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保护仓库设施的自动喷水灭火系统

作者:赵雷来源:泰科消防设备有限公司 浏览次数: 日期:2011年10月3日 17:22
本文介绍了仓库设施火灾保护使用的自动喷水灭火系统。许多工厂在提高仓库设施使用率的同时也增加了由此导致的火灾风险,这是一个不幸的事实。仓库量的使用效率越高,其中易燃的材料越多,会被烧毁的材料也就越多。 仓库设计需要走道。有效使用仓库空间要求走道空间尽可能小。如果采用这种思路进行设计,其结果就是火势将以最大速度燃烧和蔓延。因此,精心设计、正确安装和细心维护的消防系统是避免重大火灾的关键。 本文介绍了基于NFPA自动喷水灭火系统和仓库标准的基本消防原理。首先介绍货物分类和仓库布置、高度和净空,然后介绍自动喷水灭火系统和仓库业务所特有的相关设计因素。最后简要介绍特殊货物和特殊仓库设施。剩余部分重点介绍了全面消防程序所需了解的其它消防问题以及建筑物存在的防火安全问题。 本文涵盖各种材料和仓库布置的消防,但是不讨论特殊危险物品,如可燃液体和气体、爆炸物等的消防。 NFPA仓库标准 NFPA标准列出了对各种类型的储存空间进行有效消防的方法。这些标准包含在NFPA13——自动喷水灭火系统安装标准中。对大部分情况来说,自动喷水灭火系统是仓库设施有效消防策略的主要依靠力量。仓库设施中占地面积的改变和可能的堆积物坍塌都会使人工消防变得非常困难。精心设计和正确维护的自动喷水灭火系统是仓库设施中消防的最佳方式。 NFPA仓库标准是基于全面消防测试和过去的损失纪录而制定的。标准所涉及的仓库情况要么有现成的测试数据,要么可以从现成的数据、判断或经验推断得出结论。并不是所有经过验证的保护技术都一样。NFPA 标准确定了仓库设施可接受的最低消防水平。运营计划或建筑物类型也会限制某些经过验证的技术的使用。因此,在选择一种设计方法前,了解某些消防方案的局限性非常重要。对于NFPA规定范围以外的仓库情况,可借助于工程学的判断和其他资料,但必须多加小心,并由深入了解消防科学和实践的专业人员使用。NFPA仓库文件和本文介绍了仓库业务的基本消防概念,并可在无具体标准可用时提供指导。 要为储存用房制订有效的消防计划,应遵循以下步骤: ? 确定货物分类。 ? 确定储存布置。 ? 确定储存高度和从储存物顶部到洒水喷头的净空。 ? 制订消防方案 (自动喷水灭火系统)。 除了上述基本步骤,还必须考虑以下情况: ? 供水 ? 特殊货物 ? 特殊仓库设施 ? 其他消防手段 ? 建筑结构 以上任何一项的变化,无论是每日、每周、每季度还是在建筑物的整个寿命内,都会严重影响消防的充足性。因此,对已知或因正常操作而可能出现的仓库变量加以考虑非常重要。 货物分类 正确设计自动喷水灭火系统要求确定仓库的货物并根据其燃烧特性进行分类。对货物进行分类是一项非常困难的任务,因为仓库的货物多种多样。某些仓库设施在设计时就考虑到了货物类型和包装的季节变化。这在选择最坏情况的货物分类时必须加以考虑。另外可能最困难的是考虑计划中的货物变化,如用塑料替换钢。尽管这些变化可在将来通过系统升级加以处理,但在进行初始系统设计时就对已知变量加以考虑会更经济合算。 货物的分类基于货物的仓库单元。对于大多数典型的货物,仓库单元是货盘装载并且包括货盘、货物的包装和货物本身。货物分类不考虑货物的混合仓库。例如,如果仓库既有纸品货盘(这是III类货物),又有装有A组塑料货物的货盘,这些货物不能被定为IV类仓库。对于没有隔离措施的区域,火灾危险性最高的货物 (最高类别编号) 决定保护参数。在这种情况下,纸品必须按塑料货物加以保护,除非货物被隔离开并且每个区域都得到正确保护。 这样做的原因非常简单。用于制定NFPA13标准的消防测试其着火面积不超过200ft2 (18.6m2)。未用洒水喷头限制在该面积内的火灾通常是不受控制的。因此混合货物仓库区火灾的严重程度取决于火灾的着火位置,而不是所有混合货物。另外,由于任何起火点都有可能,因此最具挑战性的点——靠近最具挑战性的货物——决定着整个区域的消防需要。 分类反映了货物的燃烧速率和放热率,也反映出水 (来自洒水喷头) 对货物的灭火效果。因此,测量燃烧热或相对水平燃烧速率的小型测试,对确定货物分类不起什么作用。 全尺寸火灾测试可用于确定货物分类,但是试验非常昂贵。使用中等规模火灾测试法 (由 FM开的商品分类方法,并由FM和UL使用) 来精确确定货物分类更加经济合算。 NFPA类别 NFPA13将材料分为七种主要类别,I类到IV类和A、B、C三组塑料。(NFPA13包含货物及其分类的完整列表。) 各种货物分类的定义如下: ? I类:I类货物是在瓦楞箱中的不燃产品,不管有或没有单层厚度的分隔纸板,储存在木托盘上。标准的I类测试货物是木托盘上纸箱中用纸板分隔的玻璃瓶。 ? II类:II类货物是使用少量可燃包装材料 (如多层纸板箱) 或装饰件 (如塑料旋钮) 的I类产品。标准的II类测试货物是木托盘上有金属内衬的双层三层瓦楞箱 。 ? III类:III类货物包括木托盘上纸箱中的普通可燃物 (木材、纸、天然纤维布)。标准的III类测试货物是木托盘上用纸板分隔的纸箱中的纸杯。 ? IV类:IV类货物是瓦楞箱中含有一定数量量A组塑料的I、II或III类产品以及木货盘上普通瓦楞箱中的I、II和III类产品,带有一定数量发泡A组塑料包装。一定数量A组塑料指 塑料重量占5-15%,体积占5-25%。标准的IV类测试货物是木货盘上混装纸杯和塑料杯 (塑料的重量占15%)。 I到IV类货物的分类是假定它们储存在木货盘上。使用未增强的聚丙烯或高密度聚乙烯塑料货盘时,货物单元的分类增加一个级别 (如III类将变成IV类,IV类将变为纸箱装箱的非发泡A组塑料)。使用增强的聚丙烯或高密度聚乙烯塑料托盘时,除IV类货物外 (该货物将变成纸箱装箱的非发泡A组塑料货物),货物单元的分类增加两个级别 (如II将变为IV类,III类和IV类将变为纸箱装箱的非发泡A组塑料货物)。如果没有提供永久标记或生产厂家的未增强型,则假定塑料货盘为增强的。这样会使得将储存区域的木货盘转变为塑料托盘的决定变得复杂起来,因为现有的自动喷水灭火系统可能不再有效并且需要加以改变。但是,目前市场已有可被视为标准木货盘的塑料货盘,并已得到认证。 塑料 塑料提出了更大的消防挑战,因为其燃烧时产生的热量是同等重量的木或纸的1.5到3倍。另外,塑料的燃烧速度更快,从而导致非常严重、高放热的火灾。 塑料材料在NFPA标准中分为三组:A、B或C组。A组塑料最危险 (图2),而C组塑料最不危险。B组塑料的特征类似于IV类货物,C组塑料的特征类似于III类货物。 下面,根据不同塑料潜在的火灾危险性列出了许多塑料,其中包含未处理的塑料材料。尽管阻燃剂和其他添加剂可以抑制其点燃,但是一旦燃烧,其放热量与未经处理的塑料一样。中尺寸或全尺寸火灾测试是确定改型材料分类的最佳方法。塑料的分类如下: A组 ? ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物) ? 有机玻璃 (聚甲基丙烯酸甲酯) ? Acetal (聚甲醛) ? 丁基橡胶 ? EPDM (乙烯-丙烯乙丙橡胶) FRP (玻璃纤维增强聚酯) ? 天然橡胶 (如果膨胀) ? 丁腈橡胶 (丙烯腈-丁二烯橡胶) ? 聚丁二烯 ? 聚碳酸脂 ? 热塑性聚酯弹性体 ? 聚乙烯 ? 聚丙烯 ? 聚苯乙烯 ? 聚氨酯 ? PVC (聚氯乙烯——高增塑——如涂层织物、无支撑薄膜) ? SAN (苯乙烯/丙烯腈共聚物) ? SBR (苯乙烯-丁二烯橡胶) B组 ? 纤维素 (醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、乙基纤维素) ? 氯丁橡胶 ? 氟塑料 (ECTFE——乙烯-氯氟乙烯共聚物、ETFE——乙烯-四氟乙烯共聚物、FEP——氟化乙烯-丙烯共聚物) ? 天然橡胶 (不膨胀) ? 尼龙 (尼龙6、尼龙6/6) ? PET (热塑性聚酯) ? 硅橡胶 C组 ? 氟塑料 (PCTFE——聚三氟氯乙烯、PTFE——聚四氟乙烯) ? 三聚氰胺 (三聚氰胺甲醛缩聚物) ? 酚醛 ? PVC (聚氯乙烯——硬质或轻微增塑——如管、管件) PVDC (聚偏二氯乙烯) PVF (聚氟乙烯) PVDF (聚偏氟乙烯) 脲醛树脂 (脲甲醛树脂) 在确定混合有不同材料的货物分类时,必须考虑最危险材料的数量及其对火势的影响。如果最危险材料决定着货物的燃烧情况,则商品必须按最危险材料进行分类。例如,瓦楞箱中IV类货物周围厚厚的发泡A组塑料包装材料将完全决定火灾初期的火势,进而决定着能否成功灭火。因此货物必须分类为发泡A组塑料。 仓库布置 仓库配置对火势有重大影响。因此,制订消防计划时必须考虑货物仓库布置。商品通常按散装储存、直接堆放、货盘堆放或货架堆放布置。也可使用货柜和窄支架,更常用于较小的仓库保存中等数量的产品。大多数仓库同时使用不同的仓库布置。 各种仓库布置中,对火势和控制火势产生最大影响的因素是空气通道。仓库配置产生了这些水平和垂直的空气通道。空气通过空气通道,为火提供燃烧所需的氧气。尽管不希望有空气通道,但不能阻碍它。否则会阻止热和燃烧产物到达火灾探测器或洒水喷头,也会阻止水或其他灭火介质到达着火处。 散装仓库 散装仓库主要是松散、自由流动的商品,包括粉末、颗粒、球粒或薄片以及农产品如花生。商品通常存储在筒仓、箱、罐中或大量堆积在地面上。通常不存在空气通道。堆积物中的火灾倾向于向堆积物下面燃烧,使其很难熄灭。此类型火灾要求延长喷水浸泡时间,以达到着火位置。散装仓库也容易自然。在堆积货物内部开始的火点很难确定,除非将热传感器插入堆积货物内部,对内部的放热进行持续监控。 常常使用材料搬运设备,如带式输送机、气流管和斗式提升机 (“支架”) 向仓库位置来回运输这些材料。该搬运过程会不断搅动和搅散材料。飘浮在空气中的易燃材料存在爆炸危险。这一点很重要,尤其是在谷物仓库设施中。另外,传送带和其他设备也可能是可燃物,可能在难以接近的位置与货物一起燃烧,如高于地面的位置、管道中和传送设备的外壳内。 直接堆放仓库 直接堆放由箱子、盒子、捆包、袋子等组成,直接相互接触。空气空间,或烟道只存在于接触不完全的地方,或堆积物相互接近,但未完全接触的地方。因为通常不使用托盘,用手或使用侧面夹钳或叉子的叉车进行堆垛,该夹钳或叉子插入包装或捆包之间,而不损坏产品。 相对于货盘堆放和货架堆放,直接堆放仓库由于不能提供足够的空气,所以火势发展和蔓延的机会最小,所以火灾危险小于货盘堆放和货架堆放仓库。