高压细水雾灭火系统在烟草配送工房仓储区灭火的应用

1.1 工程概况
　　某市级烟草物流配送工房为单层钢结构联合工房，总建筑面积7300㎡，其中仓储区 3850㎡、分拣区 2000㎡、办公区 1450㎡，各种品牌的成品烟成箱包装，经自动化分拣设备归类，存放于仓储区内。按照《自动喷水灭火系统设计规范》（下称《喷规》）分类，烟草仓储区属于货架储物仓库，按仓库危险 I 级设计。仓储区室内最大净空高度10.5m，檐口处高度8.5m，成品烟外包装为纸皮箱，装货后货架总高度可达6m，货架上方电气线路较多，照明灯具距可燃物近，所以火灾的危险性较大。另外，每个货架分三层，但分层的隔板为通透的不锈钢架，一旦发生火灾，极易波及临近货位，形成大面积着火，所以除了常规的室内消火栓系统外，选择可靠、快速反应、及时控制的自动消防系统必不可少。

　　1.2 火灾特点及危害
　　烟草行业作为我国经济建设的重要行业，在国民经济中占有举足轻重的地位。成品卷烟及辅料作为贵重物资，一旦发生火灾，则损失巨大。成品烟、卷烟辅料仓库的货物高度密集、仓储采用自动化物流也给消防布控提出了难题。室内消防特点主要有以下几方面：

　　⑴库内无法采用人工手段对其进行有效防火分隔。由于库内采用堆垛车进行堆码作业，堆垛车需要在水平和垂直方向运行，故各个货架之间无法实现有效的防火分隔，加上大高度的货架形成烟囱效应，一旦发生火灾会造成火势快速蔓延。

　　⑵组织灭火作战困难。由于结构原因，人员难以进入，巷道狭窄、空间狭小，普通灭火装备无法发挥有效作用。库房内储存大量成品卷烟，设备密集，价值昂贵，在库内进行灭火作战十分困难。

　　⑶储存物资易于燃烧。成品卷烟包装箱由瓦楞纸板构成，直立的瓦楞纸板内许多直立孔道形成具有烟囱效应的通气传火通道，纸板的面板与瓦楞之间采用的粘接剂含有有机成分，极易燃烧。如果使用一只普通打火机进行点燃，20秒后纸箱就已经明显燃烧，撤去火源，其继续燃烧，再过40秒火焰将达到半米左右。卷烟包装箱是一种极易燃烧且火焰传播迅速的物品，库房内大量存放，存在极大的火灾隐患。

　　⑷初期火灾探测困难。由于库内空间很大，初期火灾形成的烟雾在上升过程中，很快会散开，普通的探头难以对低浓度的烟雾做出反应。库房内构件纵横交错、空间狭窄、堆垛车不间断运作，对于采用激光对射型烟雾探测技术上较为困难。

　　⑸消防设施维修困难。库内常年运行，库房内设施密集，消防设备一般布置在高处、货架结构内部等隐蔽部位，进行维修非常困难。库房内储存着大量成品卷烟，货架上面没有操作空间，进行设备维修在各个方面协调都非常困难。

　　目前国内国际使用的灭火装备不外乎以下几大类：

　　水系列、泡沫、干粉、气体（包括已淘汰的卤代烷）二氧化碳、七氟丙烷，以上类型的灭火装备各有千秋，适用于不同场所。本文主要讨论在设计过程中经过对比的三种系统，分别是湿式自动喷水灭火系统（ESFR）、高压细水雾灭火系统及超音速干粉灭火系统。

　　2 系统介绍
　　2.1 自动喷水灭火系统———早期抑制快速响应喷头（ESFR）
　　根据《喷规》6.1.1 条及表 6.1.1 可知，采用普通闭式自动喷水灭火系统的最大净空高度的仓库为 9m，低于本工程仓储区最大净空高度的 10.5m，而采用早期抑制快速响应喷头的仓库，其最大净空高度可达 13.5m，满足仓储区设计室内高度的要求。因此，如采用自动喷水灭火系统则必须使用流量系数很大的早期抑制快速响应喷头。

　　早期抑制快速响应喷头（early suppression fastresponse sprinkler 简称 ESFR）是一种大口径洒水喷头,它是自动喷水灭火系统的一个主要组成元件，既可用于探测火灾，又可通过自动喷水进行灭火。由于该喷头采用大喷口直径及较大的溅水盘，其响应时间指数（RTI）≤28±8（m.s）0.5，因而具有快速响应火灾、流量大、水滴直径大、灭火效率高等优点，主要用于保护高堆垛与高货架仓库的大流量特种洒水喷头。按《喷规》9.1.1 条及表 5.0.6，单个喷头设计流量按公式计算：q=K（10P）0.5流量系数 K=360，对应最低工作压力 P=0.15MPa，可得单个喷头流量 q=440L/min=7.35L/s，作用面积内开放 12 只喷头，系统设计流量 Q=88.2L/s。主管采用DN200 内外热镀锌钢管，据公式 v=q/A 计算管内流速，算得 v=2.86m/s。由于屋面采用坡屋面设计，坡度为 5%，按照《喷规》要求，在屋面板下布置的喷头均为垂直于斜面安装。

