我国物流业起步较晚, 随着国民经济的飞速发展, 物流业的市场需求持续扩大, 因而对物流仓库的需求量也日益增加, 但是与此同时, 物流仓库所面临的火灾隐患也越来越复杂化和多样化, 因此选择一种清洁高效的灭火系统迫在眉睫。细水雾灭火系统作为一种清洁高效的哈龙替代灭火剂, 越来越受到关注, 其以水为基质, 对环境、保护对象、保护区人员无污染与损害;用水量小, 仅为水喷淋系统的1%~5%, 喷出的雾滴带有动量具有穿透性, 能净化烟雾和废气, 有利于火场救援和人员疏散;可以有效避免大量排水对设备的损坏和对环境的二次污染;目前针对细水雾的发生方法、雾场特性、熄灭各类火灾以及外界环境改变对灭火效果的影响等多方面进行了深入的研究[1,2]。本文针对普通丙类物流仓库[3,4,5,6], 设计细水雾灭火实验。实验所设物流仓库以存放日常所用塑料电器开关为主, 选取间隔2 m通道正对的两排货架作为研究对象。旨在通过实验, 验证高压细水雾对扑灭丙类物流仓库火灾的有效性, 为实际工程消防设计提供参考。

细水雾灭火系统布置在 (长×宽×高) 9 m×12 m×5.5 m的房间, 细水雾喷头布置于房间中部, 总共4只喷头呈正方形布置, 相邻喷头间距为3 m, 喷头高度5.5 m, 喷头流量系数K为1.25 L/ (min·MPa1/2) , 喷头其他相关雾特性参数如表1所示。

表1 细水雾喷头雾特性参数     下载原表

实验中正对货架两侧各开有两扇防火卷帘门, 用于实验后快速排烟, 实验场地以及货架具体尺寸和位置如图1所示。实验用塑料开关包装箱 (长×宽×高) 为90 cm×80 cm×40 cm。点火点位于货架B上不同位置, 相对A货架, B货架上布置比较密集的数据采集点。实验中主要利用K型热电偶与烟气分析仪对燃烧过程中的相关参数进行了采集。其中热电偶的布置对于不同的工况布置稍微有差别, 而烟气分析仪则布置在货架侧面高3.5 m处。实验工况中热电偶布置如图2所示, 随着点火位置 (图中深色点) 的变化, 火源点测点会有相应的变化。

图1 实验装置示意图   下载原图

图2 热电偶以及着火点布置示意图   下载原图

实验中按起火位置和细水雾启动时间不同设计了三种工况。具体工况如表2所示。

表2 实验工况表     下载原表

实验中发现, 在火源点燃4~5 min火势发展到相对较大趋势, 因此实验中货架中间和底部着火时, 采用细水雾系统启动时间为4.5 min作为火势发展的发展阶段, 进行细水雾灭火分析;由于货架顶部着火会过早触动自动灭火装置, 因此顶部位置着火, 细水雾启动时间定为1 min[3]。

底部着火实验采用装有汽油的圆形油盘引燃, 油盘直径10 cm, 深4 cm。如图3所示, 细水雾启动前1 min, 随着火灾的发展, 火源点温度以及3层货架对应测点测得的温度均上升。由于底层货架距火源距离相对较近, 温度变化较中间层与顶层货架温度变化略大, 但由于初起火点火焰没有蔓延上来, 因此底层货架温度没有明显升高, 仅5℃左右, 如图3 (b) , (c) , (d) 所示。1 min后开始喷雾, 与其他位置相比, 火源点温度都有一个瞬间下降过程如图3 (a) 。首先从火源点温度变化趋势可以发现对于发展阶段火源点温度有一个快速的下降过程, 几乎在不到100 s的时间内, 温度从650℃降到50℃以下。这是由于长时间阴燃货架底部, 火焰从侧面蔓延出来, 开启细水雾后, 细水雾直接作用于火焰, 通过冷却火焰、破坏燃烧自由基等作用来熄灭火焰。如图4 (a) 所示火焰逐渐从货架底部蔓延到货物表面, 到图4 (b) 时, 火焰发展到从包装货物的纸箱缝隙冒出, 从而引燃其附近可燃物, 火焰甚至从纸箱的背面蔓延至中间层货架。这时开启细水雾, 纸箱背面的火焰迅速被抑制, 货架底层的火焰高度也有所降低, 到图4 (c) 时火焰已完全被控制在货架下方, 细水雾喷放持续一段时间后, 开启仓库门, 烟气迅速散去, 由图4 (d) 看到火势基本扑灭, 灭火结束后着火货架底层基本坍塌。由底部货架着火实验, 可见底部货架发生火灾后, 由于细水雾自身的窒息冷却隔氧气等优势, 能够有效的抑制火灾, 但是由于底部货架位置特殊, 一旦发生火灾对货架整体稳定会造成更大影响, 灭火过程结束后, 为防止隐藏在货物内部的火复燃使用高压细水雾喷枪进一步灭火。