尽管如此,如果堆积得很高也存在重大的火灾危险,特别是当堆积物表面材料具有火焰快速蔓延的特性时。同样,堆积越高,火灾时越难扑灭和分隔。 货盘堆放仓库 货盘堆放仓库由放置在托盘上、一个个相互层叠的单元装载组成。托盘装载一般采用立方体形式,边长大约为4到5英尺 (1.22到1.52m),由单个或多个包装组成。货盘堆放的上表面必须能足够支撑其他托盘装载,以保证货物不会压碎或堆垛不会坍塌。出于这些考虑,货盘堆放仓库的最大高度通常不会超过30英尺 (9.1m)。 托盘包含用于叉车的开放水平空间。这些水平空间使得这种储存布置便于使用,但是会增加火灾的危险。空气空间通常在沿着整个堆积物宽度方向的方向上延续。与垂直烟道一样,水平空间也会让空气很容易地流到着火处。此外,这些配置也会使火在该空间内燃烧,而不会被来自头顶上自动喷水灭火系统的水浇灭。 早期火灾倒塌是保护直接堆放和货盘堆放仓库的有利因素,但关键词是早期。要使早期堆积物倒塌成消防的积极因素,则倒塌必须在第一个洒水喷头启动后的2到3分钟内发生。直接堆放仓库中几乎所有的货物最终都将倒塌,但只有早期堆积物倒塌才能起到积极的作用。通常,大多数储存的货物起不到促成早期倒塌的作用。 货架堆放仓库 仓库货架是一个结构框架,在其中放置货物,通常为货盘装载。货架仓库系统的设计使垂直仓库能力最大化。天花板的高度或材料搬运设备的垂直高度限制了仓库高度。有些货架高度超过100 英尺 (9.3m)。 最普通的货架配置是单行和双行货架。单行货架的货架总宽度可达6英尺 (1.83m),用至少3.5英尺 (1.07m) 宽的走廊与其他仓库物分开。双行货架由两个单行货架背对背组成,合并宽度达12英尺 (3.66m),每侧至少有3.5英尺 (1.05m) 宽的走廊 (图4和图5)。可使用流通或贯通配置的多行货架也开始被广泛使用。它们的货架宽度超过12英尺 (3.66m) ,或是由不足3.5英尺 (1.07m) 宽走廊分隔开的单行或双行货架,整体宽度超过12英尺 (3.66m) (图16.5.6和图16.5.7)。注意:图16.5.7中的多行贯通仓库货架,叉车可以进入货架,在货架的深度方向存放或取出装载。 盒式储存。 盒式储存是货架储存的变种,由坚固 (木或金属) 的垂直间隔物构成五边形储存盒,唯一的开口面对走廊。盒子的顶部、底部、侧面和背面没有缺口。盒子通常的宽度、高度和深度都小于3英尺 (0.91m),储存的货物不会超过盒面伸展到走廊上。储存高度通常小于20英尺 (6.1m)。该储存布置与实心五边形储存容器的效果一样,可以限制火势在垂直和水平方向上的蔓延。因此,尽管这种储存方式与货架储存相似,但是可以像直接堆放或货盘堆放一样进行消防设计。 储存高度通常不超过15英尺 (4,57m)。此储存可像实心堆积或托盘化储存一样进行消防,只要支架宽度 (从走廊到走廊) 不超过30英寸 (0.76m)。 其他类型的储存货架。也会使用其他类型的储存货架。包括悬臂支架,其臂水平伸展以支撑装载。装载可以放置在臂上或臂支撑的支架上 (图8)。移动式货架与固定轨道或滑轨相连接。它们只能在水平两维平面上来回移动。装载或卸载相邻的货架然后移动到其他货架的走廊上时,产生了一个移动的走廊 (图9)。也使用移动式货架。它们并非固定在一个位置,可以进行多种配置,如图10所示。也可组合使用货架和托盘化储存 (图11)。 视货架结构的高度和类型,可使用各种类型的材料搬运设备。包括手工和机械设备,如图12到14所示。如果是图13中的高仓库货架,码垛机行驶在地面轨道上,在顶部进行引导。 货架结构本身就会在仓库布置内产生烟道空间,使空气到达着火处。货架在着火时也可提供稳定性,使燃烧的货物不会坍塌。因此,货架储存配置中的火灾最难控制和扑灭。货架中的火焰在烧毁货架上的产品时通常会烧过烟道空间。但是,烟道空间应保持畅通无阻,因为它可使火焰产生的热量到达洒水喷头并使其启动。烟道空间也使洒水喷头喷出的水能够穿透货架结构、预先打湿未波及到的材料并到达着火处。 即使在高货架储存火灾中货物损毁不严重,火灾放出的热量也会使货架结构产生变形和扭曲,从而使得材料搬运设备难以开展工作,因为货物必须精确对齐才能正常工作。这种损坏会削弱整个仓库的运转功能。幸运的是,储存货架通常是永久结构,可以使用货架内洒水喷头。货架内洒水喷头设计用于通过减少火势的水平和垂直蔓延,将火势控制在一个小的局部区域。如果没有货架内洒水喷头,高货架配置中的火灾会使得安装在天花板上的自动喷水灭火系统处于束手无策的境地。 (请参阅本文后面对货架内洒水喷头的介绍。) 走廊宽度。储存的材料之间的走廊空间可让水从天花板上的洒水喷头到达着火处,并减缓其从一个贮藏堆或货架蔓延到另一个的速度。走廊越宽,消防的优势越大。另外,走廊也为灭火和抢救财物提供了通道。走廊宽度也是确定货架布置是单行、双行还是多行的关键因素。 对于高达25英尺 (7.6m) 的货架,走廊宽度会显著影响对自动喷水灭火系统的要求。NFPA13 规定了图15中所示的4英尺 (1.22m) 和8英尺 (2.44m)走廊宽度的单行和双行货架的洒水喷头标准。宽度在4英尺 (1.22m) 和8英尺 (2.44m) 之间的走廊则进行相应的插值计算。 