20世纪90年代物流业开始进入国门, 设施的集约化、仓储的规模化和流动的高效化带动了棉花物流的发展。棉花含有天然纤维, 虽不被列为危险品, 但存有大量棉花的物流仓库一旦着火, 火势将在几秒钟内迅速发展到百平米, 造成不可估量的经济损失。
近几年, 棉花物流仓库火灾接连发生, 对国家经济的提升和棉花产业的发展产生了负面效应。2010年1月31日, 山东青岛市黄岛区一物流仓库因露天堆存大量棉花自燃引发大火, 仓库为彩钢板结构且在火灾半小时后发生了坍塌, 预计损失超过亿元。2010年4月22日14时30分, 胶南市灵山锦泰储运有限公司棉花垛自燃起火, 火势发展迅猛, 框架结构的棉花仓库在火灾发展15 min后就发生了局部坍塌, 给救援工作带来困难, 火势1 h后被控制, 大火烧毁棉花约100 t, 直接经济损失100余万元。2015年10月31日15时30分, 新疆兵团农七师125团一棉花加工厂突发火灾, 火势蔓延迅速, 经过奎屯、乌苏、沙湾公安消防部队和油田消防专职队历时12 h的作战, 大火被成功扑灭, 据悉, 大火导致5 000 m2的2 000余t棉花过火。
目前, 诸多学者对棉花物流的现状进行了研究。臧丽[1]分析棉花物流仓储的现状, 指出仓库设计过于简单, 人工操作模式落后。远近[2]分析了棉花流通和棉花物流概念之间的区别, 强调消防安全对棉花仓储的重要作用。谭妍[3]针对棉花火灾特点提出了消防安全措施。章靖[4]采用模糊综合分析法和层次分析法对中储棉特定仓库进行消防安全评估。因此, 对棉花物流仓库存在的消防安全问题和火灾的成灾机理进行研究, 并有针对性地提出减灾方法和安全措施是很有意义的。对棉花物流仓库火灾危险因果分析与防火对策的技术路线图如图1所示。
棉花物流仓库被消防部门定为特级防火单位。虽然棉花并不属于危险品, 但一遇到火灾却能造成严重的损失, 这是由于棉花的理化性质特殊, 仓储条件, 特别是防火条件, 要求较高。因此分析棉花物流仓库的火灾危险性, 对仓库防火对策研究是很有必要的。
(1) 棉花易燃。棉花的主要成分90%是天然纤维, 碳、氧元素含量超过45%, 这就使棉花变成易燃物质。棉纤维具有较强的吸湿性, 当棉花含水量, 环境温、湿度较适宜时, 棉花中的微生物发酵、棉籽油氧化和棉花吸水的过程都会发出热量, 由于棉纤维散热不力, 棉花内部热量易积聚, 因此棉花不仅易被点燃, 还易自燃。
(2) 棉花易阴燃。棉纤维质地疏松有空隙, 即使是经过高度压实的棉包的空隙率仍超过了70%, 当有火星落入棉包或理化放热引燃棉花, 由于内部供氧不足, 燃烧方式会转变为阴燃并持续长达数十天而不被人发现。
由于棉花具有易自燃、阴燃的理化性质, 棉花仓库的仓储温度一般保持在30℃以下, 最高不得超过35℃, 相对湿度不得超过70%。基于棉花仓库对温、湿度的要求, 雨天、夏天、雷击、大风等不良环境因素的来临均可能引起棉花自然变异。
根据棉花加工程度的不同, 仓储区可划分为籽棉货区、皮棉货区、棉籽货区、棉库区, 其中籽棉是指未脱籽的棉花, 皮棉是指籽棉经加工去籽的棉花, 棉籽是指从棉花中脱离出来的带有短绒的籽, 棉籽占籽棉重量的60%。GB 1103-2012《棉花细绒棉》对不同棉花的仓储温、湿度要求不同, 在仓库环境的管理上存在难度。比如, 标准中规定棉花的公定回潮率为8.5%, 回潮率最高额度为10%, 这里所指的棉花是指原棉, 而对于籽棉和棉籽, 由于新摘不久, 内部含水率较原棉高。比如, 在相对湿度为70%的环境下, 棉籽的含水率达到12%。而对于温、湿度的准确控制就要求仓库巡查值班人员每天对仓库的温、湿度查看记录, 人为因素较多, 而人员安全意识水平参差不齐, 因此对仓库温、湿度不能做到完全掌控。