　　2.2 高压细水雾灭火系统
　　高压细水雾灭火系统是近年研究开发的一种替代技术。细水雾跟水柱一样，能快速、有效地吸热，并降低温度而将火熄灭。其主要作用是通过水珠的表面部分，将热吸走，降低温度。所喷出的水珠的数量越多，其总表面积越大，越有助于快速吸热而将火熄灭。因此高压细水雾喷头通过高压把水雾颗粒直径控制在 0.005cm，扩大吸热的总表面积，缩短降温灭火时间。因此，高压细水雾只需传统灭火用水量的十分之一到二十分之一就可以灭火，兼具环境保护的作用，没有污染。水雾不导电，灭火过程中也不会造成火苗飞溅；同时可将空气中的含氧比例降低而达到更快速的灭火目的，因而能被广泛应用于扑救A类、B类、C类和电气类火灾。由于它先进的灭火机理，其使用基本不受场所的限制，在陆地、海洋、空间均可应用。尤其是对高危险场合的局部保护和对密闭空间的保护特别有效。

　　本工程流量根据最大防护区域内同时动作的喷头数确定。喷头最不利点最小设计工作压力为 10MPa。系统持续喷雾时间不小于 30min。本系统设计流量Q=526L/min，系统设计工作压力 H=12.0MPa，顶层作用面积按140㎡设计。

　　2.3 超音速干粉灭火系统
　　超音速干粉灭火技术是一种以燃气为动力、ABC 干粉为灭火剂的新兴灭火技术，属无水消防新技术。其理论基础是依据固体火箭发动机原理，将固体动力药剂的化学能应用电加热，并通过超音速燃气发生器转化为高速射流。充分开发利用音速附近的气动力资源，突出发挥超、跨音速燃气流对火焰的切割作用。再以干粉灭火剂为主料，通过超音速气流的冲击、挤压、撕裂作用，部分被细化，在粗重的干粉粒子裹挟下被迅速扰动成气相、固相共存的气流雾团疾速射向火场。以化学 - 物理相结合的方法对火焰活化链切割、抑制作用，实现高速、高效、安全、可靠地将火熄灭。

　　在整个自动灭火系统的设计过程中，根据情况划分为4个灭火单元，每个灭火单元内设置的灭火装置对该单元内的物资实现局部保护。经计算，共选用 FZXA4/C型灭火装置267套对库区进行保护。对于每个灭火单元，在该单元内均设计、安装了其对应的独立探测设备和报警设备，并在附近的控制箱设置与该单元相对应的紧急启动按钮。在联动控制柜中，为每个单元划分了地址编码，一旦某个灭火单元的探测器发现火情，控制柜首先启动该单元的报警装置，发出火灾报警信号，在控制柜接收到两个独立的报警信号或接收到该区一个手动紧急启动按钮的信号时，控制柜发出指令启动该单元的一组灭火装置，实施灭火。

　　3 各系统优缺点
　　⑴在烟草物流配送工房的仓储区内，储存成品烟草价值动辄上亿元，因此行业内对于消防产生的二次损失尤为关注。虽然加入了预作用系统，减低误报误喷的可能性，但采用 ESFR 的湿式喷淋系统设计流量接近90L/s，以喷头间距3.0m 的长方形布置计算，开启 12 个喷头的保护面积为 108㎡，即使扑灭火灾，也会造成数以百万元计的损失。其次，较大的设计流量势必需要采用较大的管径，采用镀锌钢管的系统主干管及配水干管均为 DN200 管径，单个喷头的配水支管也达到 DN50，按主管 DN200 计算，每米钢管和水的重量约为 59.05kg。因此对屋面结构的承载和水泵启停时管道晃动的问题，应特别注意与结构专业协调，并要求施工单位，严格按照国标图集《室内管道支架及吊架》（03S402）做好管道的安装。

　　⑵高压细水雾系统则不担心水损问题。通过厂家提供的灭火演示录像可以看到，该系统不但灭火速度快，而且在系统喷水完成并关闭系统后，其只会在外包装箱表面留下一层雾状水珠，经过简单拭擦便可除去。另外系统管径很小，几乎不需要考虑额外的荷载。但高昂的价格是高压细水雾系统无法广泛应用的重要原因，以本工程 4000㎡的仓储区为例，其预算造价接近350万元。据了解，喷头作为系统最重要的组件，仍然是进口产品的天下，国内生产的喷头大部分不能达到相关检测要求也是造成该系统价格高企的症结所在；除此之外，由于系统工作压力很高，进口高压水泵、使用不锈钢管材也是该系统的常规配备。

　　⑶超音速干粉灭火系统没有水损、工程投资约为高压细水雾系统的 40%，但干粉灭火剂的使用寿命一般只有5年，因此系统的后期维护和管理复杂很多，更换干粉剂的经济投入也需作为考虑的因素。另外，由于该系统由多个独立灭火装置组成，单个灭火装置的灭火剂完全喷放后需要更换才能重新使用，因此对复燃火灾无能为力，不像喷水灭火系统那样具有重复开启的功能。目前国家对固定式燃气型干粉灭火系统的设计、施工及验收未有相关的标准及规范，只有四川、陕西等少数省份制定了地方规范，这也给超音速干粉灭火系统的大范围推广应用造成一定难度。
　　随着消防科技的日新月异，新型消防设施的开发和应用，对消防工程的设计将会提供更多选择。设计人员在工作中必须与时俱进，从工程的实际情况出发，综合考虑项目危险性，比较各系统的安全性、可靠性、经济性等因素，选择并设计出安全的消防系统。