使用4英尺 (1.22m) 走廊的货架比使用8英尺 (2.44m) 走廊的货架对自动喷水灭火系统的要求更高。宽度超过8英尺 (2.44m) 的走廊并不比8英尺 (2.44m) 走廊具有更好的防火能力,因此不需要降低洒水喷头的标准。如果走廊宽度小于3.5英尺 (1.07m),则货架布置属于多排货架。与双行货架相比,多行货架要求更强大的自动喷水灭火系统。走廊越窄,火势越容易从一个货架蔓延到另一个货架。 货盘堆放的走廊不得超过50英尺 (15.2m) 宽。这样才能使小水带管线的水流进入到堆积中心25英尺 (7.6m) 处。尽管NFPA13未对宽走廊或一般走廊加以特别考虑,但它假定存在走廊。走廊宽度应至少8英尺 (2.4m)。此要求非常合理,因为进行材料搬运操作需要走廊,而且叉车的机动一般需要8英尺 (2.4m) 的宽度。判断现有的自动喷水灭火系统是否够用时,需要考虑走廊空间和使用频度。 对货物进行完分类和储存布置后,对火势及其可控性影响最大的因素就是仓库高度和从储存物顶部到洒水喷头之间的净空了。储存布置越高,对消防的要求越高。这是因为,仓库高度增加会导致洒水喷头工作时要求有更大的火焰 (热释放率) ,这反过来又要求洒水喷头要有更高的性能才控制火势。 净空也对防火产生显著的影响。增加从储存物顶部到洒水喷头的净空,会增加洒水喷头在特定货物和储存高度着火时启动所需的时间,从而导致洒水喷头启动时已经有更大的着火面积。增加净空也会导致储存物顶部更大的火羽流,从而降低水从洒水喷头到达火点的能力。 在设计储存设施的消防保护时,消防计划必须对储存高度和净空加以妥善处理。设计消防计划时所用的储存高度应为预期的最大高度。是否使用最大的预期净空,在设计中不显然。 NFPA13要求,当天花板高度超过30英尺 (9.14m) 并且天花板高度和储存物顶部之间的距离超过20英尺 (6.1m) 时,应用净空为20英尺 (6.1m)货高的保护方案。对于控火型强度面积法的洒水喷头来说,储存物和房顶/天花板之间的净空是一个重要因素。仓库保护中一项隐含的要求是:对一个特定高度的建筑物内特定储存高度货物的保护,也能对该建筑物内较低储存高度的货物进行保护。此要求非常必要,因为仓库从来不会是完全满载的,并且储存高度会在长期或短期内常发生很大的变化。大于20英尺 (6.1m) 的净空的消防试验超出了控火型强度面积法的洒水喷头的保护要求范围。因此,对小于20英尺 (6.1m) 净空的储存高度来说足够的消防保护,对于较低的储存高度也能提供足够的消防保护,虽然其净空可能超过20英尺 (6.1m)。 仓库是流动性很高的设施,货物的数量从早到晚、一周到另一周、一个季节到另一个季节会发生很大的变化。自动喷水灭火系统的设计不能以较低的净空 (例如,当从天花板到储存物顶部的净空小于4-1/2英尺 [1.37m> 时,设计面积会减少) 为依据,除非实际净空永远不会超过确定自动喷水灭火系统设计时所用的净空。 吊顶形洒水喷头导流片下方最小18英寸 (0.46m) 的净空要求是能够产生正确喷射形式的最小值。使用早期抑制快速响应 (ESFR) 或特殊应用控制模式洒水喷头时,最小净空要求为36英寸 (0.91m)。 自动喷水灭火系统保护 自动喷水灭火系统辅以人工灭火操作和合理的储存和保洁管理是消防最有效、最实际的方法。正确设计、安装和维护的系统将履行其预期的任务。设计不充分、性能不充足或局部使用自动喷水灭火系统的消防计划不可能产生良好的结果。 洒水喷头技术的最新发展为储存业务提供了三种基本的洒水喷头消防方法。包括使用 (1) 控制模式密度面积洒水喷头,(2) 控制模特殊应用洒水喷头和 (3) 抑制模式 (ESFR) 洒水喷头。每种方法分别有不同的洒水喷头类型、尺寸和安装布置,因此为大多数储存情况提供了多种可能的自动喷水灭火系统设计选择。对于特定的储存布置,没有什么“最好”的消防方法,因为每种设计都必须考虑整体效率、灵活性和与设计目标相关的成本。NFPA13中为储存设施指定的任何消防选择都将满足控制火势的基本要求。但是,某些方案能更有效地尽量减少财产损失、增加可适应将来储存布置发生改变的灵活性或实现成本的最小化。 最通常的设计方法是以最小的初始成本确定满足NFPA13最低要求的设计。此方法隐含的意思是,假定满足NFPA13要求的任何设计都与其他方法等同,安装的初始成本是决定选择哪一种设计的唯一因素。实际上,最低的安装初始成本通常并不能使自动喷水灭火系统在其使用寿命内的真正成本达到最低,更不用说实现整体成本效益的最大化。因此,最好的方法是在合理考虑长期运行和防火目标的前提下进行综合设计。这就要求除了了解NFPA13和自动喷水灭火系统的要求外,还要更深入地了解各种洒水喷头硬件和当前可用设计的优缺点,并了解相关的火灾危险。 混杂储存 大多数情况下,仓库占地外围的每个地方都有一些类型/数量的储存物。NFPA标准的目的不是要在每次储存物偶然出现在占地危险区时制定苛刻的储存规则。当储存物只是偶然存放且满足以下定义时,根据NFPA13提供的储存消防也可用在占地危险区中,如没有改变占地分类的一般和特别危险: 高度不超过12英尺 (3.66m) 的储存物偶然放到其他占地使用组中。此类储存不会占用超过10%的建筑面积或4000 ft2 (372m2) 的洒水喷头保护面积,以较大者为准。