(1) 棉花物流仓库内含有棉花的加工、仓储、运输过程, 这些工艺流程里存在诸多火灾危险源。棉花加工过程中有去籽、加压、打包等过程, 压花机、打包机、上垛机等机械设备在使用过程中飞溅的火花、打包用的钢丝崩断或拖地时产生的火花、电气故障都会成为引燃棉花的危险火源。棉花的仓储过程中, 照明灯具距离堆垛过近或瓦数过大, 都会引燃棉花。棉花的运输过程中, 进入棉库的电瓶车、铲车、叉车及上垛用的吊车的发动机迸出的火星、排气管处喷出的热气都会成为引燃棉花的危险源。
(2) 外来火源。人员出入携带的火源, 比如未燃尽的烟蒂、打火机等;库区必需的气焊切割等维修作业;由于人员消防安全意识较低, 在仓库周围燃放烟花、使用火炉等:这些行为产生的火星、火花都有可能成为导致棉花仓库火灾的危险源。由此可以看出, 棉花仓库的火灾危险源种类繁多, 来源复杂。
随着近几年棉花仓库火灾案例不断发生, 人们对棉花仓库的消防安全分析逐渐重视, 谭妍[3]、朱江[5]、郭建丰[6]等人通过分析火灾案例总结棉花仓库发生火灾时, 会出现堆垛间蔓延、堆垛内外蔓延、表面蔓延、飞火蔓延、疏散物资困难、扑救时间长、复燃概率大等火灾特征, 然而, 针对棉花仓库火灾机理的研究还较粗浅。通过对火灾发展过程、原因的分析可以为提出有针对性的防火对策提供理论依据。为了全面、科学的分析棉花物流仓库起火原因、蔓延过程, 本文将事件树与事故树相结合进行火灾因果分析, 建立流程如图2所示。
棉花物流仓库的火灾因果分析, 如图3所示。
通过火灾因果分析图, 可以分析棉花物流仓库的起火原因和蔓延原因。下面就针对事故树分析火灾因素。
(1) 自燃起火。通过对事故树的分析, 可得最小割集为:{X1, X4}{X2, X4}{X3, X4}{X5, X6, X7}{X8, X9}{X10, X11, X12};结构重要度为:I (X4) >I (X9) =I (X8) =I (X3) =I (X2) =I (X1) >I (X12) =I (X11) =I (X10) =I (X7) =I (X6) =I (X5) 。由此可以看出, 棉花自燃的所有原因中, 吸湿放热和氧化放热引发火灾的可能性最大, 棉花打包时压力过大也成为引发自燃的重要因素, 因为吸水释放的热量无法有效扩散从而导致火源温度升高。因此, 棉花打包时适度加压、严格控制仓库的环境温湿度是十分重要的。
(2) 蔓延。通过对事故树的分析, 可得最小割集为:{X20, X21}{X22, X23}{X24}{X25, X26}{X27, X28};结构重要度为:I (X24) >I (X28) =I (X27) =I (X26) =I (X25) =I (X23) =I (X22) =I (X21) =I (X20) 。由此可以看出, 货架间距不足是导致棉花仓库火灾蔓延的重要因素, 这是因为高密度的棉花遇水变形, 将水源阻隔在外, 水柱无法有效打击到起火点, 这使得自动喷水灭火系统的抑火效果降低。因此, 充足、合理的货架或堆垛间距对火灾的蔓延会产生有力的抑制作用。
(3) 坍塌。通过对事故树的分析, 可得最小割集为:{X29}{X30}{X31}{X32, X33, X34}{X35, X36};结构重要度为:I (X31) =I (X30) =I (X29) >I (X36) =I (X35) >I (X32) =I (X33) =I (X34) 。由此可以看出, 建筑耐火等级越高, 越不容易发生坍塌;在灭火过程中, 水源充足可以持续不断的打击棉花着火点, 防止复燃的发生, 从而降低了二次事故的概率, 因此要保证棉花仓库的安全, 就要设置足够的室内外消火栓并能在较近范围内寻找到有效消防水源, 这对灭火救援过程十分重要。
