高架仓库具有占地面积小, 储存容量大, 可有效节省用地, 减少使用成本, 实现电脑与堆垛机配合自动存取物件等优点, 可大幅度提高货物的管理效率。此类仓库现已广泛应用于烟草、食品、纸张、电器、化工原料等物资的仓储。高架仓库的应用给生产及物流带来了极大的方便, 同时也带来了如传统灭火系统难以胜任、火灾蔓延迅速、灭火难度大等一系列消防问题[1]。

高架仓库的火灾特点主要包括: (1) 规模大, 空间高。高架仓库的总面积通常为6 000~20 000 m2左右, 高度在16~35 m左右, 火灾发生后灭火难度大。 (2) 货物存放密集, 火灾蔓延速度快, 必须在火灾初期有效灭火。 (3) 高架仓库储存物有时为可燃液体, 但其包装物通常为A类火灾 (可燃固体物质) , 因此用于高架仓库的灭火剂应是ABC灭火剂, 且不能使储存物产生化学物理变化。 (4) 物流采用堆垛机自动存取, 堆垛机通常采用轨道运行, 不便于采用防火分隔物进行隔离, 要求应用的灭火系统能在高大空间有效扑灭火灾, 且便于安装维护, 不影响堆垛机自动存取运行。 (5) 货件按格分层存放于密集货架中, 上下左右相互遮挡且有很多缝隙, 存在灭火剂直接喷射不到的“死角”, 因此使用的灭火剂必须具有全淹没灭火的效能。

目前国内外高架仓库选用的水灭火系统主要有水喷淋灭火系统、水喷雾灭火系统、细水雾灭火系统等[2]。水喷淋灭火系统是目前应用较广泛的消防设备, 对于高层建筑及商场等场所具有较好的灭火效果。水喷雾灭火系统是把喷射的水滴变成细小雾滴进行灭火, 相比较水喷淋灭火效率要高得多, 水喷雾灭火系统应用于电缆隧道等场所灭火效果比较理想。细水雾灭火系统是把喷射的细小雾滴通过高压喷射变成小于400μm的雾滴进行灭火, 雾滴遇火焰高温后迅速汽化, 最大限度排斥火场的空气, 降低燃烧物周围的氧含量, 使燃烧受抑制或中断。细水雾比水喷雾灭火效率高, 因而应用于电缆火、油喷雾火及高度小于5 m场所的火灾扑救表现较优越。

虽然水灭火系统对于大多数场所具有较好的灭火效果, 但其应用于高架仓库存在着如下缺陷: (1) 需要大型专用水池、专用水泵等设备, 增加了高架仓库初建成本及维护成本。 (2) 需要专用管道, 大量的管道安装于高架仓库的立体货架上, 影响堆垛机的运行, 同时增加了货架的负荷。 (3) 系统维护中需定期试压, 泄漏的水容易浸湿货物及仓库地面, 带来不必要的损失。除此之外细水雾灭火系统由于靠雾滴汽化后排斥火场的空气, 使燃烧物周围的氧含量降低而灭火, 因而不适于高于5 m, 容积大于500 m3的空间灭火。

超细干粉管网灭火系统, 是用管道输送灭火剂到防护区, 由安装于防护区喷头释放灭火剂的灭火系统, 按灭火剂输送方式可分为管网系统或无管网系统。该灭火系统应用了近几年比较成熟的扑救火灾的控制释放技术, 采用电控启动、定温启动、电控手动启动等多种启动方式, 应用于相对封闭空间的全淹没灭火或开放场所局部保护灭火, 具有安装、维护方便, 应用灵活, 灭火效能高等一系列优点。超细干粉无管网灭火系统由火灾探测控制系统及悬挂式灭火装置组成。目前实际投入高架仓库应用的为无管网灭火系统。

目前灭火装置按驱动方式分为贮压式和非贮压式两类, 其组成结构如图1所示。贮压式灭火装置, 主要由灭火剂贮罐、喷头、压力指示器、感温元件、热引发器、电引发器等组成。非贮压式灭火装置主要由灭火剂贮罐 (或壳体) 、气体喷发剂盒、铝箔喷口、热引发器、电引发器等组成。灭火装置采用温控启动、电引发启动两种启动方式。

图1 两类灭火装置的组成结构  下载原图

灭火装置采用温控启动或电控启动, 单具灭火装置可同时具有温控启动和电控启动两种启动方式, 其工作控制原理如图2所示。当防护区发生火灾时, 环境温度上升至灭火装置设定的公称动作温度时, 灭火装置自动启动释放超细干粉灭火剂灭火。将灭火装置上的电引发器与火灾探测报警系统相连接, 则灭火装置处于电控启动方式。

防护区发生火灾时, 灭火控制器接收到探测器两个独立的火灾信号后发出声光报警信号, 延时至设定的时间 (不超过30 s) 后启动灭火装置释放超细干粉灭火剂灭火。装有信号反馈器时, 信号反馈器向灭火控制器反馈灭火剂释放信号。