此类储存在一个堆积物或区域中将不会超过 1000ft2 (93m2),并且每个这类堆积物或区域将与其他储存物隔开至少25英尺 (7.62m)。 满足此定义则使用占地 (一般或特别危险) 消防法,而非储存消防法。 控制模式密度面积洒水喷头 控制模式密度面积洒水喷头是用于保护当前储存方法最古老的技术。控制模式密度面积洒水喷头的一个关键指标是按密度描述设计面积,如在2000ft2 (186m2) 的面积上0.3gpm (12.2mm/min)。控制模式密度面积洒水喷头是唯一能通过改变保护空间来改变最小工作压力的洒水喷头。每个洒水喷头的保护面积决定最小工作压力,不像控制模特殊应用洒水喷头和ESFR洒水喷头,有一个最小工作压力而不考虑洒水喷头的保护空间。控制模式密度面积类型包括 K 系数从5.6 (80.6) 到25.2 (362.9) 的洒水喷头,在某个尺寸面积上的洒水密度从NFPA13中选择。这些洒水喷头在保护储存物方面的性能由第一个启动的洒水喷头抑制或控制火势的情况来表征。通过预湿初始着火区域周围的可燃物和在屋顶/天花板高度进行冷却,将火势限制在一个相对小的区域内,直至手工将其熄灭或自身燃尽。最近的全面火灾测试显示,较大 K 系数的洒水喷头具有明显的性能优势1。还有一个事实是,较大 K 系数的洒水喷头只需较小的压力即可达到指定的洒水密度,这意味着用于保护储存库的洒水喷头的最小 K 系数不应低于8.0 (115.2),对于某些应用场合,最好为 11.2 (161.4) 或更大。 NFPA13规定,使用控制模式密度面积洒水喷头,利用仅天花板洒水喷头和天花板加货架内洒水喷头的设计方案来保护某些货架储存配置。尽管货架内自动喷水灭火系统有许多缺点 (主要是安装成本和因机械损坏而可能导致的渗漏),但它仍然是保护货架储存的最有效、最可靠的方法。 控制模式特殊应用洒水喷头 控制模式特殊应用洒水喷头是控制模式洒水喷头,其性能特征通过使用孔板/导流片设计得以增强,能产生更好穿透火羽流的更大的水滴。这一增强的性能与传统的控制模式密度面积洒水喷头相比具有一定的优势。这类洒水喷头的洒水标准是多个洒水喷头在最小压力,而非最小密度和设计面积时启动。 第一个控制模式特殊应用洒水喷头是大水滴洒水喷头。最近,已开发出了具有较大 K 系数的控制模式特殊应用洒水喷头。不同类型的控制模式特殊应用洒水喷头的设计要求和应用可能有所不同,并且都基于消防测试。但我们不能认为,由于一种类型的控制模式特殊应用洒水喷头被允许用于某类型储存库的消防,其他类型的控制模式特殊应用洒水喷头就也可以使用。 抑制模式洒水喷头 抑制模式,或称ESFR,洒水喷头与控制模式洒水喷头技术有着根本的区别,具有自己独特的优点和缺点。使用抑制模式洒水喷头消防的基本前提是灵敏的洒水喷头可产生最合适的高水量、高动力洒水,可实际抑制 (而不是简单的控制) 储存库中的火势。抑制模式洒水喷头的主要优势是能够保护多种货架储存布置,而无需使用货架内洒水喷头。尽管抑制模式洒水喷头在保护此类储存库方面比仅使用天花板控制模式洒水喷头更有效,但是不会比使用控制模式洒水喷头的天花板/货架内洒水喷头设计更有效。它们也有自己相当复杂和灵敏的安装规则。 不同类型自动喷水灭火系统的比较 看看使用前面提到的技术对储存20英尺 (6.1m) 高I到IV类储存物进行消防保护的设计要求,将有助于了解各种不同的消防方案。表16.5.1到16.5.7显示了使用三种类型的自动喷水灭火系统,对20英尺 (6.1m) 高I到IV类储存物进行保护的设计要求。请注意,储存布置和包装对控制模式密度面积洒水喷头有影响,对控制模式特殊应用洒水喷头有很小的影响,而对抑制模式洒水喷头没有影响。尽管有许多其他的货物和储存高度,这些简单的比较将有助于用户更好地了解可用于某种货物类别的不同消防保护方法。 控制模式密度面积洒水喷头。通过解释NFPA13中20英尺 (6.1m) 高IV类储存物的设计密度曲线,显示了储存布置对控制模式密度面积洒水喷头的影响。表16.5.1、16.5.2和16.5.3显示了对于托盘化/实心堆积、单/双行货架以及多行货架,在2000英尺2 (186m2) 水力遥控区域 (除非另有规定) 的设计密度要求。最小工作压力随空间的变化而变化。应用的密度取决于实际的地面覆盖区域。尽管净空或天花板高度限制不在控制模式密度面积洒水喷头的消防表中,但净空不得超过20英尺 (6.1m) (请参阅前面有关储存高度和净空的介绍)。 控制模式特殊应用洒水喷头。控制模式特殊应用洒水喷头的保护空间 (从最小到最大的允许保护空间) 不会影响表中所要求的最小工作压力。注意,表16.5.4和16.5.5中增加了天花板/房顶高度,它们对系统设计非常重要。 抑制模式早期抑制快速响应 (ESFR) 洒水喷头。请注意,天花板/房顶高度目前是确定相应设计标准的主要因素 (参见表16.5.6和16.5.7)。与控制模式技术不同,ESFR不受储存物顶部和天花板上洒水喷头之间净空的影响。它是首个为建筑物全高度提供消防保护的技术之一,不受储存高度变化的影响。ESFR洒水喷头的保护空间 (从最小到最大的允许保护空间) 不会影响表中所需的最小工作压力。 货架内洒水喷头 货架结构本身会阻碍火灾产生的热量和燃烧产物,但也会阻碍天花板自动喷水灭火系统喷出的水。因此,货架内的火势会变得非产严重,很快使大多数天花板自动喷水灭火系统变得无能为力。