棉花是国家重要物资, 对棉花物流仓库消防方针要始终坚持“预防为主, 防消结合”, 根据对棉花物流仓库火灾原因、蔓延和事故后果的事故树分析, 提出针对棉花仓库的防火对策。
根据棉花的理化性质可知, 棉花可通过吸湿放热、微生物发酵放热、棉籽的氧化放热而产生能量, 易自燃;燃点低, 外界温度高于35℃或湿度超过70%时棉花就会变异, 棉花仓储的高标准要求仓库内温、湿度要保持基本不变。因此棉花仓库内必须配有温、湿度计。仓库管理员应每天查温查湿, 并根据天气的变化及时采取通风散湿或关闭仓库等措施。
当成品棉花在打包时因加压过大而造成棉花过紧时, 棉花内部一旦出现阴燃点, 产生的热会因棉花间的缝隙过紧而无法扩散, 这就容易导致热量积聚造成棉花火灾, 因此在棉花打包过程中, 不仅要注意捆包钢丝的合理使用, 还应适当调整棉包加压的压力。
由于棉花物流仓库内包括打包、装卸、搬运、堆放等过程, 因此对人员携带火种的排除和工艺流程的防火处理十分重要, 是从源头遏制火源的重要途径。①严格落实人员安检入库的规定, 入库前收取所有火种;②装卸车辆、仓储车辆、车间工艺设备必须装置防火罩或熄火装置, 保证无飞溅火星;③棉花仓库周围在未经消防部门审批的情况下, 不得动火作业, 不得携带危险品、易燃品进入库区。
为了防止仓库火势的大面积蔓延, GB 50016-2014《建筑设计防火规范》中对仓库内防火分区和防火分隔的设置有明确的规定, 但许多棉花仓库都存在防火分区过大、未设有效防火分隔等重大火灾隐患, 这就对棉花火灾的大范围蔓延提供了条件。然而, 在同一个防火分区内, 若货架、堆垛间距过窄, 在火灾还未突破防火分区的蔓延初期, 火势会在短短几分钟之内猛然扩大到整个区域, 不仅造成重大的经济损失, 还会给救援工作带来困难。一般规定, 堆垛、货架间距不小于2 m, 其他通道宽度不小于1.5 m;垛距墙不小于0.5 m, 距柱不小于0.2 m, 这可以在发生火灾时尽量减少对墙、柱、顶的直接烘烤, 降低仓库坍塌的概率。
消防设施的完善、保养和日常维修, 对突发火灾时能够起到报警及时、控制蔓延甚至扑灭火情的作用。同时, 在棉花火灾的扑救过程中要求时刻保持水源充足, 从而打击棉花起火点, 一旦水源截流, 棉花内部阴燃着火点会很快蔓延到表面, 造成复燃等二次灾害, 因此保证消防水源充足是防火、灭火的重要环节。
结合对棉花理化性质的了解和典型棉花仓库火灾案例的分析, 总结了我国棉花物流仓库存在的消防安全问题, 即荷载过大、消防设施不完备、违规堆放等消防安全隐患。通过棉花仓库的工艺流程、设备特点、各类棉花等特征, 分析了棉花物流仓库的火灾危险性, 包括火源复杂, 难控温、湿度。通过因果分析可知, 吸湿放热引发棉花自燃的可能性较高, 货架间距过窄对火势的蔓延产生较大影响。棉花仓库火灾的灭火战斗持续时间较长, 因此建筑是否坍塌取决于建筑耐火等级的高低。
从以上研究可以总结出棉花物流仓库火灾因素有:仓库的温、湿度, 棉包压力, 货架间距和消防水源。针对这些因素提出防火对策:①控制仓库温度低于30℃, 湿度低于70%;②棉花包装时要适当加压;③货架间保持2 m间距;④消防水源必须靠近仓库。
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