图3 火源点温度曲线及各工况下着火货架温度变化对比   下载原图

中部着火实验采用中间层货架侧面涂抹汽油引燃货物的方法点火, 热电偶布置除火源点位置处测点上移到中层货架外表面附近外其余测点不变。

图5 (a) 中火源点温度在点火瞬间上升, 由于汽油的快速蒸发很短的时间内温度又有所下降, 汽油耗尽后货物被成功引燃, 测点温度继续上升。图5 (b) , (c) , (d) 三层货架温度都有显著的变化, 中间层货架温度变化最大。由于火蔓延相应理论可以知道对竖直方向的火蔓延来说, 火蔓延的速度很快而且是加速的, 开始点燃阶段由于火羽流对火焰的作用小, 火焰周围的流场为层流, 随着时间的发展, 火焰形状和高度都在增加, 火焰周围流场由层流转化为湍流, 导致火蔓延加速。这种快速火蔓延很快导致燃烧越加猛烈, 燃烧面积不断扩大, 释放热量增加, 周围温度急剧上升, 周边可燃物开始燃烧, 火灾发展到猛烈的程度。该阶段燃烧强度达到最大、热辐射最强、温度最高, 烟气对流速度达到最大, 建筑结构和材料耐火性能受到破坏, 容易发生变形或倒塌, 如果得不到有效控制的话, 极易向周边蔓延, 增加火灾扑救的难度。需要更多的人力和物理投入到灭火战斗中, 来阻止火势蔓延。图5 (b) , (c) , (d) 可以发现, 中部着火后, 在4 min30 s启动细水雾, 货架各部位温度并没有完全被抑制, 温度仍然有一个上升的过程, 这就说明物流仓库货架中部着火较危险, 应当立即采用细水雾灭火措施, 当火焰发展到一定程度再开启细水雾灭火系统, 无法及时有效抑制火灾。图6为底层货架一包装箱内开关融化滴落的现象, 如果这种现象出现在中间层或顶层货架, 其滴落对下方货物的影响是极大的。

图4 火灾发展与灭火过程   下载原图

图5 火源点温度及各工况下着火货架温度变化   下载原图

图6 包装箱中的塑料开关融化滴落现象   下载原图

物流仓库的相关规定中明确指出:仓库中线路和灯头应安装在库房通道上方, 距堆垛水平距离不应小于0.5 m。但某些物流仓库不遵循规定过高的堆放货物, 以至于货物接近仓库顶板紧靠仓库内的照明灯具, 造成灯具散热不佳以及因灯具本身质量低劣、线路故障导致温度过高而引燃货物, 或者仓库中存在违章搭设线路直接将线路架设在顶层货物上表面由于线路老化等故障漏电着火等, 因此开展细水雾灭顶棚货架火灾实验是十分必要的, 实验采用顶层货架涂抹汽油引燃货物的方法点火, 实验中热电偶布置位置与底层引燃工况基本相同, 不同之处为去掉底层火源点测点, 将最顶层一排3个热电偶作为火源点温度变化监测点。

图7中的图片中列出了从点火开始到火被扑灭的全过程。由于汽油极易挥发, 点火瞬间火焰很强, 紧接着火焰很快变小;之后火焰开始在包装箱表面与包装箱内部蔓延, 到图7 (a) 时由于包装箱内部填充不实, 内部塑料电器开关着火, 包装箱内发出微弱的爆破声;当包装箱内下层塑料开关受热融化烧穿包装箱底时, 塑料开关的熔融火焰滴落在下层货物包装箱顶, 顶层引燃4 min 30 s的过程中熔融滴落现象已经出现;这时开启细水雾, 防止火焰继续蔓延, 从图7 (b) 看到, 细水雾开启时火焰无论在高度上还是亮度上都有所降低;图7 (c) 中细水雾继续施加, 火焰进一步被抑制;细水雾持续7 min后开启仓库门, 出现复燃现象, 这时用高压细水雾喷枪配合灭火;火灭掉后, 顶层点火部位货物及其包装箱全部被烧毁, 火灾还波及到了着火层正下方中间层货架上的货物。

图7 顶层引燃4 min 30 s火灾发展与灭火过程   下载原图

在4 min 30 s后开启细水雾的情况, 由图8 (a) , (b) , (c) 可以发现, 长时间点火工况中底层货架、中间层货架温度一直稳定地维持在室温附近, 没有出现短时间点火工况下温度下降的现象;顶层货架长时间着火条件下, 火主要在包装箱内部向下蔓延了, 减弱了其在包装箱上表面的蔓延。

图8 着火面温度、环境温度和烟气温度变化对比   下载原图

本文主要研究了以塑料电器开关为主要货物、硬质纸箱作为主要包装的物流仓库过道隔开的两排货架发生火灾时细水雾对其的灭火效果的有效性。主要进行了不同点火位置, 在火灾发展稳定阶段进行高压细水雾的灭火实验。得出以下结论:

(1) 火灾如果进入发展期甚至是猛烈期时, 需要增加细水雾作用时间才可以将火势控制, 如果由于燃烧时间过长火灾发生“渗透”的话, 实验中细水雾灭火系统的灭火效果将被削弱, 这时需要高压细水雾喷枪来协助灭火。

(2) 如果货架着火处多为堆放货架留下的空隙的话, 短时间内火就会“渗透”, 对道对面的未着火货架造成很大的威胁。

(3) 相对于其他着火位置, 相同时间条件下货架中部发生火灾发展最为迅猛, 此时抑制火灾细水雾需要施加更长时间。