当储存高度增加且水平和结构性烟道空间阻塞时,此现象更明显。安装在货架内的洒水喷头能够减轻这种现象。 货架内洒水喷头能在小的局部区域控制火势。一旦启动,会将水喷在火焰上或火焰附近,而不会象传统的吊顶形洒水喷头那样有一个时间上的延迟。货架内洒水喷头也会预湿火点周围的区域,从而减少了火焰的水平和垂直蔓延。货架内洒水喷头还能将水可能对货物造成的损坏减到最小,因为水只会浇到着火区域,而且能使天花板自动喷水灭火系统不启动。使用货架内洒水喷头系统还能减少使用天花板自动喷水灭火系统,从而更有效地使用供水。 货架内洒水喷头安装在货架结构的纵向烟道空间中。货架高度增加时,还需在18英寸 (0.49m) 走廊内的横向烟道空间中加装货架内洒水喷头。这类货架内洒水喷头被称为“表面洒水喷头”,可防止火焰在货架的垂直面上蔓延,并帮助防止火势跳过走廊蔓延到邻近货架。在某些情况下,覆盖货架整个长度和宽度的实心水平栅栏也使用货架内洒水喷头。这些栅栏帮助启动货架内洒水喷头并可减少所需的货架内洒水喷头数。图16.5.16对此做了说明。请注意图16.5.16中货架 (右) 内的水平栅栏是如何减少所需的货架内洒水喷头数 (左) 的。符号O、D或X表示垂直或水平安装的洒水喷头,交替或间隔布置在洒水喷头管线上。 安装在货架内的洒水喷头可以是标准的洒水喷头或是标准或大孔径的快速响应类型。应使用额定常温的洒水喷头。但是,临近热源的地方需使用额定中温和高温的洒水喷头。需要安装防水板以防止位于货架内较高位置的货架内洒水喷头喷出的水冷却或冷连接未启动的洒水喷头。图16.5.17为典型的货架内洒水喷头。直立标准响应洒水喷头如左图所示,直立快速响应洒水喷头如右图所示。下垂型洒水喷头可以现场安装防水板。快速响应洒水喷头适用于保护货架、支架或盒子之间具有开口梁的小通道以下的区域。 是否需要使用货架内洒水喷头取决于许多因素,包括天花板自动喷水灭火系统的状况和类型、货物类型和储存高度。通常在使用喷雾洒水喷头时,对于货架储存高度超过25英尺 (7.6 m) 的情况,无论是什么货物,都要求使用货架内洒水喷头。对于25英尺 (7.6m) 高度以下的储存,是否需要使用货架内洒水喷头视情况而定。使用ESFR洒水喷头时,在大多数情况下无需使用货架内洒水喷头。(请参阅本文稍后对洒水喷头响应时间的介绍。) 可根据NFPA13的规定来确定是否需要使用货架内洒水喷头、以及洒水喷头的数量及布置。货架内洒水喷头安装的不同组合已证实是有效的,因此可采用多种设计方案。 注意: 1. 标记为A或B的装载代表储存的顶部时,要求使用标记1的洒水喷头。 2. 标记为C或D的装载代表储存的顶部时,要求使用标记1和2的洒水喷头。 3. 标记为E或F的装载代表储存的顶部时,要求使用标记1和3的洒水喷头。 4. 储存高度高于标记为F的装载时,重复注释2和3的步骤。 5. 符号O、Δ和X表示垂直或水平交错的洒水喷头。 6. 图中的每个正方形代表一个储存立方体,边长为4到5ft (1.25-1.56m)。 洒水喷头的保护空间 NFPA13规定了不同类型洒水喷头的最小和最大保护空间。为防止在发生火灾时出现冷连接和跳过相邻的洒水喷头覆盖面积的现象,最小保护空间要求和最大保护空间要求一样重要。大多数洒水喷头的最大保护空间为100 ft2 (9.3m2),但扩大覆盖面洒水喷头的储存保护空间为196ft2 (59.7m2)。 吊顶形洒水喷头的温度额定值 在控制模式洒水喷头保护中,洒水喷头的温度额定值会对洒水喷头的启动数量产生显著影响。由于小孔径洒水喷头的性能相对较弱,所以虽然已经控制住了火势,但天花板的气体温度仍然很高。这就意味着远离着火处的洒水喷头也可能启动,这种情况在设计时必须加以考虑。对于大孔径控制模式和 ESFR 洒水喷头,这种影响已经被减到最小,所以较低温度额定值的洒水喷头不会造成很大影响。 洒水喷头响应时间 除ESFR洒水喷头以外,测试显示2快速响应洒水喷头在消防保护方面既没有明显的优势也没有劣势。但是,NFPA13规定使用标准响应的洒水喷头,除非要使用列出的用于储存场合的快速响应洒水喷头。这两种洒水喷头的设计要求相同。 保护系统类型 干式VS湿式喷水灭火系统。在湿式喷水灭火系统中,连接到自动喷水灭火系统的管线中一直都有处于压力下的水。在干式喷水灭火系统中,管线中包含处于压力下的空气或氮气。干式喷水灭火系统中的洒水喷头工作时,气压降低,干式阀打开,水进入管线,经过短时间延迟后流出打开的洒水喷头。干式喷水灭火系统只用于可能会出现冰冻温度的区域。 使用干式喷水灭火系统时,水流注入所需的时间延迟会使火势扩大并传播热量,这样反过来会激活远离着火点以外更多的洒水喷头。为进行补偿,对于干式喷水灭火系统,洒水喷头工作的设计面积通常要增加30%。应对密度进行选择,以便在增加30%的设计面积后,设计面积也不会超过洒水喷头工作的最大许可值。 高倍数泡沫。尽管自动高倍数泡沫灭火系统可以独立抑制火势,但是某些单位不愿将其用作某些情况下进行自动灭火控制的唯一方法。因为它们通常比自动喷水灭火系统更昂贵和更复杂,而且房顶结构在泡沫到达前得不到保护。另外,不管火势大小,保护区域内的所有物品都会受到影响,并会将泡沫残渣遗留在未燃烧的材料上。但是,对于某些消防要求较高的储存库房,可与自动喷水灭火系统一起使用。