近年来,随着我国现代物流行业的迅速发展,集成了自动化与信息化等物流系统的自动化立体高架仓库的数量和规模也在不断扩大,智能分拣和存取货物与生产线紧密相连,极大地满足了生产链的需求,发展前景十分广阔。
通常把货架高度大于7m且采用机械化操作或自动化控制的货架仓库称为高架仓库。常见的自动化立体高架仓库(以下简称立体库)由高层货架存放物料,货架间设置巷道堆垛起重机进行自动分拣和存取作业,因此立体库的高度可达30m以上,库内单位面积的存储量是普通仓库的5至10倍,并大幅减少占地面积。目前我国对于立体库的消防系统设计,主要依据《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974—2014)和《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084—2017)中的相关要求。
以笔者设计的某一典型立体库为例,该立体库是与生产车间毗邻的中间仓库之一,属于单层丙类高架仓库,耐火等级二级,火灾危险等级为仓库危险级Ⅱ级,主要用于存放丙类的可燃固体。库内长86m,宽27m,高23m,货架沿长边单、双排布置,货架外缘至边墙距离为1.8m,双排货架间距0.55m,巷道宽度为1.5m,每格货位空间的长度为3.95m,进深1.60m,高度为2.175m,共9层,货架总高度为20.60m(见图1)。
我国的《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974—2014)对立体库的消火栓系统的要求是须满足同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱,并能同时达到任何部位,但立体库内自动化程度较高,货架连续且成排布置,两端和中间巷道为堆垛起重机导轨路线,室内消火栓的设置受到极大限制。由于库内通道进深较大,且有堆垛起重机穿行其间,火灾时消防队员受烟雾、照明等不利因素影响,进入内部获取消火栓和寻找起火点都困难重重。因此,按照消火栓设置位置应易于取用,便于火灾扑救的原则,设置室内消火栓时应优先考虑把消火栓设置在立体库两端的入口附近,保护内部区域的消火栓可沿边墙布置,边墙与货架外边缘的通道应能满足消火栓箱门的开启120°的要求。计算消火栓保护距离和确定消火栓位置后,取消部分货架底层2m以下的货位供消防人员通行,形成数道纵向的消防通道,再结合横向的中间巷道,消防队员可在货架间快速通行,及时发现并控制火情。
立体库由于自动化程度高、用电量较大、可燃物堆叠密集,同时库内净空超高,一旦发生火情,热量将通过火焰接触的热传导、层板间孔洞和间隙的热对流(竖向和横向烟气通道)以及喷射出的热辐射而迅速蔓延。我国的《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084—2017)规定的屋面下采用早期抑制快速响应喷头(简称ESFR)的喷淋系统也仅适用于净空高度不大于13.5m的建筑,仅靠屋面设置喷淋系统已无法达到控制立体库货架内火灾的喷水强度。《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084—2017)对此类情况的要求是,仓库危险Ⅱ级场所的货架储物高度大于7.5m时,设置货架内置洒水喷头,同时顶板下设置的喷淋系统的喷水强度不低于20L/(min·m-2),作用面积不小于200m2,持续喷水时间不小于2h。
顶板下的喷淋系统主要用于保护屋面钢架以及最上层货架的货物,采用K=115,68℃标准响应直立型喷头,喷头最大间距3.0m,最小间距1.8m,当最低工作压力为0.25MPa时,可满足最低喷水强度20L/(min·m-2)的要求,管网采用格栅状布置,单只喷头流量为3.03L/s,不均匀系数1.05,设计流量70L/s,持续喷水时间不小于2h,设计用水量504m3。
《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084—2017)对货架及货架内喷头的设置提出了具体要求。立体库货架内置喷头上方层间隔板必须为实层板,并且该实层板应覆盖整个货架平面,其他层为通透层板,且层板中间通透部分不小于层板总面积的50%,通常可采用网格或格栅的型式,利于水和烟气的穿透(见图2)。货架总高度为20.60m,每格货位高度为2.175m,进深1.60m,货架内设置了8层喷淋,自地面起每3.0m设置一层,喷头间距2~3m,同时,上下两层的喷头相互之间交错布置(见图3)。采用K=115,68℃标准响应下垂型喷头,最低工作压力为0.1MPa,单只喷头流量为1.92L/s,货架内开放洒水喷头数量为14只(最顶层和次顶层各7只),管网采用支状布置,不均匀系数1.3,设计流量35L/s,持续喷水时间为2h,设计用水量252m3。
布置喷头时,按照《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084—2017)的要求,仓库危险级场所每根配水支管控制的喷头数不超过6只,连接相应个数喷头的横支管按流量和压力计算确定,为避免设置抗震支架,通常控制在不超过DN50,主立管按设计流量采用DN150。与货架工艺配合,货架内喷头溅水盘与顶板的距离控制在75~150mm,与下部货物顶面的垂直距离不小于150mm,并且将喷头布置在两排货架间隙的烟气通道中心处,溅水盘低于货架横梁(见图2),更有利于上下两层喷头感温并及时开放,还能最大限度地降低喷头对堆垛起重机进出货物时的影响,同时在货架内喷头的上方设置平面面积不小于0.12m2的挡水板(当喷头上方为连续的实层板,没有孔洞、缝隙,则可不安装挡水板)。这是因为集热主要依靠层间的实层板,而仅有0.12m2的挡水板集热作用十分有限,主要是为防止上部喷头动作后淋湿下方喷头的感温元件而影响喷头动作。
在立体库内管道布置时,顶板下喷淋与货架内置喷淋系统需要分别设置水流指示器,而货架内设置了8层货架内喷头,因此本项目中货架内喷头数为1400余只,于报警阀间内单独设置两组报警阀供货架内喷淋系统使用,并且由于喷淋系统整体由上而下布置,末端试水需引自最上层横支管末端货架内喷头,并于每根DN150立管底部设置DN50泄水阀(见图3)。
此外,布置喷淋管道时还需与货架工艺配合,在货架间留足空间用来固定和安装350mm左右宽度的挡水板和DN150的喷淋立管,同时货架结构设计还需考虑相应管道荷载。DN150的镀锌钢管满水载为40.6kg/m,横支管最大为DN50的镀锌钢管满水荷载为7.79kg/m,均需固定在货架上,顶部DN150喷淋主管则固定在屋面钢梁。如存储物品为大型纸卷、无纺织纤维制品或顶部有开口的不透水容器等,货架结构及地面荷载的设计还应考虑货物吸水或灌满水后的总重量,同时,因为立体库的消火栓及喷淋系统流量相对较大,库内还需按设计流量考虑足够能力的消防排水,以免威胁结构安全及水渍侵蚀底层货物。
立体库能极大助力现代企业内部物流的自动化运行,并且货架的型式灵活多变,便于科学、智能地管理内部物流过程,有效提高工作效率。但由于立体库内部紧凑密集,消防人员进入困难,消火栓保护距离也受到极大限制,选择合适的自动喷水灭火系统能够在火灾初期就提供有效的保护。除此之外,还应该落实消防安全管理,不间断地巡查和排查火灾隐患,提高消防设施的良好率,并且可以积极运用物联网技术,实现智慧消防,有效预防火灾事故的发生。
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