图2 超细干粉灭火装置工作控制原理图  下载原图

无管网悬挂式灭火装置充装的超细干粉灭火剂, 粒径越小, 灭火效能越高。目前在用的ABC超细干粉灭火剂有两类: (1) 磷酸铵盐ABC超细干粉灭火剂[3], 该类灭火剂的灭火机理主要是阻断燃烧链式反应, 即化学抑制作用。灭火剂90%的粒径在20μm以下, 在火场反应快, 全淹没灭火效能≤0.120 kg·m-3。 (2) 聚磷酸铵ABC复合超细干粉灭火剂, 灭火剂90%的粒径在15μm以下。该类灭火剂通过复合的方法把化学灭火的优势和物理灭火的优势有机结合起来, 对有焰燃烧的化学抑制作用, 对无焰燃烧的窒息作用, 以及对热辐射的遮隔、冷却作用是此类灭火剂的集中表现。灭火剂在扑灭固体火灾时, 其复合材料微粒在火的高温作用下, 在燃烧的固体表面形成一层玻璃状的膜, 将燃烧物与空气隔离, 瞬间扑灭固体的无焰燃烧, 对于防止固体燃烧物的复燃, 有类似于水的效能。该类灭火剂全淹没的灭火效能≤0.065 kg·m-3, 是水的60倍以上;灭火速度<6 s, 是水的40倍以上[4]。

由于高架仓库货件堆放密集, 发生火灾时, 火势蔓延迅速。为迅速灭火, 应选用灭火效能高的灭火剂, 以减少火灾造成的损失, 同时可有效减少悬挂在货架上的灭火装置数量, 减轻货架负担。

面积法或体积法是局部保护灭火系统两种不同的设计方法。面积法适用于保护对象是平面时的设计, 如有限可燃液体的表面保护;体积法适用于保护对象是多面体时的设计, 例如呈立体性质的货件、货架等。两种方法应用的保护对象不同, 其灭火剂的设计用量、灭火装置的布置等要求也不同。

高架仓库起火时, 其密集架内的货件顶部平面火须熄灭, 其四个侧面的火及底部的火也必须熄灭。如采用面积法进行设计, 势必造成灭火剂设计用量及灭火装置数量严重偏少, 使灭火浓度达不到要求;灭火装置布置时也会使保护物除垂直平面外其他的几个面得不到保护, 而使这几个面的火不能被扑灭。因此高架仓库的超细干粉灭火系统应采用体积法进行设计, 只有这样才能保证在火灾发生时, 喷放的灭火剂全方位灭火, 起到保护人身和财产安全的作用。按国内外有关标准的规定, 保护对象的体积计算应采用假定的封闭罩的体积, 如图3所示。

图3 灭火系统体积法保护封闭罩  下载原图

为便于堆垛机的运行, 高架仓库中靠墙的货架为单排货架, 其他为背靠背的两排货架。灭火装置安装于单排货架的一侧及两排货架的中间空隙, 如图4、图5所示。灭火装置启动控制线沿货架槽钢底部走线, 灭火装置的安装不影响堆垛机的运行及货物的自动存取。

在货架中每两层货件安装一层灭火装置, 每层灭火装置保护下面及左右共8件货件, 每件货件3.375 m3, 总体积为27 m3。复合型超细干粉灭火剂灭火效能为0.065 kg·m-3, 考虑到高大空间的可靠灭火, 乘以1.5倍的安全系数, 充装量为3 kg的单具灭火装置, 局部淹没应用灭火保护范围大于30 m3, 可以可靠灭火。

图4 灭火装置安装设计图  下载原图

图5 灭火装置在高架仓库实际安装图  下载原图

试验证明高架仓库货架发生火灾时, 在本排货架迅速蔓延;由于货架之间隔一条1.5~2 m宽的堆垛机运行通道, 火要蔓延到邻排货架, 需要一定的时间。因此, 高架仓库灭火分区或者灭火单元宜以货架划分, 1~2排货架为一个灭火分区 (灭火单元) , 如图6所示。

图6 超细干粉灭火系统灭火分区划分  下载原图

灭火系统与安装于本排的空气采样报警系统相连, 发生火灾时, 该排货架的灭火系统启动, 既及时有效地扑灭局部火灾, 又避免了一处发生火灾整个仓库的灭火装置全部启动, 能防止不必要的浪费。

灭火实验室长宽高分别为16 m、12 m、10 m, 里面安装4排货架, 每排货架放置4层货件, 每层4件, 每件货件长宽高均为1.5 m。按实际工程应用每两层货件安置1具充装量为3 kg的灭火装置, 按3行布置, 每行3具, 如图7所示。

在货架上铺上麻布条, 在货件上喷洒93#车用汽油, 引燃货件, 自由燃烧5 min后手动启动灭火系统灭火。灭火剂喷射5 s后火焰熄灭, 打开实验室门及排风扇, 继续观察10 min, 货件未复燃。图8为货件着火情况, 图9为灭火后情况。

图7 灭火试验模型示意图  下载原图

高架仓库由于规模大、空间高、货物存放密集、物流自动化程度高等自身特点, 带来了传统的消防设施难以胜任、火灾难以扑救等问题。超细干粉灭火系统具有灭火效率高、便于安装维护等特点, 采用分层布置、分区启动的方式, 可有效扑灭高架仓库初期火灾, 可靠保护高架仓库的安全。

图8 货件着火情况  下载原图

图9 灭火后情况