高倍数泡沫灭火系统在天花板高度使用一系列泡沫发生器。在被整个区域内的火警检测系统激活后,泡沫灭火系统喷射出水和浓缩在各个泡沫发生器中的特殊泡沫的混合物,并在风扇吹过时将其打成掩蔽物。系统产生许多大小均匀的泡沫,瀑布状流下并逐渐填满库房区域。泡沫的膨胀比最高可达1000:1。与燃烧的材料接触时闪蒸为蒸汽并覆盖其他材料,防止其燃烧。系统启动时,建筑物的门应自动关闭。 高倍数泡沫灭火系统与天花板自动喷水灭火系统组合使用时,天花板洒水喷头的喷水密度可以减少到正常情况下的一半。但是,密度不能低于以下值: 对于I到IV类实心堆积或托盘化货物,包括闲置托盘或塑料,为0.15gpm/ft2 (6.1 L/min/m2) 对于橡胶轮胎储存,为0.24gpm/ft2 (9.8 L/min/m2) 对于卷筒纸储存,为0.25gpm/ft2 (10.2 L/min/m2) 安装高倍数泡沫灭火系统时,不要求货架储存使用货架内洒水喷头。另外,天花板密度对于I、II和III类货物可以减少为0.2gpm/ft2 (8.1L/min/m2),对于IV类货物可减少为0.25gpm/ft2 (10.2L/min/m2)。 供水 供水必须充分满足吊顶形洒水喷头、货架内洒水喷头 (如果使用) 和水龙带水流的要求。NFPA13给出了确定自动喷水灭火系统,包括货架内洒水喷头水压要求的水力计算公式。洒水喷头的要求以相应最小残余压力时的流量来表示,如gal/min (L/min)。对于需要较大和较小水龙带水流的洒水喷头,通常增加500gpm (1894 L/min)。水龙带水流要与自动喷水灭火系统协同工作,因此通常使用洒水喷头的残余压力。 自动喷水灭火系统管线设计 (如管线尺寸、管件和材料) 会影响残余压力。通常,天花板高度的分布点或立管顶部至少需要30到50psi (207到345kPa) 的压力。当有较高压力时,就有可能采用更经济的系统设计。但是,使大多数远处的常规洒水喷头的压力超过60psi (414kPa) 是不合适的。高压可产生非常好但不是非常有效的喷射型式。 供水时间必须足够长,以使洒水喷头能控制住火势、以及进行人工消防和扫尾工作。通常要求两小时的供水。但如果有中心站监控火警,则这一时间可以减少到90分钟。 供水的可靠性也需加以考虑,尤其是对高价值区域。多重供水布置 (如消防泵连接到衔接充足供水的吸水罐) 比较有利。此多余布置基于工程判断而定。例如,1亿美元的仓库可能会连接到单独的城市供水主管网。尽管供水可能比较充足,但是供水可能在某个时间无法使用或水量降低。 在计划阶段注意院内主管线、水池、泵房、连接泵的电源、消防龙头和阀的布局可保证合格的消防工程。要纠正供水不足的问题,可考虑替代的方法。稍早前讨论的因素提供了这类替代方法。添加增压消防泵即可经济合算地满足需要较高压力的自动喷水灭火系统的要求。另一方面,可开展以下工作以降低费用: ? 只在该系统中升级管线布局 ? 用不同温度额定值的某种洒水喷头更换该系统的吊顶形洒水喷头 ? 在该区域安装货架内洒水喷头 ? 降低该区域内的堆积物高度 (不是好的长远解决方案) ? 组合各种方法 特殊货物 由于货物的着火特性、物理形态、储存方法和火势控制的难易度各不相同,所以对很多货物进行了单独研究。以下描述了特殊货物的某些特性。 闲置托盘 用作储存辅助的托盘被视为货物类别的一部分。托盘大约4英寸 (102mm) 高,通常由木材或塑料制成,尽管有些是金属或纸板。托盘的主要用途是辅助储存操作,使叉车能很容易的移动货物,并能提供稳定性。货物分类不包括闲置托盘,因为闲置托盘有其独特的燃烧特性。户外储存时,所有类型的托盘应按表16.5.8中列出的距离放置在远离建筑物的位置上。 木托盘。在室内或室外堆放闲置托盘会造成非常严重的火灾危险。木托盘容易干透而使其边沿磨损和开裂。在这种情况下,较小的火源就会使其点燃。干透条件、高放热速率和整体布置会导致火势的快速发展。板条或铺板的内面很难被洒水喷头喷出的水所淋湿,使控制或熄灭火势变得更加困难。图16.5.18显示了常规的木质托盘。 通过严格限制储存布置、使用相应的自动喷淋灭火系统或将闲置托盘移到室外并远离建筑物,可以降低闲置托盘存在的火灾危险。表16.5.9、16.5.10和16.5.11列出了对储存在室内的托盘有效的防护标准。但是,当闲置托盘满足以下任何条件时,无需按这些表中的规定行事: ? 堆垛不高于6ft (1.8 m) ? 堆积储存不超过四堆 ? 堆积储存与另一堆距离8ft (2.4m),或与货物距离25ft (7.62m) 塑料托盘。除未膨胀聚乙烯实心板托盘以外的塑料托盘存在更大的火灾危险。必须采取额外的预防措施。有关详细信息,请参考NFPA。 橡胶轮胎 橡胶轮胎中的火温度极高、发烟很大并且很难控制和熄灭。需要较高的洒水喷头密度来控制火势和保护建筑物。(参见NFPA13) 轮胎以堆积形式储存,储存在称为托盘的紧凑轻便货架以及货架内。可以按胎面、侧面放置或交织放置 (图16.5.19)。因为轮胎没有包装,自己能产生圆形空气空间,形成相当大的水平或垂直烟道。胎体内部会产生很大的火焰,而洒水喷头喷出的水通常无法达到这一位置。通常是将其移出建筑物后向单个轮胎浇水,最终将火熄灭。 与洒水喷头一起使用时,高倍数泡沫对橡胶轮胎灭火非常有效,并能产生最小的水损坏或污染。