高大净空,且消防人员无法进出,自喷系统及消火栓无法对其进行有效保护。根据GB50160—2008《石油化工设计防火规范》第8.11.4条第2款[3],考虑第一种方案为在货物进出端垂直于货架间运输通道区域设置遥控高架消防炮灭火系统,室内消防炮系统可以从室外环状管网引入2根DN 200 mm管线给室内消防炮系统供水;另一种方案为从室外环状管网引入2根DN 200 mm管线给室内消防炮和室内消火栓供水。如果选择第一种方案室内消防管道数量较多,不利于维护和检修,故本设计采用第二种方案,即室内消防炮和室内消火栓从室外管网引两路进水供水。
自动消防炮是新型化的集微机技术、火源探测技术、信号处理技术、通讯技术及传动技术于一身的自动化消防产品。该高架仓库的进出库端、货架中间堆垛机通道设置自动消防炮,室内消防炮用水量不小于60 L/s,与室内消火栓系统自厂区室外环状管网引入2根DN 200 mm管线供水,水源为全厂稳高压消防供水系统,供水压力不小于1.0 MPa。本系统采用ZTZ-600型自动寻的柱型射水灭火装置(自动消防炮)6门,在灭火装置附近设置手动控制盘,便于实现手动/自动转换功能,用于应急现场手动操作。
水幕系统可分为2种:一是防护冷却水幕,这种水幕主要与简易防火隔热(如防火卷帘)结合使用,可提高简易防火分隔物的耐火性能,它直接向设备、容器、建筑门窗表面喷洒水雾,可以降低火焰辐射热对设备、容器和建筑物的影响;二是防火分隔水幕,防火分隔水幕用以阻止火焰或火灾高温烟气的穿透,降低火焰烟气温度,使处于水幕背面的建筑物、设备和容器得到保护,防止火灾蔓延。仓库2个防火分区的防火门处采用防护冷却水幕;仓库与主装置连接的连廊处的轨道无法设置防火门,此处设计采用防火分隔水幕。
防护冷却水幕的喷水强度取0.5 L/(s·m),水幕宽度为5.1 m,喷头工作压力为0.1 MPa,防护冷却水幕消防水量约为3 L/s;防火分隔水幕的喷水强度取2 L/(s·m),喷头工作压力为0.1 MPa,防火分隔水幕消防水量约为8 L/s,水幕宽度为6 m。防护冷却水幕选择ZSTKX-20型开式下垂型喷头,防火分隔水幕选择ZSTKZ-15型开式直立型喷头。水幕系统报警阀组的开启有以下3种方式:(1)自动控制;(2)手动远程控制;(3)现场人工手动开启。
被动消防系统是高架仓库消防最基本的组成部分,主要包括室内外立体消火栓系统、化学灭火器系统2部分。
自动化高架仓库体积大,高度高,所以根据GB50016—2014《建筑设计防火规范》[5]和GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》[6]中对库房室内消防用水量的有关规定,布置室内外消火栓系统。因为高架仓库内主要是机械装置,内部布满了钢制货架和堆垛机,为提高机械的工作效率,均采用高空间、长通道的布置方式,一般无需人员进入货架间,且火灾时烟雾、照明都不利于灭火人员使用消火栓,且无法达到必需的充实水柱。因此,设计采用在自动化高架仓库外墙做相应的消防专用窗,室内消火栓尽量布置在消防专用窗附近;在库房内货架底端设置专用的横向消防通道,消防专用窗也用于室外消火栓的使用,货架内横向消防通道用于中间室内消火栓的使用,形成了室内外立体化消火栓系统。该自动化高架仓库室内消防用水量不小于25 L/s,室外消防用水量不小于45 L/s。
该自动化高架仓库属于中危险等级,火灾类别为A、B类。根据GB 50140—2005《建筑灭火器配置设计规范》[7]相关规定:现场设置MFT/ABC50推车式磷酸铵盐干粉灭火器及MF/ABC8手提式磷酸铵盐干粉灭火器;高架仓库内部主电源盘服务器室等局部房间按照中危险E类火灾配置MT7手提式二氧化碳灭火器,手提式灭火器置于灭火器箱内,灭火器顶部离地面不应大于1.5 m,底部离地面不宜小于0.08 m,灭火器箱不得上锁。
高架仓库可以有效节约占地面积,充分利用仓库空间;自动化管理可以提高仓库的管理水平,提高仓库的工作效率;在一些有毒、易爆的货品环境中,可以减少对人的伤害。但是高架仓库内部空间结构的复杂性提高了灭火救援的难度,尤其是增加了消防队员进入高架仓库救援的危险性。本设计主要加强了主动消防系统设计,其中包括屋顶自喷系统、货架内自喷系统和货架间的自动消防炮灭火系统,全方位主动保护货架内货物安全;加强了被动消防系统设计,利用了消防专用窗、专用的横向消防货架间货物通道形成了室内外消火栓立体化消火栓系统,全方位无死角保护货架内货物安全;同时兼顾了主动消防和被动消防,确保高架仓库灭火系统的可靠、经济、实用。
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