要完全浸透轮胎的内部,建议在洒水喷头关闭后再保持一小时的泡沫浸泡以维持泡沫水平。 卷筒纸 卷筒纸横放储存,或者更常见的是直立储存。有人可能会认为后一种放置方法更容易让洒水喷 头喷出的水穿透垂直空气空间从而减缓火势,但是经验表明卷筒纸并非如此。直立储存时,着火时发生剥皮或脱落是主要关注点。此现象可通过使用金属带捆扎、用手紧紧缠绕打包钢丝、用防火处理的气密包装纸包覆两端和侧面、或使卷筒纸圆柱紧密相邻而稍加缓解。在进行紧密放置时,堆垛或圆柱的间距应少于4英寸 (101 mm)。 NFPA13根据卷筒的放置、是否用带包扎、堆垛的高度以及纸的重量 (如重、中等、轻或材质) 规定洒水喷头密度面积要求。由于卷筒纸容易吸收洒水喷头喷出的水并膨胀,因此储存时应与墙壁留出足够的间隙。 地毯储存 成卷的地毯或毛毯通常储存在能容纳12到15ft (3.7到4.6m) 长卷筒的货架中。因此,货架至少具有该深度并且有时会背对背放置,在两条走廊之间形成24到30ft (7.3到9.1m) 的总宽度。当然,小块和小卷的地毯也可放置在纸箱中,并以常规实心或托盘堆垛方式储存或储存在常规货架中。 长的地毯卷,如果未对其长度加以支撑会发生倾斜,因此在宽货架中使用实心或板条支架,或在某些情况下,将地毯卷储存在纸管中。对于实心支架货架储存,如果严格遵守NFPA13的要求,应在货架的每个实心或板条支架下安装货架内洒水喷头,除非提供至少6英寸 (152mm) 宽的横向烟道空间,且相互距离不超过4英尺 (1.22m)。对于每层只堆放一卷地毯的地毯货架,安装货架内洒水喷头会有问题。合理的折衷方案是在所有通常相隔10到12英尺 (3到3.7m) 的垂直支撑处提供最小3英寸 (51mm) 宽的横向烟道,并且大约每三层安装货架内洒水喷头 (包括面洒水喷头),每层货架内洒水喷头之间的垂直距离不超过10英尺 (3.05m)。 地毯填塞物 地毯的填塞物或垫材通常为泡沫塑料。储存在地毯仓库中时,应按泡沫塑料进行消防,通常需要在每一层储存空间都安装货架内洒水喷头。 打包的纤维 打包的棉花和其他植物纤维的主要危险来自捆包表面许多暴露的微小纤维。火势可以快速掠过这些垂直表面、地面上松散的微粒以及高架管线和结构上的软麻布。自动关闭的防火门一侧的火势可以在门自动关闭前,通过打开的门道蔓延到地面上散落的碎片上。因此,保洁特别重要。 火势也可很容易的穿透到捆包之间或进入到捆包中,这时就要求将其移出建筑物进行灭火。这样物品燃烧时发出的大量烟雾也使消防变得复杂。某些纤维,如黄麻,在打湿时会膨胀,所以堆积时应考虑其在火灾中的稳定性,并且与墙壁要有适当的距离。 在最大10,000个捆包的防火分区中,NFPA13规定叠层或货架储存的高度不得超过15英尺 (4.6m),堆积规模不得超过700个捆包,并且要有12英尺 (3.7m) 宽的主走廊和4英尺 (1.2m) 宽的交叉走廊。标准还要求洒水喷头有较大的保护面积。(美国的Factory Mutual研究公司的损失预防数据表8–7涵盖了一般的捆包易燃纤维,包括燃烧起来比其他纤维更慢的羊毛。) 普通的干粉 (BC型) 灭火器能非常有效地扑灭捆包上的表面火势。但还应辅助以用小软管或花园软管喷出的水或连接喷嘴的水型灭火器,来熄灭可能已穿透捆包的更小的火苗。最好还应使用带化学添加剂的“润湿水”,来增加其穿透和扩散能力。 打包的废纸 与打包的纤维一样,打包的废纸通常实心堆积储存,火势可以很容易地向中间燃烧。火焰可以掠过装有碎纸的纸包的表面,就像在捆包纤维上掠过一样。废纸在打湿时会变成糊状并且很难处理,实际上,捆包的完整性会随着水龙带水流的使用而慢慢消失,使移动燃烧的捆包变得很困难。烟也会带来麻烦。因为其单位值低,捆包纸有时储存很高的高度,但是采用传统洒水喷头的消防标准不适用于高度超过30英尺 (9.1m) 的储存,除非是装在货架中。打包的废纸常常储存在只有部分墙壁 (如果有) 的小屋内。曾经有过的损失纪录表明,即使是很小的风也会显著增加打包废纸的火势强度。因此,只要可能,最好将打包的废纸分隔一定距离储存或储存在与贵重设备或成品之间有坚固墙壁的地方。 杀虫剂 杀虫剂对昆虫和小动物有毒,在喝下或吸入燃烧产物时会危害人体健康甚至致人死命。它们作为可燃或易燃液体溶液、易燃包装中的粉末或颗粒以及熏蒸压缩气体进行储存。除货物的可燃性外,特别要注意对人体有危险。杀虫剂火灾会危及灭火人员和站在附近的人员,并且消防产生的有毒物流失会污染该区域的水或土壤。 自动喷水灭火系统保护比较可取,但需对流失的水进行安全收集和处理。消防策略应包括计划使用防护服和呼吸防护用品、使用喷嘴而非水流直射以减少水的流失、以及专业的医疗后援服务。必须避免容器破裂和杀虫剂扩散。NFPA434,杀虫剂储存标准目录给出了室内和室外储存杀虫剂的一般要求。 总结 储存设施的消防提出了特殊的挑战。有效使用空间,如储存材料之间的小烟道,也会助长火灾的燃烧速度和火势传播。有效的消防策略需要考虑各种因素,包括货物分类,储存布置、储存高度及从储存物顶部到洒水喷头的净空、供水和建筑物。这些因素和其他因素共同确定了自动喷水灭火系统的洒水喷头类型、设计、尺寸和安装布置。

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